智能机器人的发展与应用前景

摘要

本文介绍了智能机器人的发展概况、机器人的感官系统、机器人运动系统及人工智能技术在机器人中的应用,智能机器人是一个在感知-思维-效应方面全面模拟人的机器系统,外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场,可以全面地考察人工智能各个领域的技术,研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。

关键词: 智能机器人;感官;仿生;人工智能 1.引言

人们通常把机器人划分为三代。第一代是可编程机器人。这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。第二代是“感知机器人”,又叫做自适应机器人,它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。智能机器人与工业机器人的根本区别在于,智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。而感知本身,就是人类和动物所具有的低级智能。因此机器的智能分为两个层次:?具有感觉、识别、理解和判断功能;?具有总结经验和学习的功能。所以,人们通常所说的第二代机器人可以看作是第一代智能机器人。

2.智能机器人的感官系统

(1)触觉传感器

英国近几年在阵列触觉传感方面开展了相当广泛的研究。例如:Sussex大学和Shack-leton系统驱动公司研制的基于运动的介电电容传感的阵列;由威尔士大学和软件科学公司研制的采用压强技术的装在机器人夹持器上的传感器。 (2)视觉传感

在机器人视觉方面,目前市场上销售的有以下6类传感器:?隔开物体的二维视觉:双态成像;?隔开物体的二维视觉:灰度标成像;?触觉或叠加物体的二维视觉;?二维观察;?二维线跟踪;?使用透视、立体、结构图示或范围找寻技术从隔开物体中提取三维信息。在这类系统方面,它们只能做一些很简单的操作。例如:为了使机器人具有某种程度的人眼功能,已进行大量的研究工作并向如下两类系统发展:?从一维物体中提取三维信息;?活动机器人导航、探路和躲避障碍物的现场三维分析。伦敦大学目前正在研究一种双目视觉机器人的实时图像处理机。还有正在研究机器人视觉系统的教育机构有:考文垂工业大学、爱丁堡大学、格拉斯哥大学、格温特大学;而伯明翰大学则专门研究惯性传感器。另外,还有许多

从事传感系统开发的单位,都进行了传感反馈研究。如米德尔塞克斯工业大学致力于使机器人能组织和使用来自不同类型传感器的数据。这种机器人能“看”、“感”和“听”,它更接近于人。

(3)听觉传感

目前用的最多的是麦克风与机器人的自然语言理解系统。 (4)运动性能 机器人通常是要在周围移动物体的,例如:机器人臂到轮子或脚的运载器已有许多结构在使用,此外还有许多其他型号在研究之中。为在空间任意点以任意方式操作一个物体,机器人臂需要有6个自由度:左/右、前/后、上/下、投、卷和左右摆转。在工业中使用的坐标已有6个:圆柱形、球形、笛卡尔坐标、旋转坐标、Scara type和并行坐标。在国际机器人市场上圆柱体坐标机器人现已有售;Unimate机器

人系列为球形坐标系统,手臂可移进移出,绕其坐标移动,还可以做旋转的纵向移动。当前机器人臂的研制目标是通过现有系统的组合或利用完全不同的设计思想开发更灵活、更有适应能力的坐标系统。如伯明翰大学机械工程系研制的全交接左笛卡尔坐标系机器人Locoman,它是一种装配机器人。在该机器人上用控制设备来改进其刚性和精度。在控制装置方面,首先是完善从执行机构的元件中摄取信号以把这种信号传送给电子计算机(反馈)的装置;提高小型机械移动装置电动传感器的灵敏度、精确度和寿命;完善运动程序给定、贮存和计算及整个数字程序控制的元件;研制小型而又可靠的有感知装置,主要是动力机构和执行机构等等。在机器人的计算———逻辑装置和信息装置方面,首要问题是研制专业化的微处理机。

3.智能机器人的未来发展

智能机器人的开发研究取得了举世瞩目的成果。那么,未来智能机器人技术将如何发展呢?日本工业机器人协会对下一代机器人的发展进行了预测。提出智能机器人技术近期将沿着自主性、智能通信和适应性三个方向发展。下面我们简单介绍人工智能技术、操作器、移动技术、动力源和驱动器、仿生机构等。 (1)人工智能技术在机器人中的应用

