機器人日勺智能化技術

學院：機械工程學院

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一、序言

從感覺到記憶到思維這一過程，稱為“智慧”，智慧n勺成果就產生了行為

和語言，將行為和語言日勺體現過程稱為“能力”，兩者合稱“智能”。智能機

器人之因此叫智能機器人，這是由于它有相稱發達的“大腦”。在腦中起作用的

是中央計算機，這種計算機跟操作它的人有直接的聯絡。最重要日勺是，這樣日勺計

算機可以進行按目的安排的動作。

大多數專家認為智能機器人至少要具有如下三個要素：一是感覺要素，

運用形形色色的內部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺、聽覺、觸覺、

嗅覺，用來認識周圍環境狀態；二是運動要素，除具有感受器外，它尚有

效應器，作為作用于周圍環境的手段，對外界做出反應性動作；三是思索

要素，根據感覺要素所得到的信息，思索出采用什么樣的動作。感覺要素

包括能感知視覺、靠近、距離等日勺非接觸型傳感器和能感知力、壓覺、觸

覺等日勺接觸型傳感器，這些要素實質上就是相稱于人日勺眼、鼻、耳等五官，

它們日勺功能可以運用諸如攝像機、圖像傳感器、超聲波傳成器、激光器、

導電橡膠、壓電元件、氣動元件、行程開關等機電元器件來實現。對運動

要素來說，智能機器人需要有一種無軌道型的移動機構，以適應諸如平地、

臺階、墻壁、樓梯、坡道等不一樣的地理環境。它們的功能可以借助輪子、

履帶、支腳、吸盤、氣墊等移動機構來完畢。在運動過程中要對移動機構

進行實時控制，這種控制不僅要包括有位置控制，并且還要有力度控制、

位置與力度混合控制、伸縮率控制等。智能機器人的思索要素是三個要素

中日勺關鍵，也是人們要賦予機器人必備的要素。思索要素包括有判斷、邏

輯分析、理解等方面的智力活動。這些智力活動實質上是一種信息處理過

程，而計算機則是完畢這個處理過程的重要手段。

智能區I發達是第三代機器人口勺一種重要特性。人們根據機器人口勺智力

水平決定其所屬日勺機器人代別。有的人甚至依此將機器人分為如下幾類：

受控機器人一一“零代”機器人，不具有任何智力性能，是由人來掌握操

縱日勺機械手；可以訓練的機器人一一第一代機器人，擁有存儲器，由人操

作，動作日勺計劃和程序由人指定，它只是記住（接受訓練的I能力）和再現

出來：感覺機器人一一機器人記住人安排的計劃后，再根據外界這樣或那

樣的數據（反饋）算出動作的詳細程序；智能機器人一一人指定目的后，

機器人獨自編制操作計劃，根據實際狀況確定動作程序，然后把動作變為

操作機構的運動。因此，它有廣泛的感覺系統、智能、模擬裝置（周圍狀

況及自身一一機器人H勺意識和自我意識）

二、發展過程

起初，機器人的J本體上沒有智能單元只有執行機構和感應機構，它具有運用傳感

信息（包括視覺、聽覺、觸覺、靠近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進行傳感信息

處理、實現控制與操作的能力。受控于外部計算機，在外部計算機上具有智能處理單

元，處理由受控機器人采集的多種信息以及機器人自身的多種姿態和軌跡等信息，然

后發出控制指令指揮機器人的動作。

伴隨科學技術的進步，機器人通過計算機系統與操作員或程序員進行

人一機對話，實現對機器人H勺控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功

能，可以獨立地實現某些諸如軌跡規劃、簡樸日勺避障等功能，不過還要受

到外部的I控制。

以上屬于初級智能機潛人.它和工業機器人不一樣樣，具有象人那樣日勺

感受，識別，推理和判斷能力.可以根據外界條件的變化，在一定范圍內自行

修改程序，也就是它能適應外界條件變化對自己怎樣作對應調整.不過，修

改程序的原則由人預先給以規定.這種初級智能機器人已擁有一定的智能，

雖然還沒有自動規劃能力，但這種初級智能機器人也開始走向成熟，到達實

用水平.

