机器人的研究现状及其发展趋势

机器人的研究现状及其发展趋势

[摘要]对国内外最新的机器人产品及研究成果进行

了广泛调研。介绍了工业机器人、农业机器人、微机器人、类人机器人、自重构模块机器人、等几种当前应用广泛和未来发展前景广阔的机器人。以农业机器人为例分析了当前机器人产品和技术的不足，展望了未来机器人技术的发展趋势。

[关键词]智能机器人；发展现状；发展趋势

现如今，智能机器人技术已得到生产、生活等诸多领域的广泛推广使用，根据智能机器人具备的智能水平可将其划分成三种等级，分别为高级智能机器人、初级智能机器人以及工业机器人。进入二十一世纪之后，在信息技术、智能控制技术、新材料技术、仿真技术等急速进步的背景下，智能机器人技术将被推广应用于愈来愈多的领域中。

一、机器人的概述

1.机器人的概念。现阶段，全球范围关于机器人的概念

逐步趋向认同，联合国标准化组织收入了美国机器人协会在上世纪70年代末提出的机器人概念，一种能够进行编程、

有着多种功用的，用于搬运工具、零件的操作机。总的而言，机器人指的是通过自身动力、控制能力以实现一系列功用的一种机器。

2.机器人的发展。迄今为止，机器人的发展总的而言可

划分成下述三个阶段：a.这一阶段为20世纪60年代，此阶段机器人属于能够编程示教再现型机器人，它们的特点为可根据在前对其编排的程序展开循环作业；b.这一阶段为20世纪70年代，此阶段机器人属于有着相关自适应能力、感官能力的离线编程机器人，它们的特点为可结合工作内容实情转变作业内容；c.这一阶段为20世纪80年代至今，此阶段机器人属于智能机器人，它们的特点为配备各类传感器，可把各类传感器收集的信息展开融合，可良好的适应于不断转变的作业环境，有着十分强的学习、自治及适应能力。

二、机器人的分类

1.工业机器人。美国于1961年制造了世界上第一台工业机器人UNIMATE。起步稍晚于美国的日本后来居上，迅速成为生产、出口和使用均为世界第一的“工业机器人王国”。焊接机器人和装配机器人都占了不小的比重，焊接机器人更是占到了接近三分之一。因此，从某种意义上说，焊接机器人的发展就代表了工业机器人的发展。

2.微机器人。目前，微机器人主要应用于医疗、生物和微机械装配等方面。例如，日本东京大学Mamoru等人研制的机器人微作业系统可用于微外科手术。美国华盛顿大学生物机器人研究室研制的微细作业系统可用于蛋白晶体操作和处理。日本东京工业大学的纳米机器人系统可在电子显微镜下完成超大规模集成电路的铝线切割实验。

3.农业机器人。由于经济上和技术上的特殊性，机器人在农业方面的应用相对比较滞后。自上世纪80年代起，以日本为代表的发达国家开始研制农业机器人。2011年，日本农研机构和涉谷精机联合研制了一款草莓采摘机器人。该机器人由CCD摄像头、LED照明灯、采果手以及机械臂构成。首先利用CCD摄像头测量草莓的位置和成熟情况，然后利用安装在机械臂顶端具备根据果梗的倾斜度调整角度功能的

采果手采摘草莓。以采摘机器人为代表的农业机器人可以提高生产效率，减轻农民的负担，在未来应该会有较大的发展空间。

4.类人机器人。20世纪60年代的双足步行机器人是类人机器人的开端。1973年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研制出了世界上第一台真正意义上的类人形机器人WABOT-1。它可以与人交流，静态行走，可抓取物体，是现代机器人的雏形。2012年，日本大阪大学HiroshiIshiguro教授研制的最新女性仿真机器人“GeminoidF”。

5.自重构模块机器人。自重构模块机器人是20世纪80年代出现的一项新技术。一般由一套包含不同尺寸和特性的可组装模块构成，能够被装配成不同形状和功能的机器人，以适应不同的工作任务和环境要求。但目前该型机器人主要还在实验室研制中，其产品并不多见。

三、农业机器人的发展现状

1.农业机器人的特点。（1）农业机器人作业季节性较强。农产品生产的季节性较强，并且农业机器人的针对性较强、功能单一。因此，农业机器人的使用也具有较强的季节性，从而造成农业机器人的利用率低，增加了农业机器人的使用成本。（2）农业机器人作业环境复杂多变。工业机器人作业环境比较固定，而农业机器人的作业环境一般难以预知。因此，农田作业的机器人需要有较强的环境识别能力，且还要对不同环境有不同的动作反应。（3）农业机器人价格的特殊性。农业机器人的前期研发投入较大，结构复杂，制造成本较高，导致价格昂贵，超出了一般农民的承受能力。

2.我国农业机器人的发展概况。我国的农业机器人的研发起步晚、投资少、发展慢，与发达国家相比差距还很大，目前还处于起步阶段。我国对农业机器人的研究起源于20

世纪90年代，中国农业大学首先对农业机器人进行了研究。目前，在我国得到初步应用的农业机器人有嫁接机器人、黄瓜采摘机器人、草莓采摘机器人和喷药机器人等。1998年，中国农业大学完成了2JSZ一600型蔬菜自动嫁接机器人的研发，该机器人采用计算机控制，实现了砧木和穗木的取苗、切苗、接合、塑料夹固定和排苗等嫁接作业的自动化操作；2005年，中国农业大学针对套管式嫁接的作业特点，在原有蔬菜自动嫁接技术的基础上研制出了套管式蔬菜嫁接机器人；2009年，东北农业大学对果实采摘机械手及其控制系统

进行了研究；2009年，华南农业大学虚拟实验研究所进行了荔枝采摘机械手的研究；2011年，中国农业大学农业机器人实验室完成了黄瓜采摘机器人的研究，该黄瓜采摘机器人可以根据黄瓜的外形识别黄瓜的成熟度，一次采摘动作可以在15s内完成。

我国农业机器人的研究开发以高等院校为主，虽然在某些技术方面取得很大的突破，但是整体发展速度仍然不及发达国家。

四、机器人的发展趋势

1.小型化和微型化小型化和微型化一直是机器人发展的一个趋势。机器人小型化可以节约能源，缩小热变形误差，提高响应速度，拓宽应用领域等。利用微型机械概念设计和通过微加工技术生产的微型机器人已经在医疗、工业管道检测等领域得到应用。

2.操作简单化目前市面上机器人的操作普遍比较复杂，有的甚至需要专门的技术人员才能操作，这大大阻碍了机器人的应用和推广。例如，农业机器人的使用对象是文化水平相对较低的农民，因此这类机器人就需要满足操作简单的要求。

3.群体化由于机器人的应用领域和范围正在不断扩展，单个机器人往往难以完成较为复杂的任务，人们通过设计多个机器人间的相互协作来完成预定的任务，这就是机器人的