把传统的人工智能的符号处理技术应用到机器人中存在哪些困难呢?一般的工业机器人的控制器,本质是一个数值计算系统。如若把人工智能系统(如专家系统)直接加到机器人控制器的顶层,能否得到一个很好的智能控制器?并不那么容易。因为符号处理与数值计算,在知识表示的抽象层次以及时间尺度上的重大差距,把两个系统直接结合起来,相互之间将存在通信和交互的问题,这就是组织智能控制系统的困难所在。这种困难表现在两个方面:一是传感器所获取的反馈信息通常是数量很大的数值信息,符号层一般很难直接使用这些信息,需要经过压缩、变换、理解后把它转变为符号表示,这往往是一件很困难而又耗费时间的事。而信息来自分布在不同地点和不同类型的多个传感器。从不同角度,以不同的测量方法得到不同的环境

信息。这些信息受到干扰和各种非确定性因素的影响,难免存在畸变、信息不完整等缺陷,因此使上述的处理、变换更加复杂和困难。二是从符号层形成的命令和动作意图,要变成控制级可执行的指令(数据),也要经过分解、转换等过程,这也是困难和费时的工作。它们同样受到控制动作和环境的非确定性因素的影响。

由于这些困难,要把人工智能系统与传统机器人控制器直接结合起来就很难建立实时性和适应性很好的系统。为了解决机器人的智能化,组成智能机器人系

统,研究者们将面临许多困难且需要做长期努力,进行若干课题的研究。例如:高级思维活动应以什么方式的机器人系统来模仿,是采取传统的人工智能符号推理的方法,还是采用别的方法?需不需要环境模型,需要怎样的环境模型;怎样建立环境模型,传统的人工智能主要依据先验知识建立环境模型。由于环境和任务的复杂性,环境的不确定性,这种建模方式遇到了挑战,于是出现了依靠传感器建模的主张,这就引出一系列新的与传感技术有关的课题。

人们为了探讨人工智能在机器人中近期的可用技术,暂时抛开人工智能中的各种带根本性的争论,如符号主义与连接主义、有推理和无推理智能等等,把着眼点放在人工智能技术中较成熟的技术上。对传统的人工智能来说,就是知识的符号表示和推理这部分技术,看一看它对当前的机器人技术的发展会有什么贡献。其主要贡献体现在以下几个方面:基于任务的传感技术,建立感知与动作的直接联系,基于传感器的规划和决策,复杂动作的协调等。

(2)操作器

工业机器人手臂的设计制造已趋于成熟,因此在智能机器人操作器方面的研究,人们的兴趣主要集中在各种具有柔性和灵巧性的手爪和手臂上。机器人手臂结构要适应智能机器人高速、重载、高精度和轻质的发展趋势。其中轻质化是关键。新型高刚度、抗震结构和材料是目前国外研究的前沿。机器人的手、腕以及连接机构是引人注目的研究课题。其中手腕机构的研究注重于快速、准确、灵活性、柔顺性和

结构的紧凑性。与人协调作业关系密切的一类智能机器人如医用机器人、空间机器人、危险品处理机器人、打毛刺机器人等,它们都面临着如何快速、准确地把人的意志和人手的熟练操作传送到机器人执行机构的问题。目前,要让机器人作业一个小时,其软件编制需要60个小时,费时又费工。改善这种状况,需要从软件和硬件两方面着手。如多指多关节灵巧手是一种模拟人的通用手,它能比较逼真地记录和再现人手的熟练动作,受到研究者的青睐。由于它涉及到操作力学、结构学、基于传感器的控制、传感器融和等方面的问题,研制的难度很大,因此到目前为止,还没有一种成熟的产品投放市场。

(3)移动技术

移动功能是智能机器人与工业机器人显著的区别之一。附加了移动功能之后,机器人的作业范围大幅度增加,从而使移动机器人的概念也从陆地拓展到水下和空中。近几年来,在欧美国家的机器人研究计划中,移动技术占有重要的位置。例如在NASA空间站FREEDOM上搭载的机器人、NASA和NSF共同开发的南极Erebus活火山探测机器人、美国环保局主持开发的核废料处理机器人HA7BOT中,移动技术都被列为关键技术。移动机构与面向作业任务的执行机构综合开发是最近出现的新的倾向。因为无论何种机器人都需要通过搭载的机械手或传感器来完成特定的作业功能。另一个倾向是移动的运动控制与视觉的结合日益密切。这种倾向在美国ALV项目中已初见端倪,最近则越过了静态图像识别的框框,进入主动视觉和主动传感的阶段。显然,智能机器人在非结构环境中自主移动,或在遥控条件下移动,视觉-传感器-驱动器的协调控制不可缺少。

