簡述機器人技術(shù)及其在日常生活中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢

簡述機器人技術(shù)及其在日常生活中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢簡述機器人技術(shù)及其在日常生活中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢簡述機器人技術(shù)及其在日常生活中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢xxx公司簡述機器人技術(shù)及其在日常生活中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度簡述機器人技術(shù)及其在日常生活中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢從機器人誕生到現(xiàn)在，機器人技術(shù)經(jīng)歷了一個長期緩慢的發(fā)展過程。隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進機器人系統(tǒng)也有了長足的進展。機器人技術(shù)代表了機電一體化技術(shù)的最高研究成果，涉及機械工程、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制理論及人工智能等多門學科，是當代科學技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。機器人的研究、制造和應(yīng)用程度，是一個國家或公司科技水平和經(jīng)濟實力的象征。目前，國際上許多大公司都在競相研制各類先進機器人，向人們展示其實力。機器人是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。一、機器人發(fā)展背景第一代：60年代初，美國Unination公司成功研制第一臺數(shù)控機械手，它是具有記憶存儲能力的示教再現(xiàn)式機器人。第二代：70年代，出現(xiàn)了具有感覺傳感器的機器人，具有一定的自適應(yīng)能力。第三代：80年代，具有智能功能的機器人，具有靈活的思維功能。到了本世紀，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進機器人系統(tǒng)也有了長足的進展。機器人基本組成機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。執(zhí)行機構(gòu)即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構(gòu)，其中的運動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機器人）等。驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進行比較后，對執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)整，以保證機器人的動作符合預(yù)定的要求?？刂葡到y(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機器人的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。三、機器人技術(shù)走進生活數(shù)字化家庭是未來智能小區(qū)系統(tǒng)的基本單元。所謂“數(shù)字化家庭”就是基于家庭內(nèi)部提供覆蓋整個家庭的智能化服務(wù)，包括數(shù)據(jù)通信、家庭娛樂和信息家電控制功能。下面介紹幾種機器人技術(shù)及其在數(shù)字化家庭中的應(yīng)用。1智能機器人的多傳感器系統(tǒng)機器人智能技術(shù)中最為重要的相關(guān)領(lǐng)域是機器人的多感覺系統(tǒng)和多傳感信息的集成與融合，統(tǒng)稱為智能系統(tǒng)的硬件和軟件部分。視覺、聽覺、力覺、觸覺等外部傳感器和機器人各關(guān)節(jié)的內(nèi)部傳感器信息融合使用，可使機器人完成實時圖像傳輸、語音識別、景物辨別、定位、自動避障、目標物探測等重要功能；給機器人加上相關(guān)的醫(yī)療模塊和專用醫(yī)療傳感器部件，再加上醫(yī)療專家系統(tǒng)就可以實現(xiàn)醫(yī)療保健和遠程醫(yī)療監(jiān)護功能。