机器人的应用与展望

1、一、机器人的概述一、机器人的概述二、机器人的应用二、机器人的应用三、机器人未来的发展三、机器人未来的发展 机器人（机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。现在，国际上根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。现在，国际上 对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都 可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控 制能力来实现各种功

2、能的一种机器。制能力来实现各种功能的一种机器。 美国机器人协会给机器人下的定义：美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。可编程动作的专门系统。”各种机器人各种机器人 研制机器人的最初目的是为了帮助研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以

3、应用。随着机器人技术核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚至到服务娱航天、医疗、农业、林业甚至到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。乐行业，也都开始使用机器人。机器人走钢丝机器人走钢丝 近日，日本机器人专家向外界展示了他的最新的近日，日本机器人专家向外界展示了他的最新的作品作品会走钢丝的机器人会走钢丝的机器人“Primer V4”。Primer V4是在前代是在前代Pri

4、mer V3机器人的基础上改进而来，能够在机器人的基础上改进而来，能够在直径直径4mm的钢丝上平稳前行。的钢丝上平稳前行。Primer V4相比之前的作相比之前的作品精简了机械组件，双臂通过遵照品精简了机械组件，双臂通过遵照“倾斜感应器倾斜感应器”所发出所发出的信号向不同的方向挥的信号向不同的方向挥动来保持整体的平衡。动来保持整体的平衡。另外，另外，Primer V4还在还在脚底处增加了凹槽来更脚底处增加了凹槽来更加牢靠的抓住钢丝。加牢靠的抓住钢丝。初代初代Primer机器人机器人能够手脚协调的利能够手脚协调的利用高跷行进用高跷行进Primer V2则以骑则以骑mini自行车见长自行车见长 P

5、rimer V3能够在四肢悬挂重物的情况下能够在四肢悬挂重物的情况下保持单脚站立的姿势。保持单脚站立的姿势。 军用机器人机器人是一种用于军事领域军用机器人机器人是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机，主要用于军的具有某种仿人功能的自动机，主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。等工作。 根据不同的作战空间可分为地面军用机根据不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人器人、空中军用机器人(即无人飞行机即无人飞行机)、水、水下军用机器人和空间军用机器人等。下军用机器人和空间军用机器人等。 军用机器人的控制方式一般有军用机器人的控制

6、方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式。式等多种方式。 地面机器人主要是指智地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车能或遥控的轮式和履带式车辆。辆。自主车辆和半自主车辆自主车辆和半自主车辆 地面机器人地面机器人关键技术如下：关键技术如下： （1）地面行驶能力和快速准确识别重要目标是发展地）地面行驶能力和快速准确识别重要目标是发展地面军用机器人面临的重大挑战。面军用机器人面临的重大挑战。 （2）对于半自主机器人，控制台与机器人之间的每一）对于半自主机器人，控制台与机器人之间的每一次数据传输可能被敌人干扰甚至控制，这样就要求一次次数据传输可能被敌人干

7、扰甚至控制，这样就要求一次交给机器人多项任务，由它独立地去完成。交给机器人多项任务，由它独立地去完成。 （3）提高自主程度，包括模式识别及障碍物识别、实）提高自主程度，包括模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当的人工智能方法，还要开发全局模型，时数据传输及适当的人工智能方法，还要开发全局模型，可以为机器人解释所拥有的全局信息，在传感器及执行可以为机器人解释所拥有的全局信息，在传感器及执行机构方面取得重大进展。机构方面取得重大进展。 无人机是利用无线电遥控设备和无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机。 机上无驾驶舱，但安装有自动机上无

8、驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。遥控、遥测和数字传输。无人机无人机关键技术如下：关键技术如下： （1）机体结构设计技术：飞机结构强度研究与全尺寸）机体结构设计技术：飞机结构强度研究与全尺寸飞机结构强度地面验证试验，包括飞机结构抗疲劳断裂飞机结构强度地面验证试验，包括飞机结构抗疲劳断裂及可靠性设计技术，飞机结构动强度、复合材料结构强及可靠性设计技术，飞机结构动强度、复合材料结构强度、航空噪声、飞机结构综合

