智能机器人在各领域应用及未来展望

郭锦鸿

智能机器人是人类智慧的结晶，它在一定程度上使人们从繁忙的工作中解脱出来。本文从军事，工业，医疗，教育四个领域介绍了智能机器人的实际应用，并对我国智能机器人的未来发展进行展望。

1.前言

随着人类科技的进步，人工智能技术逐渐成熟，信息技术越来越多地与传统机械相结合，自此智能机器人诞生。智能机器人使人们更多地从繁重的工作中解脱出来，甚至可以帮助人们完成许多以前无法完成的事情。因此，智能机器人受到了人们的广泛关注。同时，智能机器人是多种科学技术结合而成的产物，它是衡量一个国家科技水平的重要标志，所以研究与开发智能机器人对我国发展具有重大而深远的现实意义。本文比较了智能机器人与前两代机器人的不同，并介绍了智能机器人在各领域的应用，最后对我国智能机器人的未来发展进行展望。

2.三代机器人的比较

本文主要讨论的第三代机器人，但是除此之外，在机器人发展历史上还有第一代机器人以及第二代机器人。最早的第一代机器人全称可编程再现型机器人，这种机器人在外界环境变化时不能做出自主调整，只能按照给定的程序进行机械性重复工作；第二代机器人是具有一定感知与自适应能力的离线编程机器人，区别于第一代机器人，它可以根据外界的变化在一定范围内自行调整程序。虽然第二代机器人还没有成熟的自动规则能力，但是已经开始向智能化方向发展并能够满足实用需要。

第三代机器人——智能机器人为本文主要讨论探究的机器人。智能机器人属于人工智能时代的产物，它具有感觉、识别、推理以及判断能力。首先，智能机器人能够通过各种传感器实时识别与测量周围的物体，此为感觉和识别能力；同时，它也可以根据环境的变化来调节自身的参数以及动作策略，也就是通过对识别到的信息进行分析，推理和判断决策；此外，智能机器人还可以处理一些紧急情况。

3.智能机器人在各领域的应用

接下来就从军事、工业、医疗、教育几个方面做具体介绍。

3.1 智能机器人在军事方面的应用

在现代战争中，如何将士兵的伤亡率降到最低是各国都在热议的话题。所以未来军事发展的必然趋势就是利用智能机器人代替士兵作战。就目前而言，军事智能机器人能够完成搜索、监视、排爆、破障、攻击目标、运送物资、救助伤员等一系列作战任务，它们相比人类士兵更加精密、轻便、灵巧、抗毁、抗摔、抗打、能力更强。其中，无人机是军事智能机器人的典型代表，它已经成为常规军事武器，在军事上有着举足轻重的地位。

无人机在战场上主要起着对地打击、侦察监视敌方军情、干扰信号通信、战场通信等重大作用。最新型的无人机执行任务时，除开武器系统等重大抉择外，大多数情况下都不需要人为控制，这也正是其智能所在。在无人机上没有飞行员控制的驾驶舱，但安装有自动驾驶系统，用来实现无人自动驾驶，甚至能够自主控制飞行。自动控制原理的一个出发点是闭环反馈控制，就是在施加输入调节后，测量控制量的变化情况并反馈调节至输入处，直至控制量达到目标值为止。例如，为无人机设定一条航迹之后，在飞行过程中，无人机上搭载的高精度传感器等设备会实时测量飞行位置是否有偏离航迹，如果无人机有偏离就进行相应的偏航校正，最终使飞机始终在正确的航线上。同时，无人机还能够通过光学摄像机，超声波雷达等设备探测识别无人机运动轨迹上的障碍物，在发现障碍物之后能进行自动规避。

目前，包括中国在内的多个国家已先后推出自主研发的智能机器人战士，相信未来的战场上将出现更多智能军事机器人的身影。

3.2 智能机器人在工业方面的应用

随着工业4.0时代的到来，工业机器人与人工智能相结合，智能机器人在工业领域的应用越来越普及，一场新的工业革命正在拉开序幕。正如前文提到的，机械性的重复工作对于机器人而言并不是一件难事，第一代机器人就足以胜任。但是面对工业中杂乱无序的环境时，机器人便不能依靠设定好的程序正常工作，此时，智能机器人能对周边的环境进行分析，并根据当时环境做出了较好的决策，从而更好地适应复杂的工厂环境。

