工業機器人與人工智能研究與發展綜述

吳峻州

摘要：工業機器人是一種面向工業領域的多關節機械手或多自由度機械裝置。它可以自動執行工作。它是一種依靠自身的動力和控制能力來實現各種功能的機器。工業機器人是機器人產業快速發展和高需求的重要組成部分。隨著工業生產向自動化、集成化、柔性化方向發展，工業機器人已成為高端制造裝備的重要組成部分，其智能化水平也與人工智能結合在一起不斷提高。它可以由人類指揮，也可以按照預先編程的程序運行。現代工業機器人也可以根據人工智能技術制定的原理來工作。

關鍵詞：工業機器人;人工智能;發展前沿

引言

工業機器人起源于美國能源實驗室開發的操作機械手。之后，第一代教學與再現工業機器人、第二代具有基本感知功能的工業機器人、第三代智能機器人相繼問世。隨著工業生產向自動化、集成化、柔性化方向發展，工業機器人已成為高端制造裝備的重要組成部分，其智能水平也在不斷提高。工業機器人技術和產品的創新推動了智能制造技術的進步，體現了一個國家機器人技術的實力和在自動化與智能技術水平上的競爭力。在制造業轉型升級和人口老齡化的雙重壓力下，我國積極發展工業機器人，已進入工業化初期階段。隨著科學理論和工程技術的發展、操作性能的不斷提高、推動應用于新領域的需要，這些引領了新時代機器人發展的新方向和新趨勢。人工智能的定義可以分為兩部分：“人工”和“智能”。“人造的”很容易理解，也很有爭議。有時我們不得不考慮人類能做什么和制造什么，或者人類的智能水平是否高到足以創造人工智能，等等。但一般來說，“人工系統”是指一般意義上的人工系統。隨著人工智能融入工業機器人，人們的生活和生產操作發生了巨大的變化。

一、 目前存在的問題和解決方案

工業機器人和人工智能的技術和產品在世界各地發展迅速，大大滿足了工業的生產與需要、國民經濟建設以及人民的日常生活，在社會各個行業體現了工業機器人在機器人行業的重要地位。然而，工業機器人的發展還存在一些有待解決的問題。

1. 目前存在的問題

工業機器人綜合了計算機技術、機械技術、結構技術等技術內容。它們全面而聰明。許多企業根據自身特點將其應用于自動化行業，并取得了顯著的效果。但經過幾十年的發展和應用，仍有許多不足之處。

（1）在傳統應用中，工業機器人多采用離線編程或教學方式，要求機器人嚴格按照規定工作，功能單一，不能滿足柔性制造的要求。

（2）國內外研究多集中于單個機器人，其技術相對成熟，效率、性能和可靠性都有了顯著提高，但仍不能滿足先進制造和智能制造的要求，許多復雜的任務無法由單個機器人獨立完成。

（3）缺乏人才，由于從事工業機器人制造和技術的廠商在自主研發能力方面較差，提供的工作崗位較少，使大學生缺乏對這個行業的熱情，導致缺乏專業人才。

（4）工業機器人視覺系統不能自適應地感知周圍環境信息，從而對周圍環境的變化不能做出合理的決策。

（5）人工智能的問題在于物理現實中的一些規則是不可改變的，即物理定律。我們用語言來描述它們，用它們來預測和建立文明。但是為了在這個物理環境中運作，地球上的每一個生物都掌握了這些法則，不需要語言。

（6）視覺統計模型是非常不完善的，因為它們只依賴于一定時間內的事物和人類指定的抽象標簽進行識別。例如，深度神經網絡可以看到數百萬蘋果掛在樹上的圖像，但它永遠找不到萬有引力定律。

2.擬解決方案

具有人工智能的工業機器人技術可以有效提高生產精度，解放勞動力。針對以上問題，提出改進工業機器人的解決方案如下：

（1）隨著基于視覺的工業機器人應用領域的不斷擴展，不同應用環境中的不同任務對機器人視覺系統提出了越來越高的要求。開發適合不同應用領域的視覺系統，將大大提高工業機器人在工業環境中的競爭力。

（2）開發多機器人協調系統。多機器人協調系統具有時間并行、空間分布、靈活性好、容錯能力強、效率高等優點。

（3）工業機器人的視覺系統可以與語音智能識別相結合。將短時語音識別轉化為目標參數信號的設置，可以降低使用成本，達到最佳的參數設置值，促進機器視覺系統在工業上的應用。

（4）從投資機會上看，我國人工智能的基層缺乏重要的原創性科研成果和有競爭力的技術與人才;技術層面即將進入產業整合階段，其核心是提升團隊的技術實力和創新能力;應用層是由于中國巨大的人口和市場優勢，我們更應該把握住這個市場。

二、未來的發展方向

自21世紀以來，隨著計算機技術的快速發展，光學機電一體化技術、網絡技術、自動控制理論和人工智能，以及全自動化的無人生產也逐漸迅猛發展，機器人的智能和協調操作的復雜已成為一個關鍵問題。

此外，由于工業機器人是一個非線性多變量控制對象，需要對工業機器人的運動學、動力學和力控制進行深入研究，以適應高速、高精度、高負荷的運行。在醫療、救災、深海探測等領域，機器人需要在動態、未知、非結構化的復雜環境中完成不同類型的任務，這對機器人的環境適應性、環境感知、自主控制和人機交互提出了更高的要求。

與機器人本體技術相比，中國在人工智能領域相對領先，具體體現在人工智能領域發表的論文數量和質量均居世界前兩名;它對深入學習的基礎設施作出了重要貢獻;知名科研機構和高校處于世界一流水平;它在各種人工智能競賽中都名列前茅。

在實踐中，隨著家用機器人成本性能的提高，機器人企業創造性地應用人工智能技術和機器人技術，根據特定的行業或應用場景，提出解決方案，實現相應的產品，這也是創業和創新的重要方向。

結語：

總的來說，雖然中國是世界上最大的機器人市場，但與發達國家相比，國內工業機器人技術的理論研究和工程應用水平還有相當大的差距。由于其新興的產業，人工智能還需要很好的被人控制，所以國產機器人和人工智能的發展前景還很長。

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