機械人發(fā)展現(xiàn)狀以及未來發(fā)展分析

1、機器人的現(xiàn)狀及未來發(fā)展摘要:當(dāng)今時代，機器人代表了一個國家機械、電子等多行業(yè)的綜合 實力水平。隨著當(dāng)代科技的發(fā)展，人們研發(fā)越來越多的智能機器人。機器人的普及和應(yīng)用給我們的生活帶來了很多的便利，同時，極大的 提高了勞動生產(chǎn)水平。本文著重介紹機器人的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展。關(guān)鍵詞：機器人，現(xiàn)狀，未來發(fā)展引言我國科學(xué)家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器， 所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能 力，規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動 化機器”。隨著人們對機器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識的加深，機器人技 術(shù)開始源源不斷地向人類活動的各個領(lǐng)域滲透。人們發(fā)展了各式各

2、樣 的具有感知，決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器， 如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、 空中空間機器人，娛樂機器人等。簡言之，機器人是一種綜合了機 械、電子、計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感、人工智能、仿生 學(xué)等多學(xué)科先進技術(shù)與一體而形成的高新技術(shù)產(chǎn)品。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣，種類也越來越 來多。在種類繁多的機器人中，我們所熟知機器人：教學(xué)專用的示教 機器人，有廣闊發(fā)展前景足球機器人，保姆機器人，在農(nóng)業(yè)方面的采摘機器人、噴藥機器人及智能機器人。機器人之所以應(yīng)用領(lǐng)域如此之廣，是因為其有以下的優(yōu)點：解放人類的體力勞動改善工作環(huán)境。提高產(chǎn)

3、品生產(chǎn)率和質(zhì)量改善企業(yè)形象。能夠擴大就業(yè)和促進科技創(chuàng)新。幫助人類探索一些特殊的未知領(lǐng)域。機器人發(fā)展現(xiàn)狀在本部分，會分別從國外以及國內(nèi)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀、及其部分 熟知的機器人的發(fā)展現(xiàn)狀進行敘述。2.1國內(nèi)外機器人發(fā)展現(xiàn)狀國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個方面：機器人性能不斷提高(高速度，高精度、高可靠性、便于操作 和維修)，而單機價格不斷下降。機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展， 便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采 用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。機器人中的傳感器作用日益重要，裝配、焊接機器人還應(yīng)用

4、了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力 覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制； 多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于 過程控制。如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的 感覺來操縱機器人I “。(6 )當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是 致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng) 構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實 用化階段。(7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床” 以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開

5、拓 其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。國內(nèi)機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下的幾個方面：基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)也開 始起步。生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、 裝配、搬運等智能化不高的機器人?？偟膩砜矗覈墓I(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比 還有一定的距離，因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品 進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進 程。2.2國內(nèi)機器人發(fā)展現(xiàn)狀實例分析2.2.1工業(yè)機器人工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀2005年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機器人和系統(tǒng)600臺套，機器人 銷售額14億元，機器人產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)

6、濟的年收益額為65億元。據(jù) 市場預(yù)測，“十一五”期間我國工業(yè)機器人的總需求量約為8OOO 一 20000臺套，其中以點焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓等各類 機器人自動化成套裝備系統(tǒng)為主。根據(jù)發(fā)達國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展與升級的 歷程和工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，到2015年中國機器人市場的 容量約達十幾萬臺。工業(yè)機器人總體趨勢是：從狹義的機器人概念向廣義的機器人 技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機器人技術(shù)產(chǎn) 業(yè)發(fā)展。機器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應(yīng)用機器人技術(shù)的、具有 在實世界動作功能的智能化系統(tǒng)”。工業(yè)機器人由操作機、控制器、 伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測基金項目：上海高校優(yōu)秀青年教師科研專項基 金項

7、目（600407）。傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可 重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè) 備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品 質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十 分重要的作用。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是 綜合了人類特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對 環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、 精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器進化過 程的產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。工業(yè)機器人的未來發(fā)

8、展方向我國機器人學(xué)研究起步較晚，但進步較快，已經(jīng)在工業(yè)機器人、 特種機器人和智能機器人各個方面區(qū)的了明顯的成就。近年來我國的 機器人自動化技術(shù)也取得了長足的發(fā)展，但是與世界發(fā)達國家相比， 還有一定的差距，如可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚； 應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。我國目前從事機器人 研發(fā)和應(yīng)用工程的單位相對較少，工業(yè)機器人的擁有量遠遠不能滿足 需求量，長期大量依靠從國外引進。總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比 還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較 晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上， 我國已安裝