高級智能機器人，它和初級智能機器人同樣，具有感覺，識別，推理和判

斷能力，同樣可以根據外界條件的變化，在一定范圍內自行修改程序。所不

一樣日勺是，本體上具有感知、處理、決策、執行等模塊，可以就像一種自主

的人同樣獨立地活動和處理問題。修改程序的原則不是由人規定的，而是機

器人自己通過學習，總結經驗來獲得修改程序的原則，因此它日勺智能高出初

能智能機器人。這種機器人的特點在于它歐I自主性和適應性，已擁有一定

的自動規劃能力，可以自己安排自己的工作，這種機器人可以不要人的照顧,

完全獨立的工作，故稱為高級自律機器，這種機器人也開始走向實用。由于

全自主移動機器人波及諸如驅動器控制、傳感器數據融合、模式識別、神

經網絡等許多方面日勺研究，因此可以綜合反應一種國家在制造業和人工智

能等方面時水平。因此，許多國家都非常重視全自主移動機器人的研究。

三、在機器人中的運用

焊接機器人的研究經歷了三個階段，即示教再現階段、離線編程階段

和自主編程階段。伴隨計算機控制技術的不停進步，使焊接機器人由單一

的單機示教再現型向多傳感、智能化的柔性加工單元（系統）方向發展，

實現由第二代向第三代的過渡將成為焊接機器人追求的目的。規定弧焊機

器人系統不僅能實現空間焊縫日勺自動實時跟蹤，并且還能實現焊接參數日勺

在線調整和焊縫質量的實時控制。研究智能化機器人焊接技術，改善目前

工業生產中示教再現型焊接機器人的適應或智能化功能，首先是目前高技

術產品復雜焊接工藝及其焊接質量、效率的迫切規定；此外，伴隨人類探

索空間的擴展，在極端環境，如太空、深水以及核環境下的焊接制造也對

發展自主智能型焊接機器人提出了強烈的技術需求。仍有待于在實際焊接

制造過程中完善和發展。有關針對特殊焊接構件日勺特種焊接機器人，如爬

行式焊接機器人、焊接專用機構等也在研究開發中。

醫學機器人：在未知環境中，實時避障是實現智能化機器人自主工作日勺

關鍵技術。敏感口勺皮膚可以使智能機器人具有環境感知和實時決策的能力。

研制口勺敏感皮膚由模塊化和帶有強數據處理能力的微型紅外傳感器陣列構

成，可以粘貼在機器人表面，依賴于皮膚上的紅外傳感器來感知外部環境。

系統采用了幾何光學模型法來測量敏感皮膚與障礙物間的距離。試驗成果

表明，在感知區域內，敏感皮膚可以實時精確地給出多關節機器人周圍的障

礙物存在和距離信息：為處理機器人避障問題提供新的范例。鼻內鏡手術中

全智能化機器人，全智能化機器人進行鼻內鏡手術治療慢性鼻竇炎、鼻肉。

成果：手術過程順利，無術中、術后并發癥。結論：影像導航手術定位精確、

侵襲性小、并發癥少，與內窺鏡配合，可以糾正軟組織移位引起的偏差，確

認耳鼻喉及與之相連接的高危解剖區域的標志，提高了手術H勺安全性、精確

性。

“機器人女士”，他發現他日勺某些同胞能在毫無愛好日勺狀況下應付對方談

話，并且他們日勺對話仍能很好地進行下去。這個機器人女士繼承了這一能

力，能在問話中找到關鍵詞語，然后構成某些公式化的令人感到恰當H勺答

案。

四、發展方向

智能機器人，發展方向大體有兩種，一種是類人型智能機器人，這是

人類夢想的機器人；另一種是外形并不像人，但具有機器智能。人指定目

的后，機器人獨自編制操作計劃，根據實際狀況確定動作程序，然后把動

作變為操作機構的運動。因此，它有廣泛日勺感覺系統、智能、模擬裝置（周

圍狀況及自身一一機器人的I意識和自我意識）。

五、存在的問題

盡管機器人人工智能獲得了明顯的成績，控制論專家們認為它可以具

有的智能水平的極限并未到達。問題不光在于計算機的運算速度不夠和感

覺傳感器種類少，并且在于其他方面，如缺乏編制機器人理智行為程序的

設計思想。這很像用高級語言進行程序設計同樣，只要指出“間隔為一的

從1?20的一組數字”，機器人自己會將這組指令輸入詳細規定日勺操作系

統。最明顯的就是，“一接觸到熱日勺物體就把手縮回來”此類最明顯日勺指

令甚至在大腦還沒故意識到的時候就已經發出了。

學習能力是復雜生物系統中組織控制的另一種普遍原則，是對先前并

不懂得、在相稱廣泛范圍內發生變化的生活環境H勺適應能力。這種適應能

力不僅是整個機體所固有的，并且是機體H勺單個器官、甚至功能所固有的,