智能移動機器人的技術(shù)現(xiàn)狀及展望

吳彥兵

【摘 要】與已經(jīng)比較成熟的傳統(tǒng)工業(yè)機器人相比，我國的智能型服務(wù)機器人研制工作起步不算晩。在2000年后，國家就出臺了引領(lǐng)智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略。《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中對智能型服務(wù)機器人給予了明確定義——非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的智能化裝備，并且將其列為未來15年重點發(fā)展的前沿技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】智能移動機器人；技術(shù)現(xiàn)狀；展望

眾所周知，在全世界發(fā)展范圍內(nèi)，都投入了大量的時間和資金進行智能機器人的項目研究，因為此項技術(shù)的進展在某種程度上代表了一個國家綜合科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度，伴隨著信息科技時代的到來，智能機器人獲得了更為廣闊的發(fā)展空間。因為機器人的更新?lián)Q代速度很快，所以我們應(yīng)該打破傳統(tǒng)研究方面的禁錮，使得機器人更加人性化、智能化，很好的與實際生活生產(chǎn)相融入。

一、智能移動機器人的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

縱觀世界發(fā)展總體動向，對于機器人的起始研究時間大約于20世紀(jì)60年代，其研究的主要用途就是進行對象識別，還具備一些簡單的智能化標(biāo)準(zhǔn)，可以優(yōu)化路徑，完成簡單的事物推理。因為學(xué)無止境，科技發(fā)展的腳步從未停止，科研人員也在與時俱進，不斷改進和創(chuàng)新原有設(shè)備，通過長時間不懈的努力，終于使得機器人基本實現(xiàn)全面自動化、智能化。最為常見的就是可以快速對周圍環(huán)境進行有效感知，人們對系統(tǒng)輸入指令后，能夠快速、自主的對任務(wù)進行科學(xué)規(guī)劃，選擇最為有效的解決策略。因此，我們對完全具備獨立性能的智能移動機器人進行全面的結(jié)構(gòu)分析，主要包括：

（一）分級結(jié)構(gòu)

分層結(jié)構(gòu)是最基本、最常使用的構(gòu)機構(gòu)系統(tǒng)，其使用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)感知與策劃、執(zhí)行要點的分離，使得操作可以按部就班的進行。

（二）反應(yīng)結(jié)構(gòu)

反應(yīng)結(jié)構(gòu)的主要特點是，具備同時操作操作功能和執(zhí)行功能，不僅可以做到滿足二者同時操作的要求，而且反應(yīng)迅速，運行快。

（三）慎思/反應(yīng)混和結(jié)構(gòu)

對于慎思/反應(yīng)混合結(jié)構(gòu)的發(fā)展而言，既可以看作是統(tǒng)一的整體，也可以獨立運行，因為其綜合反應(yīng)系統(tǒng)極為強大。常用于處理異步操作，可以稱之為對反應(yīng)結(jié)構(gòu)的改革和創(chuàng)新。

二、智能型服務(wù)機器人的主要應(yīng)用

（一）多功能清潔機器人

清潔型機器人的關(guān)鍵是控制系統(tǒng)的設(shè)計，而控制系統(tǒng)包括運動控制系統(tǒng)和感知系統(tǒng)。運動控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，可確保機器人的運動是可控的；感知系統(tǒng)用于檢測清潔機器人周邊的障礙物，將相關(guān)信息上傳給機器人，圓滿完成對垃圾清掃任務(wù)。

1.運動控制系統(tǒng)

清潔機器人的能量消耗主要有兩方面：首先是功能模塊，其次是控制系統(tǒng)及電機驅(qū)動電路。清潔機器人若要具有自主實現(xiàn)工作的能力，必須具備一個可靠電源，使得系統(tǒng)在各種環(huán)境中穩(wěn)定工作，其中電源電路設(shè)計猶為重要。

2.信息采集模塊

清潔機器人屬于移動型機器人的范疇，故其采用的傳感器可分為兩大類：內(nèi)部狀態(tài)感知傳感器和外部狀態(tài)感知傳感器。前者又可細分為：加速度傳感器、速度傳感器、編碼器等，后者則包括：紅外測距傳感器、視覺傳感器、超聲波傳感器、激光掃描儀等。如前文所述，現(xiàn)有移動機器人一般都是采取多傳感器融合的方式進行周邊環(huán)境的感知。考慮到各種傳感器的優(yōu)缺點，同時考慮到清潔機器人需在避障的基礎(chǔ)上完成吸塵和拖地任務(wù)，因此信息采集模塊采用紅外測距傳感器和光電編碼器。