最近几年,在步行机构,双足步行机,轮式移动机构的开发和实用化等方面都取得了一些进展。据日本工业机器人协会预测:管内移动机器人将在2007年可达到实用化;与人具有同样步行速度的多足步行机和双足步行机以及不平整地面行走和爬

楼梯与人具有相同速度的移动机器人将在2010年可达到实用化。 (4)动力源和驱动器

智能机器人的机动性要求动力源轻、小、出力大。而现有的移动机器人无一 例外地拖着“辫子”。以动力源的重量/功率之比为例,目前电池约达到60g/W(连续使用小时),汽油机约为1.3g/W,都不理想,而且使用有局限性。到目前为止,尚未见到改善动力源的有效办法。电机仍然是智能机器人的主要驱动器。要使智能机器人的作业能力与人相当,它的指、肘、肩、腕各关节大致需要3-300Nm的输出力矩和30-60r/min的输出转速。传统伺服电机的重量/功率之比约为30g/W,而人在百米跑和投掷垒球时腿、肩、臂的出力大约为1g/W,相差甚大。日本在改进电机的性能方面取得了长足的进步。例如:核工业机器人臂和腿的驱动电机的重量已减轻到原来的1/10,使机器人整体自重降低到700kg,但与它只能处理20kg重的工作相比,远非令人满意。人们寄希望于新驱动器,例如:人工肌肉、形状记忆合金、氢吸附合金、压电元件、挠性轴、钢丝绳集束传动等等。虽然各有诱人的优点,但在实用性方面还达不到伺服电机的水平。日本极限作业机器人计划中,水下机器人机械手的手腕和手爪驱动采用了人工肌肉,肌肉本身的重量才5-8g,以

收缩力高达50kg(管径3mm)。这是新型驱动20kg/cm2压力的高压水为工作介质,

器一个成功的例子。总之,智能机器人性能指标的改进是无止境的,对驱动器的要求也越来越高。什么是客观的衡量标准呢?一个容易接受的办法就是把它与人的体能加以比较。从这个角度来看,智能机器人驱动技术目前差距还相当大。 (5)仿生机构

智能机器人的生命在创新,开展仿生机构的研究,可以从生体机构、移动模式、运动机理、能量分配、信息处理与综合,以及感知和认知等方面多层次得到启发。目前,以驱体为构件的蛇形移动机构、人工肌肉、仿象鼻柔性臂、人造关节、假

肢、多肢体动物的运动协调等等受到人们的关注。仿生机构的自由度往往比较多,建立数学模型以及基于数学模型的控制比较复杂,借助传感器获取信息加以简化可能是一条出路。

近年来,机器人出现了一个倾向是面向特定功能和作业开发专用机器人,以追求高速、高效、单一化和低成本的目的。例如美国IBM公司设计的超高速小型机器人,以50次/s的速度频繁往复于相距数毫米的两点间,实现高密度微型电子器件装配,定位精度高达一微米。这种高速运动机构的动态平衡十分重要,虽然其工作区域只有13mm×13mm×1mm,但其加速度却高达50g。IBM公司的技术人员对机器人学提出了新的问题:如何进行机构-控制-传感-驱动的一体化设计,满足机械手高速高精度定位的要求。众所周知,机器人系统的设计程序是先设计臂结构和驱动装置,然后设计控制器。实践证明,这种设计即使能达到最佳的静力学性能,也往往不能满足动力学性能。到目前为止,改进动力学性能的方法并不多见,一般是按常识、减轻构件的重量,匹配减速器的速比等等。

大批研发机器人和普遍运用人工智能机器人, 聊天机器人，做菜机器人。迎宾机器人，服务机器人，娱乐机器人， 拉车机器人等等都已经出现并应用在不同的领域，机器人智能化成为一种发展趋势。

4结论

机器人是多学科交叉的产物，集成了运动学与动力学、机械设计与制造、计算机硬件与软件、控制与传感器、模式识别与人工智能等学科领域的先进理论与技术。同时，它又是一类典型的自动化机器，是专用自动机器、数控机器的延伸与发展。当前，社会需求和技术进步都对机器人向智能化发展提出了新的要求。(1)自动化应用领域的扩展对智能机器人及系统提出了新的需求。 (2)信息技术与机器人的互动发展提升了机器人的高技术含量。