9、环境强度等。度、航空噪声、飞机结构综合环境强度等。 （2）机体材料技术：机体材料，发动机材料和涂料，）机体材料技术：机体材料，发动机材料和涂料，其中最主要的是机体结构材料和发动机材料。其中最主要的是机体结构材料和发动机材料。 （3）飞行控制技术：提供无人机三维位置及时间数据）飞行控制技术：提供无人机三维位置及时间数据的的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器等。传感器等。 （4）无线通信遥控技术：无人机通信一般采用微波通）无线通信遥控技术：无人机通信一般采用微波通信，微波是一种无线电波，它传送的距离一般可达几十信，微波是一种无线电波，它

10、传送的距离一般可达几十公里。公里。 无人遥控潜水器，也称水下机器人。无人遥控潜水器，也称水下机器人。一种工作于水下的极限作业机器人，能潜一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作。入水中代替人完成某些操作。 无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种。其中，有缆遥控潜水器又分为水中自航式、潜水器两种。其中，有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。水下机器人水下机器人关键技术如下：关键技术如下： （1）能源技术。水下机器人要比在空气中消耗更多的能）能源技术

11、。水下机器人要比在空气中消耗更多的能量，开发应用新的能源，将是自治潜水器向远程、大范围量，开发应用新的能源，将是自治潜水器向远程、大范围作业发展的关键。作业发展的关键。 （2）水下精确定位、通讯和零可见度导航技术。）水下精确定位、通讯和零可见度导航技术。 无线电波在水中的衰减快，无线电通讯、无线电导航及无线电波在水中的衰减快，无线电通讯、无线电导航及定位以及雷达等都无法使用。如何利用新的信息处理技术定位以及雷达等都无法使用。如何利用新的信息处理技术研制出高精度、低误码率、作用距离更大的水声设备。研制出高精度、低误码率、作用距离更大的水声设备。 （3）材料技术。高强度、轻质、耐腐蚀的机构材料和浮

12、）材料技术。高强度、轻质、耐腐蚀的机构材料和浮力材料是水下机器人重点发展的技术问题。力材料是水下机器人重点发展的技术问题。 （4）作业技术。柔性水下机械手、专用水下作业工具以）作业技术。柔性水下机械手、专用水下作业工具以及虚拟现实技术的发展，将使水下机器人发挥更大的作用。及虚拟现实技术的发展，将使水下机器人发挥更大的作用。 （5）智能技术。水下环境复杂，这使得机器人的航行控）智能技术。水下环境复杂，这使得机器人的航行控制、自我保护、环境识别和建模困难得多。制、自我保护、环境识别和建模困难得多。 空间机器人用于空间探空间机器人用于空间探测活动，可在行星的大气环测活动，可在行星的大气环境中导航及飞

13、行。境中导航及飞行。 空间机器人工作在微重力、高真空、空间机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、照明差的环境中，其超低温、强辐射、照明差的环境中，其智能程度比较高，功能比较全。智能程度比较高，功能比较全。空间机器人（星球探测机器人）空间机器人（星球探测机器人）关键技术如下：关键技术如下： （1）星球探测机器人在重量、尺寸和功耗等方面受到）星球探测机器人在重量、尺寸和功耗等方面受到的严格限制。的严格限制。 （2）星球探测机器人如何适应空间温度、宇宙射线、）星球探测机器人如何适应空间温度、宇宙射线、真空、反冲原子等苛刻的未知环境。真空、反冲原子等苛刻的未知环境。 （3）如何建立一个易于操作的

14、星球探测机器人系统。）如何建立一个易于操作的星球探测机器人系统。 一方面，星球探测机器人可以根据自身携带的计算机进一方面，星球探测机器人可以根据自身携带的计算机进行自主决策，实现一定程度的自主导航、定位和控制；另行自主决策，实现一定程度的自主导航、定位和控制；另一方面，星球探测机器人也可以接受地面系统的遥控操作一方面，星球探测机器人也可以接受地面系统的遥控操作控制指令。控制指令。 军用机器人的作用军用机器人的作用 从理论上讲，机器人既然是一种仿人功能的自动机，从理论上讲，机器人既然是一种仿人功能的自动机，那么，只要人能干的工作，机器人就都可以取而代之。那么，只要人能干的工作，机器人就都可以取而

