目前机器人研究热点及发展趋势

目前机器人研究热点及发展趋势

机器人的历史最早可追溯到公元前3世纪,那时周朝的偃师制作了会演戏的自动人偶,给周穆王表演,这是人类记载的最早的机器人。在以后的2000多年时间里,机器人的发展极其缓

慢,基本上处于简单的发条驱动的机械鸭、自动人偶的水平。19世纪以后,由于科技的发展及人们生活水平的提高,人们积极寻求以机械手为代表的自动机械。

1950年,美国的乔治·狄弗发明了第一部工业用机器人,从此拉开了机器人快速发展的序幕。迄今为止,机器人的发展已

经历了三代:

第一代是可编程的示教再现型机器人。这类机器人既可以由熟练的工人手把手地示教也可以由程序员通过数控编程示教。

第二代是具有一定感觉和自适应能力的离线编程机器人。这类机器人装有视觉、触觉、力觉等传感器,可以感知外界的部分信息,并作出相应的反应。例如,装有视觉传感器的焊接机器人如检测到焊缝不合格,就会对焊缝补焊,直到合格。

第三代是智能机器人。这类机器人装有多种传感器,并能将各种传感器探测到的信息进行融合,能有效地适应变化的环境,具有较强的自适应能力,并具有自学习、自治功能。

从一定意义上讲,智能机器人应是目前机器人发展的热点与难点。国际及国内的许多大学和科研机构都在从事智能机器人的研究与开发工作,研究的内容包括机器人的体系结构、行走机构、路径规划、

多传感器的信息融合、语音识别和智能控制等。由于机器人涉及到计算机、机械、运动学、动力学、传感器技术、信息处理、仿生学及智能控制等许多学科,因此,机器人的发展与这些学科的发展息息相关。

经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。

目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：

1．工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。例如关节模块的伺服电机、减速机、检测系统三为一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。

2．机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，器件集成度提高，控制柜日见小巧，以及基于PC 机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。

3．多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传

感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。

4．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。

5．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。机器人中传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟的应用。遥控机器人系统致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人进入实用化阶段；

6．虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。虚拟现实技术在机器人的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。

7．多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。

8．微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器

人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。

9．软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。

10．仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。

产业发展趋势

据UNECE/IFR预测，至2007年，全球新安装机器人的数量将从2003年的81800套增至2007年的106000套，年平均增长7%。其中，日本2003-2007年工业机器人的销售将从2003年的31600增长至2007年的41000套；欧洲2003-2007年工业机器人将从2003年的27100套增长至2007年的34000套；北美2003-2007年工业机器人市场每年平均增长5.8%，至2007年将增长到16000套。二、工业机器人的应用领域日渐广泛

随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到

其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。