機器人的研究現狀及其發展趨勢

劉鵬

[摘 要]對國內外最新的機器人產品及研究成果進行了廣泛調研。介紹了工業機器人、農業機器人、微機器人、類人機器人、自重構模塊機器人、等幾種當前應用廣泛和未來發展前景廣闊的機器人。以農業機器人為例分析了當前機器人產品和技術的不足，展望了未來機器人技術的發展趨勢。

[關鍵詞]智能機器人；發展現狀；發展趨勢

現如今，智能機器人技術已得到生產、生活等諸多領域的廣泛推廣使用，根據智能機器人具備的智能水平可將其劃分成三種等級，分別為高級智能機器人、初級智能機器人以及工業機器人。進入二十一世紀之后，在信息技術、智能控制技術、新材料技術、仿真技術等急速進步的背景下，智能機器人技術將被推廣應用于愈來愈多的領域中。

一、機器人的概述

1.機器人的概念。現階段，全球范圍關于機器人的概念逐步趨向認同，聯合國標準化組織收入了美國機器人協會在上世紀70年代末提出的機器人概念，一種能夠進行編程、有著多種功用的，用于搬運工具、零件的操作機。總的而言，機器人指的是通過自身動力、控制能力以實現一系列功用的一種機器。

2.機器人的發展。迄今為止，機器人的發展總的而言可劃分成下述三個階段：a.這一階段為20世紀60年代，此階段機器人屬于能夠編程示教再現型機器人，它們的特點為可根據在前對其編排的程序展開循環作業；b.這一階段為20世紀70年代，此階段機器人屬于有著相關自適應能力、感官能力的離線編程機器人，它們的特點為可結合工作內容實情轉變作業內容；c.這一階段為20世紀80年代至今，此階段機器人屬于智能機器人，它們的特點為配備各類傳感器，可把各類傳感器收集的信息展開融合，可良好的適應于不斷轉變的作業環境，有著十分強的學習、自治及適應能力。

二、機器人的分類

1.工業機器人。美國于1961年制造了世界上第一臺工業機器人UNIMATE。起步稍晚于美國的日本后來居上，迅速成為生產、出口和使用均為世界第一的“工業機器人王國”。焊接機器人和裝配機器人都占了不小的比重，焊接機器人更是占到了接近三分之一。因此，從某種意義上說，焊接機器人的發展就代表了工業機器人的發展。

2.微機器人。目前，微機器人主要應用于醫療、生物和微機械裝配等方面。例如，日本東京大學Mamoru等人研制的機器人微作業系統可用于微外科手術。美國華盛頓大學生物機器人研究室研制的微細作業系統可用于蛋白晶體操作和處理。日本東京工業大學的納米機器人系統可在電子顯微鏡下完成超大規模集成電路的鋁線切割實驗。

3.農業機器人。由于經濟上和技術上的特殊性，機器人在農業方面的應用相對比較滯后。自上世紀80年代起，以日本為代表的發達國家開始研制農業機器人。2011年，日本農研機構和涉谷精機聯合研制了一款草莓采摘機器人。該機器人由CCD攝像頭、LED照明燈、采果手以及機械臂構成。首先利用CCD攝像頭測量草莓的位置和成熟情況，然后利用安裝在機械臂頂端具備根據果梗的傾斜度調整角度功能的采果手采摘草莓。以采摘機器人為代表的農業機器人可以提高生產效率，減輕農民的負擔，在未來應該會有較大的發展空間。

4.類人機器人。20世紀60年代的雙足步行機器人是類人機器人的開端。1973年，日本早稻田大學加藤一郎實驗室研制出了世界上第一臺真正意義上的類人形機器人WABOT-1。它可以與人交流，靜態行走，可抓取物體，是現代機器人的雛形。2012年，日本大阪大學HiroshiIshiguro教授研制的最新女性仿真機器人“GeminoidF”。

5.自重構模塊機器人。自重構模塊機器人是20世紀80年代出現的一項新技術。一般由一套包含不同尺寸和特性的可組裝模塊構成，能夠被裝配成不同形狀和功能的機器人，以適應不同的工作任務和環境要求。但目前該型機器人主要還在實驗室研制中，其產品并不多見。

三、農業機器人的發展現狀

1.農業機器人的特點 。（1）農業機器人作業季節性較強。農產品生產的季節性較強，并且農業機器人的針對性較強、功能單一。因此，農業機器人的使用也具有較強的季節性，從而造成農業機器人的利用率低，增加了農業機器人的使用成本。（2）農業機器人作業環境復雜多變。工業機器人作業環境比較固定，而農業機器人的作業環境一般難以預知。因此，農田作業的機器人需要有較強的環境識別能力，且還要對不同環境有不同的動作反應。（3）農業機器人價格的特殊性。農業機器人的前期研發投入較大，結構復雜，制造成本較高，導致價格昂貴，超出了一般農民的承受能力。

2.我國農業機器人的發展概況。我國的農業機器人的研發起步晚、投資少、發展慢，與發達國家相比差距還很大，目前還處于起步階段。我國對農業機器人的研究起源于20世紀90年代，中國農業大學首先對農業機器人進行了研究。目前，在我國得到初步應用的農業機器人有嫁接機器人、黃瓜采摘機器人、草莓采摘機器人和噴藥機器人等。1998年，中國農業大學完成了2JSZ一600型蔬菜自動嫁接機器人的研發，該機器人采用計算機控制，實現了砧木和穗木的取苗、切苗、接合、塑料夾固定和排苗等嫁接作業的自動化操作；2005年，中國農業大學針對套管式嫁接的作業特點，在原有蔬菜自動嫁接技術的基礎上研制出了套管式蔬菜嫁接機器人；2009年，東北農業大學對果實采摘機械手及其控制系統進行了研究；2009年，華南農業大學虛擬實驗研究所進行了荔枝采摘機械手的研究；2011年，中國農業大學農業機器人實驗室完成了黃瓜采摘機器人的研究，該黃瓜采摘機器人可以根據黃瓜的外形識別黃瓜的成熟度，一次采摘動作可以在15s內完成。

我國農業機器人的研究開發以高等院校為主，雖然在某些技術方面取得很大的突破，但是整體發展速度仍然不及發達國家。

四、機器人的發展趨勢

1.小型化和微型化小型化和微型化一直是機器人發展的一個趨勢。機器人小型化可以節約能源，縮小熱變形誤差，提高響應速度，拓寬應用領域等。利用微型機械概念設計和通過微加工技術生產的微型機器人已經在醫療、工業管道檢測等領域得到應用。

2.操作簡單化目前市面上機器人的操作普遍比較復雜，有的甚至需要專門的技術人員才能操作，這大大阻礙了機器人的應用和推廣。例如，農業機器人的使用對象是文化水平相對較低的農民，因此這類機器人就需要滿足操作簡單的要求。

3.群體化由于機器人的應用領域和范圍正在不斷擴展，單個機器人往往難以完成較為復雜的任務，人們通過設計多個機器人間的相互協作來完成預定的任務，這就是機器人的群體化。它使機器人組成了一個類似人類的機器人社會。機器人群體系統可用于自動化生產線中物料的組織運輸、生產加工等環節，以及環境監測、軍事偵察等方面。

參考文獻：

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