AGV物流小车是智能机器人在智能工业中的典型代表且应用得非常广泛。AGV物流小车是指能够根据工厂的实际情况生成通往目的地的最佳路径，并沿着最佳路径行驶的智能搬运车。AGV物流小车的自动导航是通过特殊地标来实现的，通常装备有光学或电磁等导引装置，根据地标自动生成最佳路线并将货物运输至指定地点，导航方式为多为磁条引导、激光引导、惯性导航以及磁钉导航。在AGV物流小车工作的车间中，一般是在地上布置多个磁钉，AGV在行驶的过程中实时采集磁钉的物理位置信息并传给电脑，经过软件精确计算AGV的位置并产生最佳路线，防止行驶AGV行驶过程中发生碰撞与刮擦。

AGV物流小车适用于运输频繁、物料供应周期长的体系中，广泛应于用物流分配车间物品的搬运，现在阿里巴巴和京东旗下都有比较成熟的应用。

3.3 智能机器人与医疗的结合

医疗作为民生福祉的重要一关，让智能机器人与医疗相结合尤为重要，其发展也备受关注。作为在医疗领域应用的深化，智能机器人能有效地帮助医生进行一系列医疗方面的诊断或进行辅助治疗。以康复机器人为例，术后康复是一个漫长而痛苦的过程，最新研制的医用外骨骼就可以用于术后恢复过程，以减轻患者的痛苦，加快康复进程，这也将有助于医疗工作者开展康复效果评估、方案制定等工作。它还能够帮助残疾人重新获得站起来，使身患残疾的人们重获新生。

外骨骼机器人是一种特殊的可穿戴的机电一体化装置，它通过非刚性连接套装，固定在人体外部，并利用高功率密度的驱动装置驱动外骨骼的变形，从而辅助人类肢体运动，是一种柔性、智能驱动系统。外骨骼通过绑带或其他方式固连在人身上，与人的四肢完美贴合，在使用过程中，它通过装置在关节处的加速度传感器与角加速度传感器等传感器来采集人体运动趋势、力量等运动信息。实时处理这些信息，并快速做出调整，使得外骨骼机器人的形态与穿戴者的运动同步，更好地帮助有困难的人站立与行走，并根据实际环境变化调整行走过程中的步态，实现穿戴者控制外骨骼机器人完成自然、平滑的步态和运动。

3.4 智能机器人在教育领域的应用

教育也同样是百姓非常关心的问题，近年来，中国教育质量不断提升，素质教育在中国的呼声越来越高，传统的填鸭式教育模式正被学生与老师摒弃，包含创新、合作共享等重要科学素养的教育形式正逐渐被广大学校和家长重视。然而在这种变革下，结合了人工智能科技的智能教育机器人应运而生。现在市场上出现了很多品牌的智能教育机器人，目的是利用人工智能为每个学生创建良好学习体验，充当家庭老师的角色，实现智能教育、成长陪护、开发益智、作业辅导、离线授课等多种功能。

智能教育机器人拥有自主判断、智能识别、优化决策等功能，能够根据不同学生的不同情况制定出不同的学习计划。同时，智能教育机器人自身拥有一定的学习能力，能够通过不断更新学生的学习情况，记录学生的学习情况，进而不断跟进学生的学习进程并能结合上述数据，分析学生学习中遇到的困难与瓶颈。最终不断调整智能机器人教学的方式与策略，从而达到智能教导学生的目的。

此外，智能教育机器人还拥有人脸辨识、语音辨识等功能来认人。通过这些功能就能够像在真实课堂上一样认出不同学生并叫出他们的名字，这种方式模拟真人上课，往往能够使学生对智能机器人产生好感和信任。更有甚者，某些学校的课堂机器人已经能够识别学生上课时的微表情，进行行为分析，从而判读学生是否瞌睡，走神，并加以提醒。

4.未来展望

时代在更替，科技在不断进步，机器人与智能化结合发展更能符合当今世界的发展潮流，所以智能机器人具备极大的发展前景。智能机器人的发展程度在一定程度上能直接表现一个国家的科学技术水平的高低，因此受到世界各国的高度关注。相对外国的机器人产业而言，尽管我国在智能机器人领域投入了大量人力物力，也取得了许多瞩目的科研成果，但现阶段在该领域的研究仍不够深入，还未能追赶上其他国家的脚步。因此我国应该积极采取符合我国自身的发展对策，缩小与世界领先国家在这方面的水平差距。相信经过政府的重视和投入，科技工作者不断的研究学习之后，能够对该领域的认识达到一个到新的高度。