(3)围绕机器人的概念创新、技术创新是国际科技竞争的重要方面

(4)机器人是自动化领域中富有代表性和生命力的亮点 【参考文献】:

1.方建军，何广平.智能机器人.北京:化学工业出版社，2004 2.朱世强，王宣银.机器人技术及其应用杭州:浙江大学出版社，2001 3.石庚辰.微机电控制系统.北京:国防工业出版社，2002

4.罗志增，何发昌，机器人触觉技术现状和发展趋势.杭州电子工业学院学报，

1996,16(3):8-13

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姓 名:xxxx 婚姻状况:未婚 出 生:1987-06-24 政治面貌:团员

性 别:男 民 族:汉 照片 学 位:本科 移动电话: 专 业:英语 电子邮件: 地 址: 教育背景

2006.9-2010.6 吉林工程技术师范学院-----外国语言文学系 主修课程

大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英语口本科阶段主修 译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语言学，

日语，中外名胜。 特长及兴趣爱好

除了有专业的英语方面知识外，我在校生活部工作一年, 在系宣传部和秘书处各工作一年。为全面发展，大三上学期，我加入系文学社，参于了我系《心韵》杂志的创刊和编辑工作。在这些活动中锻炼了我的领导和团队协作能力，学会了更好的与人相处，这些在我以后的工作中一定会有很大的帮助。

计算机能力

能熟悉使用Office工具以及Photoshop、Flash等软件。 获国家计算机二级等级资格证书。 外语水平

通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。 奖励情况:

2007-2008 优秀学生会干部 2008,07 师生合唱比赛一等奖 普通话水平测试等级证书

英语专业四级证书 自我评价

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289.零配件市场上的主要价格形式(ABC) A厂家指导价 B市场零售价 C配件厂价格

290.油漆出险桔皮皱，即表面不光滑，可能的原因( D ) A涂装间通风国强 B稀释剂干燥速度过快 C稀释剂干燥速度过快慢 D一次喷涂过厚

291.汽车的动力性能包括(ACD) A最高车速 B平均车速

C加速时间

D能爬上的最大坡度

292.《车险定损核价运作规范》规定事故车辆修复费用包括(ABCD) A事故损失部分维修工时

B事故损失部分需更换的配件费 C残值 D税费

293.车辆全损或推定全损案件， 在确定损失前，应该了解(ABD)汽车信息 A了解车辆购置时间、价格 B取得车辆的购置发票或其他证明 C了解车辆的购置渠道 D了解车辆的所有人

294.机动车电器故障引起火灾的主要原因有(BC) A电瓶故障 B线路故障 C电器元件故障 D日光聚集

295. 《车险定损核价运作规范》规定对残值处理的原则(AB)B A所有残值归被保险人所有，保险人在维修费中扣除 B事故车辆更换的配件由保险人收回后不计入残值之内 C所有配件必须折旧卖给被保险人

D所有配件必须折旧卖给维修厂或废品收购站

296.从火灾原因调查的角度，汽车火灾的原因分(ABCD) A机械故障类(如发动机过热)

B电器类(线路老化短路) C人为类(纵火)

D交通事故类(碰撞、倾覆、货物引起)

297.对汽车整车进行测量非常重要的平面(D)? A基本面 B中心面 C零平面 D下平面

298.机械配件的基本维修原则(ABCD)

A超过配合尺寸，通过加工也无法得到装配技术要求 B变形通过矫正无法保证使用性能和安全技术要求 C断裂无法焊接或焊接后无法保证使用性能和安全技术要求 D转向等涉及到安全的所有发生变形的配件

299.被保险人可依据哪些有效证明作为领取赔款的凭证(A)AC A居民身份证 B有效驾驶本 C户口薄

300..驾驶员未取得驾驶资格包括哪些情况(ABCD)ABC A无驾驶证 B驾驶车辆与准驾车型不符

C公安交关部门规定的其他属于非有效驾驶的情况 D驾驶证丢失

301.车险网上理赔系统录入的要求有哪些(ABCDE) A查勘时间照片最佳大小为60-80k

B扫描仪设置方档最佳大小100-150k

C索赔申请书应当由当事驾驶员在第一时间亲笔填写 D车损照片的拍摄必须符合《车险定损核价运作规范》的相关规定 E驾驶证，行驶证应尽量在查勘环节第一时间采取原件拍摄

判断题

1. 185/65R14，其中R代表Radial:表达轮胎纹络为放射状的又称“子午线”(?)