9、的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分 之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn) 都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶、一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、 零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性 不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面 規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計.積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。2.2.2足球機器人足球機器人發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)的機器人研究近年來也取得了長足的進步。目前，國內(nèi)有很 多大學(xué)都有了自己的FIRA機器人足球隊，其中包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)、 東北大學(xué)、浙江大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、 西華大學(xué)等

10、。從1999年開始，國內(nèi)開始組織全國性的足球機器人比 賽，以及相關(guān)的學(xué)術(shù)交流活動。國內(nèi)的機器人研究雖然剛剛起步，但是已經(jīng)顯示出強大的活力。 中國人工智能學(xué)會、中國自動化學(xué)會分別設(shè)立了機器人足球協(xié)會和機 器人競賽委員會，以組織、協(xié)調(diào)和指導(dǎo)我國高校和研究機構(gòu)開展機器 人足球比賽、學(xué)術(shù)交流和相關(guān)研究工作。許多學(xué)校和機構(gòu)已經(jīng)積極行 動起來，主要包括中國科學(xué)院自動化研究所、清華大學(xué)、中國科技大 學(xué)等。近年來，在國際比賽中，尤其是在FIRA競賽中，我國科研機 構(gòu)取得了很好的成績。足球機器人發(fā)展特點（1）發(fā)展迅速，比賽規(guī)模逐年擴大。（2）競爭激烈，比賽水平提高很快。（3）得到著名期刊、國際研討會議的高度重視

11、。（4）歐美以及韓國、日本的機器人足球水平仍處于領(lǐng)先地位。（5）我國機器人足球奮起直追、迅速提高。足球機器人研究現(xiàn)狀目前，對于多機器人系統(tǒng)的研究主要有以下四個方面：（1）多機器人系統(tǒng)及其協(xié)作結(jié)構(gòu).（2）移動機器人的智能控制（3）障礙回避及路徑規(guī)劃（4）實時決策2.2.3保姆機器人保姆機器人發(fā)展現(xiàn)狀在現(xiàn)在的社會中，保姆機器人的應(yīng)用越來越多。有的是剪羊毛的 “能手”有的是養(yǎng)豬的“專家”，有的是養(yǎng)魚的“行家”這些機 器人真稱得上是“機器人專業(yè)戶”。除上面所說，保姆機器人不同類型為不同人提供服務(wù)，其中包括： 機器人警察，“試管”機器人，“教學(xué)”機器人，“告狀”機器人，機 器人“傭人”，機器人“陪女”，

12、機器人“主婦”，機器人“廚師”, 服務(wù)機器人等，這些都是在日常生活中的應(yīng)用。實際上，在軍事上， 保姆機器人也發(fā)揮了舉足輕重的作用，比如說：機器人排險，空中偵 察的新法寶等。從以上的內(nèi)容很容易發(fā)現(xiàn)保姆機器人的重要作用，因此，投入大 量資金開發(fā)是必然的趨勢。保姆機器人的未來發(fā)展1、聯(lián)合國報告一家用機器人十年后普及本報訊 據(jù)外電報道，科幻小說中的家庭，機械人當(dāng)保姆、做家 務(wù)，家里大大小小的事情都由機械人代勞。根據(jù)聯(lián)合國公布的一項預(yù) 測，這種幻想將不再是空談，很有可能在10年后成為“普遍現(xiàn)象”。 訂單上升價錢趨大眾化.隨著“家用服務(wù)型”機械人的功能不斷改善 及價錢趨向大眾化，報告估計在未來10至15年

13、內(nèi)，這些機械人會像 今天的電腦、手提電話和互聯(lián)網(wǎng)一樣愈來愈受到人們的歡迎，逐漸在 家庭中普及。報告指稱，將來裝備了傳感系統(tǒng)、訊息處理系統(tǒng)和機械臂的機械 人可以承擔(dān)各種各樣的家務(wù)活動，如吸塵、抹地、收拾餐具、倒垃圾、 看門或看護老弱病殘者等工作，從而大大減輕人們的家務(wù)負擔(dān)。減輕 負擔(dān)照顧老弱病殘。報告還說，個人電腦、互聯(lián)網(wǎng)和手提電話的普及 為機械人進入家庭提供了很大方便。目前生產(chǎn)的冷氣機、雪柜、電爐 具等家電愈來愈多地采用微型電腦控制，而且往往可以通過電話線、 紅外線或其它無線通訊手段接收工作指令。于是，可到處移動的機械 人便成了“總管”，控制所有接連電腦的家用電器和設(shè)施，代人遠距 離遙控家中各

