機(jī)器人學(xué)展望

第十章機(jī)器人學(xué)展望主要內(nèi)容機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀121世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢2機(jī)器人引起的社會問題3機(jī)器人學(xué)展望機(jī)器人學(xué)在過去40多年中已取得了迅速發(fā)展和可喜成就。機(jī)器人已為20世界的人類文明做出重要貢獻(xiàn)；機(jī)器人必將為21世紀(jì)的人類文明做出新的更大貢獻(xiàn)。10.1機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀世界機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀分析1990年世界工業(yè)機(jī)器人的銷售量曾達(dá)到81000臺1990-1993/1994年間，世界機(jī)器人銷售量的大幅度下降世界工業(yè)機(jī)器人主要市場的銷售量有升有降從60年代末工業(yè)機(jī)器人開始應(yīng)用到1998年底，世界各年累計銷售機(jī)器人數(shù)約為1020000臺1.世界機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測10.1機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀世界機(jī)器人發(fā)展前景預(yù)測工業(yè)機(jī)器人預(yù)計世界工業(yè)機(jī)器人的銷售量將年均增長8%。日本的機(jī)器人銷售將會繼續(xù)不景氣歐美工業(yè)機(jī)器人將會有穩(wěn)定的增長不同的工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人的增長情況也大不相同服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人尚處于開發(fā)及普及的早期階段，它是由操作型工業(yè)機(jī)器人引申而來的另一個重要的增長領(lǐng)域是家用機(jī)器人，殘疾人用機(jī)器人，特別是醫(yī)療領(lǐng)域用的機(jī)器人1999-2002年，預(yù)計世界將裝備24000臺服務(wù)機(jī)器人1.世界機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測10.1機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)器人我國工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致可分為3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的實(shí)用化期。在第一臺機(jī)械手出現(xiàn)后20年，我國于1972年開始研制工業(yè)機(jī)器人為了跟蹤國外高技術(shù)，80年代在國家高技術(shù)計劃中安排了智能機(jī)器人的研究開發(fā)在90年代中期，國家已選擇以焊接機(jī)器人的工程應(yīng)用為重點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)研究。90年代后半期是實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)機(jī)器人的商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)的時期2.國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測10.1機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀特種機(jī)器人到90年代，在國家高技術(shù)發(fā)展（863）計劃支持下，我國在發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的同時，也對非制造環(huán)境下應(yīng)用機(jī)器人問題進(jìn)行了研究，并取得一批成果特種機(jī)器人的開發(fā)包括管道機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、水下機(jī)器人、自動導(dǎo)引車、和排險機(jī)器人等2.國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測智能機(jī)器人計劃智能機(jī)器人研究開發(fā)工作的實(shí)施分為四個層次：型號和應(yīng)用工程，基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)，實(shí)用技術(shù)開發(fā)，成果推廣這四個層次既有區(qū)別又有聯(lián)系，它們在我國機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展中是不可缺少的，但各自又起著不同的作用10.1機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2.