2. 检查安全气囊系统故障时，必须先拆下蓄电池负极，再使用仪器读出故障代码。(×)

3. 路面附着性能越好，汽车抗热衰退性能越好。() 4. 废气再循环的作用是减少HC、CO和NOX的排放量(×)

5. 机动车辆保险条款(2005版)中,保险车辆发生事故,应当由第三者负责赔偿但确实无法找到第三者的,赔偿处理时实行30%绝对免赔率(×)

6. 受害人无固定收入的，按照其最近二年的平均收入计算;(×)

7. 营运机动车在规定检验期限内经安全技术检验合格的，不再重复进行安全技术检验(?)

8. 本公司与被保险人就赔款金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求的，本公司可二次追加赔付(×)

9. 维修车辆竣工结帐后,驾驶员驾驶车辆从修理厂开出时与一辆车辆相撞,因碰撞地点还在修理厂内,我司不负赔偿责任.(×)

10. 机动车辆保险条款(2005版)基本险有四个独立险种(×)

11(用于支付公安交管部门逃逸案件处理费用的特殊案件可视金额参照本机构核赔权限进行审核()

12.四冲程发动机的做工冲程中，曲轴带动活塞从上支点向下至点运动，此时进气门关闭(?) 13.当汽车在一般条件下行使时，应选用双速主减速器中的高速档，而在行使条件较差时，则采用低速档(?)

14.评价汽车制动性的指标制动效能、制动效能的恒定值、制动时的方向稳定性(×) 15.热塑性材料件损伤以修复为主，热固性塑性件损伤需更换(?)

16.投保人对投保标的具有保险利益，不具有保险利益的，保险合同无效(?) 17. 《道路交通安全法实施条例》有关高速公路应当标明车道行使速度，最高120公里\\小时，最低70公里\\小时(×)

18.暴风指风速28.5米/以上的大风(?)

19.刚性万向节是靠零件的铰链式联结来传递动力的，而挠性万向节则是靠弹性零件来传递动力的(?)

20.查勘案件查勘完毕后，只能点击发送按钮发送案件，不能通过 点击申请核价或申请核损按钮直接到达目的平台(×)

21.双片离合器中间压盘的前后，都需设有限位装置(?) 22.各种车身的修复，都不要使用测量工具测量车身尺度(×)

23附加险条款与基本险条款相抵触之处，以附加险为准，未尽之处，以基本险为准(?) 24.保险车辆因路面不平导致两个以上车辆轮胎磨损严重后破裂，轮胎的损失我司不负责赔偿(?)

25.李某于2006年4月1日向我司投保一辆奥迪A6汽车，于同年10月30日于一摩托车发生双方事故，经交警裁定李某为主要责任，对于该事故作为核赔人在审核时首先核对三者方的承保情况。(?)

26.汽车转弯时，转弯半径越大车速越小，附着系数越小，中心位置越高，其操作稳定性越好。(×)

27.应当有交强险赔偿的损失和费用，如交强险未赔付，商业三者险也可赔付(×) 28. 一张照片已能反映出多个部件、部位受损真实情况的不需要单个或重复拍摄，重大配件或价格较贵的配件同样如此，不必单独牌照(×)

29.书面委托代理的授权委托书应当载明代理人的姓名或者名称、代理事项、权限和期间，并由委托人签字或盖章。(?)

30.气缸盖衬垫俗称汽缸床(?) 31.轿车一般采用边梁式车架(×)

32.汽车实际价指投保车辆在保险合同签订地的市场价格(×)

33.四冲程发动机的作功冲程中曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，此时，进排气门关闭(?)

34. 公民下落不明满三年的，利害关系人可以向人民法院申请宣告他为失踪(×) 35.在道路上发生交通事故，车辆驾驶人应立即停车，保户现场，因抢救应标明位置(?) 36.保险车辆发生多次事故，累计赔付金额时，保单合同自动终止(×) 37.本公司与被保险人就赔偿金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求，本公司可以追加赔付(×)

38.车辆停放过程中突然遭受洪水侵袭，紧会造成电器部分及线路损坏，可给予一定的清洁费用(×)

39.本车上的财产损失属于标的商业三者险的理赔范围(×)

40.承保年度单均赔款,(统计期间该承保年度所有保单项下已决赔款，未决赔款)/统计期间该承保年度承保数量