机器人技术的发展历程及前景

2012-2013学年2学期

计算机新技术课程论文

机器人技术的发展

学 号

姓 名

专 业 计算机科学与技术 日 期 学 院 计算机与信息工程学院

摘要：机器人技术是一门综合技术，它涉及电子，控制，计算机等多个科学，机器人技术的进步与祥光学科的发展关系极为密切。近几年来，随着信息、微电子和网络等相关技术的迅速发展，机器然技术进展很快，其功能不断完善，性能显著提高，应用领域进一步扩大。下面我就简单论述机器人在计算机学科方面的发展，并展望机器人控制技术的发展前景。 一．机器人技术的产生

“机器人”一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作。 古代机器人 西周时期,我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人,这是我国最早记载的机器人。机器人能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。例如繁重的科学和工程计算本来是要人脑来承担的，现在计算机制作出的机器人控制技术不但能完成这种计算，而且能够比人脑做得更快、更准确，也不会有工作上的抱怨。正因为机器人有这种优势，所以机器人技术应运而生了。并且在近些年来发展呈现出速度快，技术新的趋势。

二．机器人的发展历程

在几十年的发展历程中，机器人技术的研究和发展历程大致阅历履历了3个阶段：

1.示教再现型（Play-Bhvack）机器人

示教再现型（Play-Bhvack）机器人-它由人独揽机械手做一遍应该完成的行为或通过控制器收回指令让机械手臂疏通，一步一步完成各个行为。能手为历程中机器人会主动将这一历程取出追念装置。当机器人事情时，能再现人教给它的行为，并能主动反复的执行。这类机器人不具有外界讯息的反应能力，很难适应变化的环境。“UNIMATE”和“VERSTRAN”这两种最早的工业机器人是示教再现型机器人的典型代表。直至目前，这类机器人还在一些工业坐蓐线上获得应用。

2.有觉得的机器人

有觉得的机器人，它们对外界环境有必定的感知能力，如有听觉、视觉、触觉等成效。机器人事情时，依据觉得器官（传感器）获得的讯息，灵活调整自身的事情形态，保证在适应环境的境况下完成事情。如：具有视觉的机器人能认字、识别二维图像或三维物体的特征等，可用于产品的外观查抄、分拣、装配等事情，有些行走机器人还能鉴别周围环境的其它障碍物，并主动避开它们；有触觉的机械手可紧张自在地抓取鸡蛋，既不会使鸡蛋掉下，也不会捏碎鸡蛋；具有嗅觉的机器人能诀别出不同饮料和酒类等。

3.智能型机器人

智能型机器人，它不光具有觉得能力，而且还具有独立果断和行动的能力，并具有追念、推理和决策的能力，因而能够完成越发庞杂的行为。如：具有行走成效的机器人，其重心电脑控制着机器人的手臂和行走装置，使机器人的手完成作业，而用脚完成搬动成效；有些机器人能够识他人的天然发言，可以“听”懂人用天然发言收回的各种命令，完成相应的行为（图3）。智能机器人的“智能”特征就在于它具有与内部世界——对象、环境和人相适应、相调解的事情机能。

从控制方式看，智能机器人不同于工业机器人的“示教、再现”，不同于遥控机器人的“主—从独揽”，而是以一种“认知—适应”的方式自律地举办操作。智能机器人在发作打击时，通过自我诊断装置能自我诊断出打击部位，并能自我修复。可行走并用天然发言和人调换。

自上世纪90年代以来，随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅猛发展，机器人技术也获得了飞速发展。原来用于坐蓐制造的工业机器人水平陆续进步，各种用于非制造业的进步前辈机器人体系也有了长足的进展。机器人的各种成效被相继拓荒并获得陆续加强，机器人的种类陆续增加，机器人的应用领域也从起先的工业控制拓展到各行各业，荷戈事到民用，从地下到公开，从工业到农业、林、牧、渔，从科研寻求到医疗卫生行业，从坐等领域到文娱任职行业，以至还进入寻常百姓家。

三．机器人技术的应用

从机器人的用处来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。

军用机器人主要用于军事上庖代或襄理军队举办作战、窥伺、探险等事情。依据不同的作战空间可分为空中军用机器人、空中军用机器人(即无人飞行机)、水下军用机器人和空间军用机器人等。军用机器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式，这里不作详述。

在民用机器人中，各种坐蓐制造领域中的工业机器人在数量上占万万大都，成为机器人家族中的主力军；其它各种种类的机器人也先导在不同的领域获得研究拓荒和应用。总体看来，若按用处分，民用机器人可以分为以下几个主要类别：

1).工业机器人

这是机器人中数量和种类最多的一种机器人，广泛用于工业领域的各行各业。也是造成机器人产业的一种机器人。工业机器人一般由机械本体、控制器、伺服驱动体系和检测传感装置等组成，是一种仿人操作、主动控制、可反复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化主动化坐蓐设备。特别合适于多种类、变批量的柔性坐蓐。它对不乱、进步产品德量，进步坐蓐效率，改善劳动条件和产品的急速更新换代起着十分首要的作用。