（一）醫(yī)療型服務(wù)機器人

首先要明確其設(shè)計要求，其后才是其應(yīng)用。首先是安全性要求，醫(yī)療型服務(wù)機器人實現(xiàn)的是人與機器的實時協(xié)調(diào)運作，并且服務(wù)對象多為病人，而病人存在不同程度的運動功能障礙，如肌肉控制力不足導(dǎo)致的身體平衡性和協(xié)調(diào)性變差、關(guān)節(jié)僵硬導(dǎo)致的活動范圍不足等。因此，在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計中，安全性是必需的前提。在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，各個零部件在保證足夠強度的前提下，應(yīng)盡量選取輕質(zhì)材料；機器人設(shè)備與患者患肢的鏈接位置應(yīng)在保證安全性和穩(wěn)定性的前提下，具備一定的可調(diào)性和訓(xùn)練舒適性，比如在康復(fù)訓(xùn)練中，需符合患者生理特點，防止訓(xùn)練過程中過量或異常的訓(xùn)練模式導(dǎo)致患者二次損傷。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，則應(yīng)根據(jù)實際運行情況，進行人機系統(tǒng)的實時控制與反饋，提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。此外，多重安全保護器件也是必不可少的。

三、智能移動機器人未來發(fā)展路徑

（一）智能機器人逐漸民用化

隨著工業(yè)革命的完成，我們的生產(chǎn)不斷實現(xiàn)規(guī)范化生產(chǎn)模式，以此奠定了機器人成為輔助人類進行生產(chǎn)生活的重要組成部分，就像人們接受手機電腦一樣，智能機器人同樣會受到廣泛歡迎。相較于現(xiàn)階段，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)o限擴大，大到航天航空領(lǐng)域，小到一個家庭，都在運用計算機管家。而且，機器人會不斷向多元化方向發(fā)展，民用化帶來的突出變化在于機器人將會和日常商品一樣，可供眾多家庭選擇。

（二）智能機器人的安全性進一步加強

在當(dāng)前，對于智能機器人研發(fā)利用存在爭議最大的問題就是安全問題。在未來的發(fā)展過程中，機器人會涉足更為廣闊的發(fā)展領(lǐng)域，因此出現(xiàn)故障的形式也會呈現(xiàn)出多樣化的態(tài)勢，像是在醫(yī)療領(lǐng)域，如果想運用機器人完成高難度手術(shù)，那么，就需要做好對安全系數(shù)的科學(xué)評估。因此，在未來的發(fā)展過程中，為了有效提升其整體安全性能，會不斷完善容錯能力和糾正能力。

（三）人機交互

在現(xiàn)階段的發(fā)展過程中，已經(jīng)開始出現(xiàn)人機交互的發(fā)展模式，像是蘋果系列已經(jīng)推出的語音助手，可以幫助人們有效解決實際存在的問題，雖然應(yīng)用起來很簡單，但是系統(tǒng)清晰地展示出人機交互的邏輯思維，可以根據(jù)人的情感變化做出反應(yīng)，這看似相互獨立的個體，將會在未來有機的結(jié)合在一起，人機互動模式也就成為未來發(fā)展的一大趨勢。

四、結(jié)束語

隨著科技水平發(fā)展愈發(fā)迅速，智能型服務(wù)機器人的需求與出現(xiàn)是必然的。隨著智能型服務(wù)機器人領(lǐng)域的日益革新，人們在生活或工作中面對的復(fù)雜、重復(fù)的問題必然會在機器人的協(xié)助下得以減輕。所以，應(yīng)繼續(xù)加強智能型服務(wù)機器人的重視程度，不斷改善技術(shù)條件，使其為人類做出更多的貢獻。

參考文獻：

[1]王宏昊，房國志，王旭峰，孫慧.在電子實習(xí)中引入智能移動機器人平臺[J].黑龍江科技信息，2011（36）.endprint