关于智能机器人的发展与构成

宋俊辰

摘 要：随着科技的发展，智能产品在我们的生活中越来越常见，智能机器人的发展也极为迅猛。在世界各国的高度关注下，智能机器人的发展已经成为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，其发展很可能会成为“第三次工业革命”的一个增长点和切入点。本文主要概括了拥有机械手臂的初级机器人、利用传感器工作的感知机器人和智能机器人这三代机器人的发展进程，详细介绍了各类型机器人的组成成分，并对智能机器人的现状进行总结和未来进行展望。

关键词：智能机器人；机械手臂；传感器；人机交互

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0090-02

智能机器人是一类在设计完成后，能在无人干预下自主完成各项拟人任务的机器个体。如今，在全球的高度关注下，世界各国对智能机器人产业发展的重视达到一个全新的高度，各国纷纷将其作为保持和重获制造业竞争优势的重要手段，与此同时，各国主要经济体也将发展机器人产业上升为国家战略。在人们生活水平不断提高下，智能机器人在很多领域发挥越来越重要的作用，已经深刻改变了人类的生产生活方式，其应用具有广阔的市场前景。

1 智能机器人的发展

1.1 第一代机器人—初级机器人

1959年美国的恩格尔伯格和英国的德沃尔制造了第一代工业机器人，这类机器人可以通过给其程序、指令进行单一重复的动作。它们利用机械手臂等进行简单的运动，能代替人们在工厂中进行枯燥单一的工作，但并不具有任何“智慧”。初级机器人的定位更倾向生产一种拟人的机器。

1.2 第二代机器人—感知机器人

第二代機器人具有一定的感知功能和适应性能力，它能将外界信号转变为机器人可以识别的信号并对其进行判断，最终做出反应。当外界环境发生变化时，它能够感知其变化并做出具体的反应。例如，半导体材料的制作对环境要求极为苛刻：需在特定湿度温度以及无金属离子的环境下制作，在这种情况下，利用感知机器人可以更有力地减少半导体制作时环境带来的误差及影响，很大程度上提高了材料的利用率。虽然可以对外界信息做出回应，但感知机器人距离自主运作还有很大的差距。

1.3 第三代机器人—智能机器人

智能机器人于上世纪80年代前后出现，相比较第一、二代机器人，智能机器人拥有更完备的硬件和软件技术，它能够独立地对身上的多种传感器所反馈的信息做出总结，具备智能化和高效的特点。简单来说，就是机器人拥有了能够独立思考的“大脑”，同时具备了很强的适应性能力、学习能力和自治功能。这就让它能在服务，教育，制造，娱乐等领域迅速发展，方便人们的生活。随着AI技术的发展与完善，智能机器人的“智慧”也在不断的提高，其发展方向也会越来越广。

2 智能机器人的基本组成

2.1 机械部分

智能机器人的主要组成包括机械部分、感受部分和控制部分，其中机械部分是机器人的骨架结构，它分为机械和驱动两大结构。

机械结构是纯硬件部分，是智能机器人的主体，包括臂部、腕部、手部等执行结构以及完成各种功能所需的结构装置等。例如机器人的机械手臂通常用铝合金、碳纤维等密度小硬度高的材料以多种多样的形式满足不同的市场需求。根据人们的各种需要，机械结构的坐标形式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和拥有多个转动的臂部关节坐标式。机器人手部大多为机械爪，它类似人的手指和指关节，拥有极高的自由度。

驱动结构是借助于动力元件发出的指令信号驱使机器人运动的结构装置。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外，面向某些特定场景的特定需求，也有采用液压等驱动装置[1]。这一结构装置起着无可替代的作用，它驱动机器人的关节连接点运动，是使机器人启动的源泉。驱动作为关节点的运动副按照接触形式分类： 接触部分压强较低的面接触称为低副，而点或线接触称为高副。不同的运动副适应不同的机械结构，从而驱动机器人完成各项指令。