工业机器人并不是在纯粹意义上庖代人的劳动，它既有人对环境形态的急速反应和判辨果断能力，又具无机器可长时间持续事情、准确度高、抗恶毒环境的能力，从某种意义上说它也是机器的退化历程产物。机器人技术是分析了计算机、控制论、机构学、讯息和传感技术、报酬智能、仿生学等多学科而造成的高新技术，是当代研究十分灵活，应用日益广泛的领域。机器人应用境况，是一个国度工业主动化水平的首要标志。

工业机器人的应用领域特别广泛，主要用于坐蓐制造历程中的焊接、切割、装配、喷漆、搬运、包装、产品检验等等，目前在汽车制造业坐蓐线上退役的工业机器人占总体数量的一半以上。

2) 任职机器人

任职机器人是机器人家族中的一个年老成员， 到目前为止还没有一个庄重的定义，不同国度对任职机器人的认识也有必定差别。国际机器人联合会经过几年的搜聚拾掇，给了任

职机器人一个初步的定义：任职机器人是一种半自主或全自主事情的机器人，它能完成无益于人类壮健的任职事情，但不包括处置坐蓐的设备。任职机器人的应用鸿沟很广，主要处置医疗、救援、监护、运输、保护、调治、修茸、清洗、保安、导游等事情。

3).文娱机器人

文娱机器人以供人浏览、文娱为目的，具无机器人的内部特征，可以像人，像某种植物，像童话或科幻小说中的人物等。同时具无机器人的成效，可以行走或完成行为，可以有发言能力，会唱歌，有必定的感知能力。如：作为电子宠物的机器狗、机器猫一时曾成为人们的趣味热点，有些机器人还会举办演奏、会跟着音乐节拍跳舞等。

4).类人机器人

大都的机器人并不像人，有的以至没有一点人的样子形貌。研制出外观和成效与人一样的机器人是迷信家们求之不得的希望，也是他们不懈追求的对象。可是，研制出本能机能优异的类人机器人，其最大的难关就是双足直立行走。由于仿人型机器人集机、电、质料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国度高科技实力和发展水平的首要标志，因而，世界隆盛国度都不惜投入巨资举办拓荒研究。日、美、英等国都在研制仿人形机器人方面做了大宗的事情，并已取得冲破性的进展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形机器人P3，美国麻省理工学院研制出了仿人形机器人科戈（COG），德国和澳洲配合研制出了装有52个汽缸，身高2米、体重150公斤的大型机器人，韩国最近也推出了机器人Hubo。本田公司最新拓荒的新型机器人“阿西莫”，身高120厘米，体重43公斤，它的走路方式越发接近人。我国也在这方面作了很多事情，国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人。

5）农业机器人

农业机器人最早孕育发作在日本、美国等隆盛国度，在研究方面，目前日本居于世界各国之首。由来在于这些国度的农业人口较少，随着农业坐蓐的规模化、多样化、准确化，劳动力不够的景色越来越显然。在这种境况下，使用农业机器人可以进步劳动坐蓐率和作业质量，治理劳动力的不够；还可以改善农业的坐蓐环境，抗御农药、化肥等对人体的侵害等。但农业机器人有如下的特性：①农业机器人一般哀求边作业边搬动；②农业领域的行走不是连接动身点和尽头的最短间隔，而是具有局促较长的间隔及广博整个田间轮廓的特性；③使用条件变化较大，如气候影响、路线的不平展和在倾斜的空中上作业，还须商量左右扭捏的题目；④价值题目，工业机器人所需大宗投资由工厂或工业团体支拨，而农业机器人以个别谋划为主，假使不是廉价值，就很难普及；⑤农业机器人的使用者是农民，不是具无机械电子学问的工程师，因而哀求农业机器人必需具有高靠得住性和操作纯粹的特性。现有的农业机器人主要用于耕耘、施肥、除草、喷药、蔬菜嫁接、收割、蔬菜水果采摘、林木修剪、果实分拣等。我国有一半以上的农业人口，研究和拓荒农业机器人看待进步农业坐蓐的劳动效率和加重人的劳动具有首要意义，但鉴于农业机器人的上述特性，它们的应用和普及还尚需光阴。

6) 特种机器人

特种机器人寻常是在非布局化的特殊环境下事情，即作业无法在事前摆设好的条件下举办，而且在作业历程中环境可以或许发作变化。与在布局化环境下作业的工业机器人相比，在非布局化环境下事情的特种机器人控制越发贫困，哀求的智能水平更高，如空间探测、深海作业、细密操作、在役管道内作业等。

四．机器人技术对我的影响

机器人技术被誉为