15、代之。然而，由于受目前科技水平的限制，迄今不论哪一代机然而，由于受目前科技水平的限制，迄今不论哪一代机器人，其智能水平、反应能力和动作的灵活性都还远远器人，其智能水平、反应能力和动作的灵活性都还远远赶不上自然人。因此，机器人在军事领城的大规模应用赶不上自然人。因此，机器人在军事领城的大规模应用尚需一个过程。目前，国外考虑最多的应用领域有：尚需一个过程。目前，国外考虑最多的应用领域有：1.用于直接遂行战斗任务用于直接遂行战斗任务 用机器人代替一线作战的士兵，用机器人代替一线作战的士兵，以降低人员伤亡和流血是目前俄、以降低人员伤亡和流血是目前俄、美等国研制机器人时最受重视的课美等国研制机器人时最受

16、重视的课题。题。 例如：榴炮机器人。例如：榴炮机器人。 它是一种外形象自行火炮的遥它是一种外形象自行火炮的遥控机器人。车上火炮由机械手操作。控机器人。车上火炮由机械手操作。作战时，先由机器人观察捕捉目标，作战时，先由机器人观察捕捉目标，报告目标性质和位置，再由机器人报告目标性质和位置，再由机器人控制指挥中心定下决心，确定射击控制指挥中心定下决心，确定射击诸元，下达射击指令，然后机械手诸元，下达射击指令，然后机械手根据指令操作火炮射击。根据指令操作火炮射击。2.用于侦察和观察用于侦察和观察侦察历来是最勇敢者的行业，其危险系数要高于其侦察历来是最勇敢者的行业，其危险系数要高于其他军事行动。机器人作

17、为从事危险工作最理想的代理人，他军事行动。机器人作为从事危险工作最理想的代理人，当然是最合适的人选。当然是最合适的人选。 例如：战术侦察机器人。例如：战术侦察机器人。 它配属侦察分队，担任前方或敌后侦察任务。该它配属侦察分队，担任前方或敌后侦察任务。该机器人是一种小型智能机器人，身上装有有步兵侦察机器人是一种小型智能机器人，身上装有有步兵侦察雷达，或红外、电磁、光学、音响传感器及无线电和雷达，或红外、电磁、光学、音响传感器及无线电和光纤通信器材，既可依靠本身的机动能力自主进行观光纤通信器材，既可依靠本身的机动能力自主进行观察和侦察，还能通过空投、抛射到敌人纵深，选择适察和侦察，还能通过空投、抛

18、射到敌人纵深，选择适当位置进行侦察，并能将侦察的结果及时报告有关部当位置进行侦察，并能将侦察的结果及时报告有关部门。门。 3.用于工程保障用于工程保障 繁重的构筑工事任务，艰巨的修路、架桥，危险的繁重的构筑工事任务，艰巨的修路、架桥，危险的排雷、布雷，常使工程兵不堪重负。而这些工作，对于排雷、布雷，常使工程兵不堪重负。而这些工作，对于机器人来说，最能发挥它们的机器人来说，最能发挥它们的“素质素质”优势。优势。 例如：排雷、布雷机器人。例如：排雷、布雷机器人。 排雷机器人是一种装有探雷器和使地雷失效装置的排雷机器人是一种装有探雷器和使地雷失效装置的机器人，主要用于协助攻击分队在各种雷场中开辟通路