14、種電器、設(shè)備。按照聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會的定義，“服務(wù)型”機械人是在制造 業(yè)以外自動或半自動為人類服務(wù)的機械人。目前世界上至少有服務(wù)型 機械人5000臺，主要應(yīng)用于清潔、醫(yī)療、水底作業(yè)以及家庭服務(wù)等 領(lǐng)域，其中從事家務(wù)勞動的機械人有近2000臺。預(yù)計到了公元2002 年，功能比較簡單的自動除塵機械人的總數(shù)可能接近50萬臺，而“服 務(wù)型”機械人亦會有2. 4萬臺。2、明天的機器人向著實用化方向發(fā)展。將來的工業(yè)機器人，比現(xiàn)在的只有58個關(guān)節(jié)的機器人關(guān)節(jié)要 多得多，它們的動作就會更加靈活；將來的機器人操作精度不是現(xiàn)在 以毫米為單位的水平，而是以微米計的水平了；將來的機器人比現(xiàn)在 的機器人會更安全可靠、

15、不發(fā)生故障能夠連續(xù)進行工作，時間從現(xiàn)在 的幾千小時也許會增長到幾年；將來的機器人眼睛能夠很容易識別圖 形和景物；將來的機器人能夠很方便地與人交談；將來的機器人會科學(xué)家預(yù)測，到本世紀(jì)末將會有8項科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)實在性進展， 其中有一項是電腦控制的機器人將實用化。這種機器人可制造仿殘疾 人身體各部分的零件，如假肢等。到本世界末，機器人數(shù)量會大大增 加，光美國就可望達到30萬臺，比現(xiàn)有的增加67倍，到本世紀(jì)末， 日本有可能用農(nóng)業(yè)機器人代替許多務(wù)農(nóng)的人進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；到本世紀(jì) 末，家庭和醫(yī)院用的機器人達到實用化，在最深海底工作的水下機器 人實用化，護理機器人實用化未來的機器人發(fā)展前景，是無法一 一列出的。我

16、們引用日本一位專家如下一段話，來說明機器人將會更 蓬勃地發(fā)“到本世紀(jì)末，任何一個國家，如不擁有一定數(shù)量和質(zhì)量的 機器人，就不具有為進行國際競爭所必需的工業(yè)基礎(chǔ)?！睓C器人正在 向著我們走來。機器人的未來發(fā)展隨著機器人在社會中的不斷普及和應(yīng)用，人們對機器人實用 化、市場化的呼聲也越來越高。未來機器人的發(fā)展將有一個非常 大的發(fā)展空間。未來機器人可能會朝著一下幾個方面發(fā)展。1外形結(jié)構(gòu)的擬人化和微型化機器人發(fā)展的初級階段是以機械手的形式呈現(xiàn)的。當(dāng)時由于 技術(shù)、資金、性價比等方面的原因，并沒有注重發(fā)展擬人機器人。 隨著技術(shù)的不斷進步，還有機械手式機器人呈現(xiàn)的不足，擬人化 的機器人正在得到快速的發(fā)展。2功能

17、的多樣化機器人以后的發(fā)展方向必然是向著多功能、多擴展性的方向 發(fā)展，聽、視、觸、嗅、味覺將會是機器人必備的功能。在現(xiàn)今 的機器人中，聽、視覺發(fā)展相對較快，在觸、嗅、味覺方面的由 于技術(shù)上的限制，現(xiàn)在還沒有研制出在這些方面比較成熟的感應(yīng) 裝置。人類的生活節(jié)奏越來越快，人與人之間的溝通也越來越少， 人們期望研發(fā)一種能與人進行溝通的機器人，并且能成為人的伙 伴。聽覺可以幫助機器人更好的接受一些聲波信號，而這種信號 是人類最容易使用的方法，有助于人類更好的控制機器人。視覺 的發(fā)展，以后的視覺系統(tǒng)將會帶有三維立體效果，可以幫助機器 人更好的掌握平衡感，行走的穩(wěn)定性。并且能夠更好的了解外界 信息。觸覺是機器人發(fā)展的一個瓶頸，導(dǎo)致機器人有力不能用的 尷尬。因為現(xiàn)實中很多物質(zhì)的軟硬程度不同，需要機器人能夠很 好的去感知受力情況，從而不至于把物體損壞，或者由于無意而 傷害人類。嗅覺和味覺可以更好的幫助機器人了解整個世界，也 有利于機器人進入到餐飲行業(yè)，真正做到無所不能，一個全職的 人類伙伴。3具有自我學(xué)習(xí)和思考的能力機器人相對于人最大的不足就是不具有思考和再學(xué)習(xí)的能力， 這