智能機器人的現狀及發展

曲全鵬 河南工程學院工程訓練中心

近年來智能機器人發展迅速，國內外都越來越重視機器人技術的發展，歐美一些發達國家通過金融危機認識到了實體經濟的重要性，特別是制造業的發展，所以他們力圖搶占高端制造業市場，并不斷擴大競爭優勢。而機器人技術是現在的新興技術，是公認對未來有重要影響的高新技術，歐盟在第七框架計劃中規劃了“認知系統與機器人技術”研究、美國啟動了“美國國家機器人計劃”、日本和韓國在服務型機器人方面也制定了相應計劃，我國在國家863 計劃、國家自然科學基金、國家科技重大項目等規劃中對機器人研究給予極大的重視。

機器人技術是集機械工程技術、電子技術、計算機技術、傳感器技術、自動控制技術、仿生學、人工智能等多學科的復雜機械，機器人的智能技術代表了機電一體化技術的發展水平，機器人技術是當代科學研究和運用最活躍的領域之一。智能機器人的發展程度側方面反映了國家的科技水平。

1 智能機器人的國內外發展現狀

1.1 智能機器人的現狀

智能機器人研究的主要內容分為兩個方面，一方面是怎樣才能使智能機器人有主動的自主性，怎樣讓機器人能獨立于人，人們可以通過簡單的人機交流，智能機器人能根據人的需要自動生成完成任務的程序，自主分析環境因素，按一定的步驟完成任務。另一方面是，提高智能機器人的各種環境適應性，能在不同的環境條件下完成任務，隨著社會科學的發展，智能機器人在不同的領域都會發揮作用，怎樣提高智能機器人適應能力，是未來機器人適應環境的基本要求。

目前，在制造業機器人代替人的工作已經是主要發展趨勢，智能機器人還被廣泛應用于教育、金融、醫療、交通、安防、電力等諸多領域，市場應用潛力非常大。因此，世界各國都在不斷推進人工智能關鍵技術的研發、突破以及轉化應用，促進智能機器人產業走向發展壯大。

智能機器人涉及到許多關鍵技術，主要有以下幾個方面：多傳感信息融合技術、導航和定位技術、路徑規劃技術、機器人視覺技術、智能控制技術和人機接口技術等。

1.2 我國智能機器人發展面臨的問題

最近幾年，我國的智能機器人發展迅速，由于我國對智能機器人的需求量迅速增大，國內開始有很多的企業重視研發智能機器人，智能機器人的研發取得了不小的進步，在機器人的視覺、聲音仿真等方面都趕上了世界先進水平。但在機器人產業化的發展方面存在很多的問題。（1）機器人科學研究與國外發達國家相比起步較晚，核心零部件的制造技術含量低，我國機器人對國外機器人核心零件依賴性較強，特別是芯片的制作，由于國內沒有掌握核心技術，創新能力缺乏，致使機器人生產的技術含量難以得到質的提升，我國的很多機器人還停留在仿制的階段。（2）我國的高端機器人市場基本被國外品牌壟斷，由于國內的關鍵部件都是進口，國內高性能的高性能伺服電機、控制器、軸承、高精密減速器等都不能突破質量關，造成國內企業對國有機器人不信任，嚴重影響了國內機器人的發展。（3）我國人工智能在大規模圖像識別、機器翻譯、語音識別等方面取得了突破性進展，走在了世界先進行列，現在我國在實驗環境中測試的人工智能基本達到了我們的要求，但是在實際應用中還存在環境干擾的因素，人工智能還達不到應用的條件。（4）濫用人工智能可能會給人類帶來道德和倫理上的風險，人工智能發展到今天已經從簡單的執行人的指令，發展到可以自己收集數據吸取歷史經驗，根據以往的處理結果能自動的生成判斷，這就會造成輸出的結果可能符合某種邏輯但不符合人類的價值觀。（5）人工智能的發展是基于芯片、操作系統等信息產業為基礎,依靠底層算法的通用框架。這樣就很容易被發達國家壟斷，能夠控制這些技術的輸出權和定價權，這樣就會給發展中國家帶來使用被監控的風險，影響全人類共享人工智能的技術福利。

2 智能機器人的發展趨勢

機器人按發展的程度可以分為四個階段：第一階段是只能完成簡單的動作用于代替人類完成簡單重復工作的工業機器人；第二階段是帶有一些感知環境的傳感裝置，能通過傳感器反饋功能控制機器人適應環境變化的能力；第三階段是高智能階段，帶有多種感知傳感器，具有多種感知功能和高度的適應能力，能根據具體的情況進行復雜的邏輯推理，自主判斷及決策，在不同的工作環境中都能發現問題、解決問題，具有獨立行走和自制能力；第四階段是具有與人類相似的情感，能自主的與人類交流，會幫助人類完成各種工作，是機器人發展的理想階段。

機器人的應用，現在已經不是做簡單的重復動作，機器人的智能化和群體協作解決問題的能力成為現在工業機器人的發展關鍵。機器人在工業是如何提高速度、精度、承載能力等方面都有很大的提升空間；在工業應用上很多機器人和人是在重疊的空間協同工作的，這就要求機器人有一定的感知、智能控制達到人機融合，人機融合的程度需要研發人員的繼續努力；機器人的應用越來越廣泛，不僅在工業領域，機器人在醫療、勘探、服務、教育和交通等領域都有廣泛的應用。這就要求機器人的適應環境能力、自主控制功能、人機融合程度等都提出了更高的要求。

第一，適應環境能力。根據對機器人的不同需求，它的工作環境是不確定的，可以在室內、室外、空中、海里等，其溫度、氣壓、地形等都有復雜的變化，這就要針對不同的工作環境設計不同機構和控制方法的機器人，科學家根據仿生學原理，設計出各種功能的機器人，比如具有飛行、游動、爬行或跳躍等不同運動能力的適應環境條件的機器人。在面對動態變化、復雜和未知的外部環境中，機器人如何能準確感知是機器人進行程序決策和控制的基礎。怎樣把感知信息融合在一起，使機器人有環境理解和建模的能力，學會自主判斷是機器人適應環境研究的重要內容。

第二，自主控制。自主控制機器人結合了環境感知、動態規劃和運動控制等功能，在無人干預的情況下，能自主控制自己的動作，確保機器人規避危險保護自己、保證能完成預定的任務。

第三，人機融合。人機融合不是簡單的機器人與人工操作的融合，而是機器人與人的融合。通過仿生學、神經學、腦科學及互聯網技術等的結合，使人與機器有機的結合在一起，人機融合是機器人發展的理想階段，隨著科學技術的不斷進步，相信不久的將來一定能實現。

3 結論

目前智能機器人的智能水平還不夠高，機器人的核心元件還有待研究，努力解決智能機器人的適應環境能力，提高各方面的質量技術及其綜合應用，大力提高智能機器人的智能程度，提高智能機器人的自主控制、適應環境能力和人機融合是智能機器人發展的關鍵。智能機器人今后的發展一定要融合感知如視覺、力覺、嗅覺等具有獨立的自我分析和解決問題的能力，人與機器人達到人機融合。