2智能機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)包含兩部分：一是上位機，一般采用pc，它完成機器人的運動軌跡規(guī)劃、傳感器信息融合控制算法、視覺處理、人機接口及遠程處理等任務(wù)；二是下位機，一般采用多單片機系統(tǒng)或dsp等作為控制器的核心部件，完成電機伺服控制、反饋處理、圖像處理、語音識別和通信接口等功能。如果采用多單片機系統(tǒng)作為下位機，每個處理器完成單一任務(wù)，通過信息交換和相互協(xié)調(diào)完成總體系統(tǒng)功能，但其在信號處理能力上明顯有所欠缺。由于dsp擅長對信號的處理，而且對此智能機器人來說經(jīng)常需要信號處理、圖像處理和語音識別，所以采用dsp作為智能機器人控制系統(tǒng)的控制器。3機器人視覺與視頻信號的傳輸機器人采集的視頻信號有2種作用：提供機器人視覺；將采集到的家庭成員的靜態(tài)圖像和動態(tài)畫面?zhèn)鹘o遠程醫(yī)療中心。機器人視覺的作用是從3維環(huán)境圖像中獲得所需的信息并構(gòu)造出環(huán)境對象的明確而有意義的描述。視覺包括3個過程：(1)圖像獲取。通過視覺傳感器將3維環(huán)境圖像轉(zhuǎn)換為電信號。(2)圖像處理。圖像到圖像的變換，如特征提取。(3)圖像理解。在處理的基礎(chǔ)上給出環(huán)境描述。通過視頻信號的傳輸，遠程醫(yī)療中心的醫(yī)生可以實時了解家庭成員的身體狀況和精神狀態(tài)。智能機器人根據(jù)醫(yī)生的需要捕捉適合醫(yī)療保健和診斷需求的圖像，有選擇地傳輸高分辨率和低分辨率的圖像。智能機器人對于數(shù)字化家庭的醫(yī)療保健可以提供如下的服務(wù)：(1)醫(yī)療監(jiān)護通過集成有藍牙模塊的醫(yī)療傳感器對家庭成員的主要生理參數(shù)如心電、血壓、體溫、呼吸和血氧飽和度等進行實時檢測，通過機器人的處理系統(tǒng)提供本地結(jié)果。(2)遠程診斷和會診通過機器人的視覺和聽覺等感覺功能，將采集的視頻、音頻等數(shù)據(jù)結(jié)合各項生理參數(shù)數(shù)據(jù)傳給遠程醫(yī)療中心，由醫(yī)療中心的專家進行遠程監(jiān)控，結(jié)合醫(yī)療專家系統(tǒng)對家庭成員的健康狀況進行會診，即提供望(視頻)、聞、問(音頻)、切(各項生理參數(shù))的服務(wù)。在醫(yī)療保健的過程中，對于圖像傳送有2種不同條件的需求：(1)醫(yī)生觀察家庭成員的皮膚、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的顏色時，需要傳送靜態(tài)高清晰度彩色圖像；采用的方法是間隔一段時間(例如5分鐘)傳送1幅高清晰度靜態(tài)圖像。(2)醫(yī)生借助動態(tài)畫面查看家庭成員的身體移動能力時，可以傳送分辨率較低和尺寸較小的圖像，采用的方法是進行合理的壓縮和恢復以保證實時性。4機器人聽覺與音頻信號的傳輸機器人采集的音頻信號也有2種作用：一是提供機器人聽覺；二是借助于音頻信號，家庭成員可以和醫(yī)生進行溝通，醫(yī)生可以了解家庭成員的健康狀況和心態(tài)。音頻信號的傳輸為醫(yī)生對家庭成員進行醫(yī)療保健提供了語言交流的途徑。機器人聽覺是語音識別技術(shù)，醫(yī)療保健智能機器人帶有各種聲交互系統(tǒng)，能夠按照家庭成員的命令進行醫(yī)療測試和監(jiān)護，還可以按照家庭成員的命令做家務(wù)、控制數(shù)字化家電和照看病人等。聲音的獲取采用多個立體麥克風。由于聲音的頻率范圍大約是300hz一3400hz，過高或過低頻率的聲音在一般情況下是不需要傳輸?shù)?，所以只用傳送頻率范圍在1000hz-3000hz的聲音，醫(yī)生和家庭成員就可以進行正常的交流，從而可以降低傳輸音頻信號所占用的帶寬，再采用合適的通信音頻壓縮協(xié)議即可滿足實時音頻的要求。四、總結(jié)可以想象在不遠的將來，隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，人口增長減緩，出生率下降以及老齡化不斷加劇，社會勞動力資源將會成為一個極其寶貴的資源，到那時也許機器人才會真正的全面的深入到社會的各個領(lǐng)域，成為社會不可或缺的一部分。由于機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動，所以它具有很高的發(fā)展?jié)摿?。它的任?wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作。例如用于軍事武器、工業(yè)生產(chǎn)等等、或是代替人干危險作業(yè)。不論是軍事、工業(yè)、家庭，從發(fā)展的眼光看，今后人類社會對機器人的依賴是將越來越大。關(guān)于用于民用工業(yè)用機器人，有自動焊接機器人，水下探險、噴涂、各