智能移动机器人的技术现状及展望

吴彦兵

【摘 要】与已经比较成熟的传统工业机器人相比，我国的智能型服务机器人研制工作起步不算晩。在2000年后，国家就出台了引领智能产业发展的战略。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中对智能型服务机器人给予了明确定义——非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备，并且将其列为未来15年重点发展的前沿技术。

【关键词】智能移动机器人；技术现状；展望

众所周知，在全世界发展范围内，都投入了大量的时间和资金进行智能机器人的项目研究，因为此项技术的进展在某种程度上代表了一个国家综合科学技术的发展程度，伴随着信息科技时代的到来，智能机器人获得了更为广阔的发展空间。因为机器人的更新换代速度很快，所以我们应该打破传统研究方面的禁锢，使得机器人更加人性化、智能化，很好的与实际生活生产相融入。

一、智能移动机器人的整体结构系统

纵观世界发展总体动向，对于机器人的起始研究时间大约于20世纪60年代，其研究的主要用途就是进行对象识别，还具备一些简单的智能化标准，可以优化路径，完成简单的事物推理。因为学无止境，科技发展的脚步从未停止，科研人员也在与时俱进，不断改进和创新原有设备，通过长时间不懈的努力，终于使得机器人基本实现全面自动化、智能化。最为常见的就是可以快速对周围环境进行有效感知，人们对系统输入指令后，能够快速、自主的对任务进行科学规划，选择最为有效的解决策略。因此，我们对完全具备独立性能的智能移动机器人进行全面的结构分析，主要包括：

（一）分级结构

分层结构是最基本、最常使用的构机构系统，其使用优势主要表现在能够实现感知与策划、执行要点的分离，使得操作可以按部就班的进行。

（二）反应结构

反应结构的主要特点是，具备同时操作操作功能和执行功能，不仅可以做到满足二者同时操作的要求，而且反应迅速，运行快。

（三）慎思/反应混和结构

对于慎思/反应混合结构的发展而言，既可以看作是统一的整体，也可以独立运行，因为其综合反应系统极为强大。常用于处理异步操作，可以称之为对反应结构的改革和创新。

二、智能型服务机器人的主要应用

（一）多功能清洁机器人

清洁型机器人的关键是控制系统的设计，而控制系统包括运动控制系统和感知系统。运动控制系统是闭环控制系统，可确保机器人的运动是可控的；感知系统用于检测清洁机器人周边的障碍物，将相关信息上传给机器人，圆满完成对垃圾清扫任务。

1.运动控制系统

清洁机器人的能量消耗主要有两方面：首先是功能模块，其次是控制系统及电机驱动电路。清潔机器人若要具有自主实现工作的能力，必须具备一个可靠电源，使得系统在各种环境中稳定工作，其中电源电路设计犹为重要。

2.信息采集模块

清洁机器人属于移动型机器人的范畴，故其采用的传感器可分为两大类：内部状态感知传感器和外部状态感知传感器。前者又可细分为：加速度传感器、速度传感器、编码器等，后者则包括：红外测距传感器、视觉传感器、超声波传感器、激光扫描仪等。如前文所述，现有移动机器人一般都是采取多传感器融合的方式进行周边环境的感知。考虑到各种传感器的优缺点，同时考虑到清洁机器人需在避障的基础上完成吸尘和拖地任务，因此信息采集模块采用红外测距传感器和光电编码器。

（一）医疗型服务机器人

首先要明确其设计要求，其后才是其应用。首先是安全性要求，医疗型服务机器人实现的是人与机器的实时协调运作，并且服务对象多为病人，而病人存在不同程度的运动功能障碍，如肌肉控制力不足导致的身体平衡性和协调性变差、关节僵硬导致的活动范围不足等。因此，在产品研发设计中，安全性是必需的前提。在整体结构设计时，各个零部件在保证足够强度的前提下，应尽量选取轻质材料；机器人设备与患者患肢的链接位置应在保证安全性和稳定性的前提下，具备一定的可调性和训练舒适性，比如在康复训练中，需符合患者生理特点，防止训练过程中过量或异常的训练模式导致患者二次损伤。在控制系统设计中，则应根据实际运行情况，进行人机系统的实时控制与反馈，提高系统的自适应能力。此外，多重安全保护器件也是必不可少的。

三、智能移动机器人未来发展路径

（一）智能机器人逐渐民用化

随着工业革命的完成，我们的生产不断实现规范化生产模式，以此奠定了机器人成为辅助人类进行生产生活的重要组成部分，就像人们接受手机电脑一样，智能机器人同样会受到广泛欢迎。相较于现阶段，其应用领域将会无限扩大，大到航天航空领域，小到一个家庭，都在运用计算机管家。而且，机器人会不断向多元化方向发展，民用化带来的突出变化在于机器人将会和日常商品一样，可供众多家庭选择。

（二）智能机器人的安全性进一步加强

在当前，对于智能机器人研发利用存在争议最大的问题就是安全问题。在未来的发展过程中，机器人会涉足更为广阔的发展领域，因此出现故障的形式也会呈现出多样化的态势，像是在医疗领域，如果想运用机器人完成高难度手术，那么，就需要做好对安全系数的科学评估。因此，在未来的发展过程中，为了有效提升其整体安全性能，会不断完善容错能力和纠正能力。

（三）人机交互

在现阶段的发展过程中，已经开始出现人机交互的发展模式，像是苹果系列已经推出的语音助手，可以帮助人们有效解决实际存在的问题，虽然应用起来很简单，但是系统清晰地展示出人机交互的逻辑思维，可以根据人的情感变化做出反应，这看似相互独立的个体，将会在未来有机的结合在一起，人机互动模式也就成为未来发展的一大趋势。

四、结束语

随着科技水平发展愈发迅速，智能型服务机器人的需求与出现是必然的。随着智能型服务机器人领域的日益革新，人们在生活或工作中面对的复杂、重复的问题必然会在机器人的协助下得以减轻。所以，应继续加强智能型服务机器人的重视程度，不断改善技术条件，使其为人类做出更多的贡献。

参考文献：

[1]王宏昊，房国志，王旭峰，孙慧.在电子实习中引入智能移动机器人平台[J].黑龙江科技信息，2011（36）.endprint