國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測智能機(jī)器人計劃第一個層次要研制一批具有重要應(yīng)用價值和重大應(yīng)用前景的機(jī)器人原型第二個層次是基礎(chǔ)技術(shù)研究第三個層次是實(shí)用技術(shù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的結(jié)合第四個層級是已有成果的推廣應(yīng)用，為生產(chǎn)服務(wù)，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)10.1機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2.國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，必須創(chuàng)建一個良好的研究和開發(fā)環(huán)境，培養(yǎng)一支素質(zhì)良好、有獻(xiàn)身精神的隊伍，為此建立了7個各具特色的研究實(shí)驗室，即研究和工程中心、機(jī)器人視覺實(shí)驗室、智能技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗室、機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)驗室、機(jī)器人控制實(shí)驗室、機(jī)器人傳感實(shí)驗室及機(jī)器人裝配實(shí)驗室各國同行們已經(jīng)開始關(guān)注中國機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在國際機(jī)器人發(fā)展的舞臺上，我們正在取得一席之地10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢1.傳感型智能機(jī)器人發(fā)展較快作為傳感型機(jī)器人基礎(chǔ)的機(jī)器人傳感技術(shù)有了新的發(fā)展，各種新型傳感器不斷出現(xiàn)。多傳感器集成與融合技術(shù)在智能機(jī)器人上獲得應(yīng)用。在多傳感集成和融合技術(shù)研究方面，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特別引人注目，稱為一個研究熱點(diǎn)10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢2.開發(fā)新型智能技術(shù)智能機(jī)器人有許多誘人的研究新課題。臨場感技術(shù)能夠測量和估計人對預(yù)測目標(biāo)的擬人運(yùn)動和生物學(xué)狀態(tài)，顯示現(xiàn)場信息，用于設(shè)計和控制擬人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)是一種對事件的現(xiàn)實(shí)性從時間和空間上進(jìn)行分解后重新組合的技術(shù)這一技術(shù)包括三維計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、多功能傳感器的交互接口技術(shù)以及高清晰度的顯示技術(shù)形狀記憶合金（SMA）被譽(yù)為“智能材料”可用來執(zhí)行驅(qū)動動作，完成傳感和驅(qū)動功能?？赡嫘螤钣洃浐辖穑≧SMA）也在微型機(jī)器上得到應(yīng)用10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢3.采用模塊化設(shè)計技術(shù)智能機(jī)器人和高級工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要力求簡單緊湊，其高性能部件甚至全部機(jī)構(gòu)的設(shè)計已向模塊化方向發(fā)展；其驅(qū)動采用交流伺服電機(jī)，向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化發(fā)展，采用高速CPU和32位芯片、多處理器和多功能操作系統(tǒng)，提高機(jī)器人的實(shí)時和快速響應(yīng)能力。機(jī)器人軟件的模塊化則簡化了編程，發(fā)展了離線編程技術(shù)，提高了機(jī)器人控制系統(tǒng)的適應(yīng)性10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢4.機(jī)器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢在生產(chǎn)工程系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)器人，使自動化發(fā)展為綜合柔性自動化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化和機(jī)器人化。近年來，機(jī)器人生產(chǎn)工程系統(tǒng)獲得不斷發(fā)展。汽車工業(yè)、工程機(jī)械、建筑、電子和電機(jī)工業(yè)以及家電行業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時，引入高級機(jī)器人技術(shù)，采用柔性自動化和智能化設(shè)備，改造原有生產(chǎn)手段，使機(jī)器人及其生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展呈上升趨勢10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢5.微型機(jī)器人的研究有所突破微型機(jī)器和微型機(jī)器人為21實(shí)際的尖端技術(shù)質(zhì)疑。