机器人技术的发展趋势及智能控制的实现.pdf

机器人技术的发展趋势及智能控制的实现机器人是当今世界备受关注的前沿课题。随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。制造价格不断降低，而其质量与性能却在迅速提高。为了使机器人能更好的应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基—梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“MOVEANDPLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。除了这些研究单位，各大机器人企业也投入大量人力、财力开发机器人系统。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：⒈工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从1991年的10.3万美元降至2002年的6.5万美元。⒉机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化，由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机，国外已有模块化装配机器人产品问世。⒊工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。⒋机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。⒌虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。⒍当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控、遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入使用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名的实例。⒎机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。上述即为机器人技术发展的大体趋势。从机器人的发展历史来看，从第一代机器人的程序控制到第二代机器人的自适应，再到第三代机器人的智能，机器人的控制技术尤为重要。当今工业机器人在这方面的体现为：大多数采用32位CPU，控制轴多达27轴，NC技术和离线编程技术大量采用；协调控制技术日趋成熟，实现了多手、与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制；基于PC的开放式结构控制系统由于成本低并具有标准现场网络功能，己成为一股潮流。无论如何，随着科学技术的发展，机器人都要向智能控制方面发展。从不同的角度，我们可以对智能机器人进行不同的分类。根据智能程度的不同，可分为三种，一是传感型机器人，其本身无智能单元，只具备感知和行动的能力，受控于外部计算机；二是交互性机器人，具有简单的思考和判断的能力，但仍需要操作人员在外部进行控制；三是自主型机器人，具有较强的自主性和适应性，可以不依赖外部控制，根据环境变化，完全自主地做出正确的思考和调整，并可以和人或其他机器人进行信息交流。而按照工作场所的不同，智能机器人又可以分为管道、水下、空中、地面机器人等；按照用途的不同，可分为家用、医疗、军事机器人等。智能控制技术使机器人的行动可以更加灵活方便、复杂多样，并能够有效克服随即扰动，增加机器人的自由独立性。现阶段的控制技术由传统控制理论发展而来，并已经有了很大的进步与突破。然而要实现智能控制就得先实现人工智能。人工智能(ArtificialIntelligence)简称AI，它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人们认为“人工智能”是计算机科学技术的前沿科技领域。因此,“人工智能”与计算机软件有密切的关系。人工智能是“类人”机器人所需要的算法和技术，也就是说我们研究的主题是高级智能的本质，而不是其外在表现和辅助部件。一方面,各种人工智能应用系统都要用计算机软件去实现,另一方面,许多聪明的计算机软件也应用了人工智能的理论方法和技术。例如,专家系统软件,机器博奕软件等。但是,“人工智能”不等于“软件”,除了软件以外,还有硬件及其他自动化的通信设备。人工智能是从思维、感知、行为三层次和机器智能、智能机器两方面研究模拟、延伸与扩展人的智能的理论、方法、技术及其应用的技术学科人工智能要解决的问题主要是以下几个方面：一、识别过程，外界输入的信息向概念逻辑信息转译，将动态静态图像、声音、语音、文字、触觉