2.2 感受部分

智能机器人的感受部分可以感知外界环境，分为感受和环境机器交互两大结构。

机器人的感受结构是它的“五官”，能借助其身上各式各样的“感受器”——传感器对外界的信息进行捕捉的结构。作为“感受器”的传感器是一种能够将其他信号转化为电信号的检测装置，例如在高温高压情况下，机器人能够用压力传感器等来获取信息，同时机器人能对传感器传达的信息合理支配与使用。机器人将各种传感器对外界感知到的压力，温度等信息依据某种优化准则或算法组合来产生对观测环境的一致性解释和描述。各传感器检测的信息最终通过优化组合来导出更多的有效信息从而实现多信息融合。融合后的多传感器信息具有以下特性：冗余性、互补性、实时性和低成本性[2]。

智能机器人能对外界的信息进行捕捉并与环境产生共鸣，这就是环境——机器交互结构。由于信息流向是双向的，感知机器人通过对外界的判断、感知来改变环境从而实现环境机器交互；所勘测环境的物理、化学、行为信息被机器人感受结构捕捉后作出分析，得出结论的同时，随后机器人做出的反应也影响着勘测对象。例如扫地机器人利用红外感受器对污渍、垃圾进行清理达到清洁目的。机器环境交互结构使得机器人真正意义上存在直接价值和间接价值，真正意义上方便人们的生产生活。

2.3 控制部分

智能机器人的控制部分对机器人的运动起决定性作用，它分为控制结构和人机交互结构。

控制结构分为两种控制方式，一是由一台微型计算机作为智能机器人“大脑”的集中式控制，二是多台微型计算机进行分级调控的分散式控制。集中式控制最大的优点是能够保证整体的一致性，各种信息处理、偏差检测、纠偏措施等都可以由一个中心统一完成。分散式控制的特点与集中式控制相反，不同的信息流入不同的控制中心，不同的控制指令由不同的控制中心发出，使信息具备更高的针对性。智能机器人通过机体受到各种信息的影响从而自主地直接控制，也可以通过人类对其输入的指令进行间接控制。控制结构是智能机器人的 “大脑”，是其实现自主性和智能性的最重要结构。

智能机器人虽能够独立，却不能完全的脱离人类，这就需要人机交互结构。人们可以与计算机之间采用语言对话实现人机交互，二者通过一定的交互方式来实现人与计算机之间的信息交换以完成各项确定任务。人机交互接口采用自然语言进行人机直接对话，也可以以文字、图形图像的方式介质进行人机交往，甚至通过脑波等生理信号与人交互[3]。人们首先对智能机器人输入指令，机器人对输入的信息处理后输出新信息并对其做出反应，从而实现交互过程。作为“智能”的代表，智能机器人可以自动适应不同用户类型，自动适应用户的不同需求，自动适应不同计算机系统的支持来实现智能。同时在人机交互过程中，运用自然语言，人们能够迅速知道勘测对象的各种信息，例如天气、温度、湿度等，从而发挥实时性特点。智能机器人具备了人机交互结构，使得其应用和发展方向具有更多的选择。

3 总结与展望

智能机器人的发展真可谓是日新月异，进入21世纪，我国开始致力研发机器人，机器人技术越来越被认为是未来新兴产业技术之一，彰显国家实力的一项重要因素[4]。我国对机器人的研发起步较晚，但发展极为迅猛，现今正处在第三代智能机器人的发展阶段。在我国的推动下，各大研发单位及多所高校在机器人的产业发展上走得更深更远。同时智能机器人也在各个领域中崭露头角，其高效率和特殊的性能帮助人类迅速发展，今后可能会在服务，教育等方面有更加深入的发展。

智能机器人的迅速发展虽然节约了大量劳动力，但与此同时也带来了大量人口失业问题，这一问题随着法律及关于机器人“就业”制度的逐步完善，会在不久的将来逐步解决。但随着智能机器人的“智慧”提高，会不会在未来反过来控制人类，这也是一个新的担忧。

参考文献

[1]金耀青，姜永权，谭炳元.智能机器人现状及发展趋势[J].电脑与电信，2017（5）：27-28.

[2]孙华，陈俊风，吴林.多传感器信息融合技术及其在机器人中的应用[J].传感器技术，2003，22（9）：1-4.

[3]任福继，孙晓.智能机器人的现状及发展[J].科技导报，2015，33（21）：32-38.

[4]张雪松.浅析新一代人工智能机器人的发展[J].探索与观察，2017，（21）：50.