已經(jīng)開發(fā)出手指大小的微型移動機(jī)器人，可用於進(jìn)入小型管道進(jìn)行檢查作業(yè)?？勺屗鼈冞M(jìn)入人體器官，進(jìn)行各種疾病的診斷和治療，而不傷害人的健康。微型驅(qū)動器是開發(fā)微型機(jī)器人的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。小型機(jī)器人移動靈活方便，速度快，精度高，適于進(jìn)入大中型工件進(jìn)行直接作業(yè)。10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢6.應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴(kuò)展為了開拓機(jī)器人新市場，除了提高機(jī)器人的性能和功能，以及研制智能機(jī)器人外，向非制造業(yè)擴(kuò)展也是一個重要方向。開發(fā)適應(yīng)于非結(jié)構(gòu)環(huán)境下工作的機(jī)器人將是機(jī)器人發(fā)展的一個長遠(yuǎn)方向。這些非制造業(yè)包括航天、海洋、軍事、建筑、醫(yī)療護(hù)理、服務(wù)、農(nóng)林、采礦、電力、煤氣、供水、下水道工程、建筑物維護(hù)、社會福利、家庭自動化、辦公自動化和災(zāi)害救護(hù)等。智能機(jī)器人在非織造業(yè)部門具有與制造業(yè)部門一樣廣闊和誘人的應(yīng)用前景，必將造福于人類10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢7.行走機(jī)器人研究引起重視行走機(jī)器人是移動機(jī)器人的一種，包括步行機(jī)器人（二足、四足、六足和八足）和爬行機(jī)器人等。自主式移動機(jī)器人是研究最多的一種。自主機(jī)器人能夠按照預(yù)先給出的任務(wù)指令，根據(jù)已知的地圖信息做出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過程中，不斷感知周圍局部環(huán)境信息，自主做出決策，引導(dǎo)自身繞開障礙物，安全行駛到達(dá)指定目標(biāo)，并執(zhí)行要求的動作也操作10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢8.開發(fā)敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人必須改變過去那種“部件發(fā)展方式”，而優(yōu)先考慮“系統(tǒng)發(fā)展方式”。隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人早以發(fā)展成為可編程的高度柔性加工單元。隨著高剛性及微驅(qū)動問題的解決，機(jī)器人必將成為高精度、高柔性的敏捷性加工設(shè)備從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，首先要考慮如何能和其他設(shè)備方便地實(shí)現(xiàn)連接及通訊。從系統(tǒng)觀點(diǎn)來看，設(shè)計和開發(fā)機(jī)器人必須考慮和其他設(shè)備互聯(lián)和協(xié)調(diào)工作的能力10.221世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢9.軍用機(jī)器人將裝備部隊由于微小型機(jī)器人體積小，因而生存能力特別強(qiáng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，一種名叫“扁虱”的機(jī)器人，它可以附著在敵人裝備的某一部分上，深入敵人的防線，秘密的偵查敵人的目標(biāo)。它也可以向敵人的通訊系統(tǒng)中注入一個功率脈沖進(jìn)行干擾，或爬到敵人的機(jī)械裝備中去，破壞發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵部件10.3應(yīng)用機(jī)器人引起的社會問題1.機(jī)器人引起社會結(jié)構(gòu)變化在過去的多年里，機(jī)器人的發(fā)展極為迅速。機(jī)器人登上社會舞臺和經(jīng)濟(jì)舞臺，使社會結(jié)構(gòu)正在發(fā)生靜悄悄的變化。估計，人-機(jī)器的社會結(jié)構(gòu)，終將為人-機(jī)器人-機(jī)器的社會結(jié)構(gòu)所取代。從醫(yī)院里看病的“醫(yī)生”、護(hù)理病人的“護(hù)士”、旅館、餐館和商店的“服務(wù)員”，到家庭的“勤雜工”，還有秘書、司機(jī)等等，均將由機(jī)器人來擔(dān)任。因此，人們將不得不學(xué)會與機(jī)器人相處，并適應(yīng)這種共處。由于與機(jī)器人打交道畢竟不同于與人打交道，所以人們必須改變自己的傳統(tǒng)觀念和思維方式10.3應(yīng)用機(jī)器人引起的社會問題2.機(jī)器人造成人類心理威脅機(jī)器人的智能將要超過人類，從而反賓為主，要人類聽從它的調(diào)遣。這種擔(dān)心，隨著科幻小說和電影、電視、網(wǎng)絡(luò)的傳播，已經(jīng)十分普遍了。造成這種擔(dān)心的有兩方面的原因：一是由于人類對未來機(jī)器人還不夠了解，因而產(chǎn)生“不信任感”；二是由于現(xiàn)代社會矛盾在人們心理上的反應(yīng)，比如，西方社會在使用機(jī)器人后，給工人帶來的失業(yè)恐懼所造成的。但是，實(shí)際上是不可能出現(xiàn)機(jī)器人超過人類這種情況的10.3應(yīng)用機(jī)器人引起的社會問題3.勞務(wù)就業(yè)問