19、，机器人，主要用于协助攻击分队在各种雷场中开辟通路，并进行标示并进行标示 ；布雷机器人；布雷机器人工作时，能严格按照控制工作时，能严格按照控制者的布雷计划挖坑，给地者的布雷计划挖坑，给地雷安装引信、打开保险、雷安装引信、打开保险、理雷、填土，并能自动标理雷、填土，并能自动标示地雷场的界限和绘制埋示地雷场的界限和绘制埋雷位置图等。雷位置图等。 4.用于指挥、控制用于指挥、控制 这类机器人，一般都装有较发达的这类机器人，一般都装有较发达的“大脑大脑”高级计高级计算机和思想库。它们精通参谋业务，通晓司令部工作程序，算机和思想库。它们精通参谋业务，通晓司令部工作程序，有较高的分析问题的能力，能快速处理

20、指挥中的各种情报有较高的分析问题的能力，能快速处理指挥中的各种情报信息，并通过显示器告诉指挥员。信息，并通过显示器告诉指挥员。5.用于后勤保障用于后勤保障 后勤保障是机器人较早运用的领域之一，它主要在泥后勤保障是机器人较早运用的领域之一，它主要在泥泞、沾染等恶劣条件下遂行运输、装卸、加油、抢修技术泞、沾染等恶劣条件下遂行运输、装卸、加油、抢修技术装备、抢救伤病人员等后勤保障任务。装备、抢救伤病人员等后勤保障任务。 6.用于军事科研和教学用于军事科研和教学 机器人充当科研助手，进行模拟教学机器人充当科研助手，进行模拟教学.人类最早采集的人类最早采集的月球土壤标本，太空回收的卫星都是机器人完成的。

21、月球土壤标本，太空回收的卫星都是机器人完成的。 美国国防部美国国防部DARPA的自主人形机器人，包括两条的自主人形机器人，包括两条腿、躯干、两只手、一个传感器头和板载计算机。这腿、躯干、两只手、一个传感器头和板载计算机。这 些正在建造的机器人将执行援助行动，如发些正在建造的机器人将执行援助行动，如发 生潜在自然或人为灾害时执行疏散行动，以生潜在自然或人为灾害时执行疏散行动，以 消除人力援助的潜在危险。消除人力援助的潜在危险。 美国美国i-robot公司是机器人产品与技术专业研发公司。公司是机器人产品与技术专业研发公司。 i-robot发明各型军用、警用、救难、侦测机器人，被军发明各型军用、警用

22、、救难、侦测机器人，被军方、警方、救难单位用于各种不同场合。方、警方、救难单位用于各种不同场合。 其中，由其中，由i-robot设计制造的各型军用机器人，轻巧设计制造的各型军用机器人，轻巧 实用，可以扫雷，也可以侦测敌实用，可以扫雷，也可以侦测敌 军，再以卫星导航军，再以卫星导航(GPS)传回美军传回美军 战地指挥所，在人员攻击前，先用战地指挥所，在人员攻击前，先用 飞弹空袭，命中率奇高。飞弹空袭，命中率奇高。 SWORDS是是“特种武器观测侦察探测系统特种武器观测侦察探测系统”的英文的英文简写，能装备简写，能装备5.56毫米口径的毫米口径的M249机枪，或是机枪，或是7.62毫毫米口径的米口

23、径的M240机枪，还配备了机枪，还配备了4台照相机、夜视镜和变台照相机、夜视镜和变焦设备等光学侦察和瞄准设备。焦设备等光学侦察和瞄准设备。 在人类操作员方面，在人类操作员方面，SWORDS的有效控制距离最远的有效控制距离最远为为1000米，机器人采用交流电、电池或充电电池作为动米，机器人采用交流电、电池或充电电池作为动 力，控制盒重力，控制盒重13.6公斤，有公斤，有 两个操纵杆，分别用来控制两个操纵杆，分别用来控制 武器和机器人，使用电池的武器和机器人，使用电池的 连续作战时间视具体强度从连续作战时间视具体强度从 1小时到小时到4小时不等。小时不等。 “魔爪魔爪”军用机器人，具有模块化先进武装机器人系军用机器人，具有模块化先进武装机器人系统（统（MAARS)。其中。其中MAARS采用遥控式控制方式，模采用遥控式控制方式，模块化设计允许插入多种任务组件，包括传感器、机械臂块化设计允许插入多种任务组件，包