机器人研究现状及发展趋势
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摘 要：随着计算机技术不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展状况并对机器人的发展趋势作了预测。 关键词：机器人、 发展历程 、 现状、 发展趋势
1.机器人的发展历程
自 1954 年美国戴沃尔最早提出了机器人的概念以来，机器人就得以不断地发展。 概括起来，机器人的发展历程为 3 代：
第 1 代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如郭勇等人研制的挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。
第 2 代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器， 能获得外部环境信息。 如 P.lLiljeb.ck 等人研制的蛇形机器人就装有内部测转速的传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。
第 3 代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。 如 John Vannoy 等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP）算法的 PUMA560 机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。
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2.国外机器人的研究现状
2.1 仿生机器人与新型机构
对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析，通过对人脚形状的分析， 得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间部分具有最佳的动力学性能。 对人形机器人步态规划问题，提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法， 该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。 对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。 此外，对于双足步行机器人的复杂地面运动的研究也有新的进展，研究出一种新型的双足机构，能实现不平区域稳定地行走，该足由 4 个分别带光学传感器的鞋钉组成，总重 1.5 kg。 对动物的研究则表现为对诸如蛇、鱼的结构以及运动性能的研究。
新型机构也是当前研究的热点之一。随着对机器人的柔性程度和精度要求越来越高。于是对可重构机器人和并联机构的研究成为了时代的必要。Michael D.M.Kutzer 等人设计的一种新型的独立移动可重构模块化的机器人，工作时可以是链式或晶状式，在危险环境中表现出了出色的运动能力。Hongxing Wei 等人设计了一种自组装和自重构的模块化机器人，而 Graham GRyland 等人设计了专门用于搜救行动中的可重构iMobot 机器人，它有 4 个可控自由度，通过驱动轮子将自身举起来成为一个摄像平台。 并联机构因其具有精度高、
结构紧凑、刚度高等优点，引起了众多科研人员的兴趣，采用多目标遗传算法对 2 自由度的微型并联机构进行了优化设计。Sergiu-Dan Stan 等人运用遗传算法和模拟退火的优化方法对一个 2 自由度并联微型机器人的工作空间进行了优化分析， 实验表明该方法具有可行性。
2.2机器人-环境交互
随着民用、应急响应、灾难控制、环境监测等场合对机器人的需求不断增大， 机器人与环境的交互成为机器人领域的又一研究热点。主要表现为机器人作用对象的识别，路径规划，最后实现自主导航完成任务。
机器人最重要的功能是辅助或完全替代人类完成作业任务，因而它的路径规划与导航问题也一直是研究的焦点。目前对机器人路径规划提出的方法有：A* 算法、快速行进法 （FMM）、边界跟踪的快速行进法（BFFMM）、非线性规划法、进化算法（EAs）等。FMM 法对解决最短路径规划很有效， 但只能应用在完全已知的环境中，而 BFFMM 法只需要知道运动的起始点和目的地，用于未知的多边性环境中，效果优于 FMM 法。 无人飞行器的飞行最优路径搜索中多采用 EAs 法。
机器人的导航方法分两类，一类是基于 GPS 或伽俐略定位系统的全局导航系统；另一类是基于自身设计的算法如 ELA+法等的局部导航系统。GPS 或伽俐略定位系统对较大目标的定位和导航效果很好，但当区域中有任何障碍时，都将导致精度降低，而且不适合对阴影、桥梁或有其它遮挡物的情况。而 ELA+法能在离目的地的距离和位置不知的情形下，利用可靠方位信息成功引导机器人完成任务。导航技术的发展促进了新的更高精度的导航方法的出现， 即融全局和局部的混合导航方法。
3.国内机器人的研究现状
我国对机器人的研究始于 20 世纪 70 年代,通过“七五”的起步，“八五”、“九五”的科技攻关，已经基本掌握了机器人的设计制造技术、 控制系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。形成了一批具有较强机器人科研实力的公司和院校，如中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北航等。
仿生机器人一直是我国机器人领域的研究热点。对机器人鱼的研究集中在它的驱动单元上，因机器鱼有较高的液体推进性能，其推进方法可以是尾鳍或者胸鳍推进。 尾鳍推进机器鱼游动速度快，但灵活性较差，胸鳍推进则使机器鱼游动速度慢，但稳定性高、机动性好。国防科技大学采用胸鳍推进驱动实现机器鱼的设计；哈尔滨工业大学采用形状记忆合金驱动对仿生鱼进行了设计，但是，机器鱼很难实现柔性的仿生运动。与其它轮式、履带式、爬行式移动机器人相比，双足机器人因能在复杂的非结构化环境中能行走，因而具有更高的灵活性和适应性。清华大学设计了动态步行双足机器人 THBIP-II，哈尔滨工程大学设计了双足机器人 HEUBR_1，但仿生程度都还有待提高。
我国对机器人 SLAM 研究取得了可喜的成果。 具有代表性的是梁志伟等人采用基于分
布式传感器感知的方法，周武等人采用遗传快速 SLAM 算法，张文玲等人采用自适应 SLAM 算法同时进行自身定位与环境地图的创建。针对以往速度障碍法在动态避碰应用中的不足，朱齐丹等人采用双障碍检测窗口进行动态避碰规划的改进，有效提高了机器人运动的安全性。伍明和牛长锋等人对目标跟踪方法进行了研究，分别提出了基于扩展卡尔曼滤波和基于 SIFT 特征和粒子滤波的方法，都适用于未知环境中动态目标的跟踪问题。
经过 30 多年的发展，我国机器人数量也达到了一定的规模，机器人的研究在一些方面也已经达到了世界先进水平，但与发达国家相比仍然有很大差距。不难发现的现实是：我国在机器人的研究方面采取的方法主要是借鉴外国的先进技术，然后再进行二次开发，这就造成了我国自身创新技术较少，制约了机器人产业化的发展。主要表现在：基础零部件制造能力差； 缺少自己的机器人品牌；认识还不够到位，鼓励机器人产业化发展的政策少。为打破国外对机器人的技术垄断，我国必须从以下方面努力：以市场需求为导向，重点攻关一些具有核心竞争力的产品；国家应对发展机器人专门立项，解决机器人中的具有核心竞争力的关键技术， 加速我国机器人迈向产业化的步伐；国家应该加大对机器人的宣传力度，采取多种形式的优惠政策鼓励企业研发、采购、应用、发展机器人，普及机器人在现代工业中的应用；以企业为主体，以产学研为重要的发展模式，密切关注社会对机器人的实际需求，快速推进机器人的研发、生产和销售人才的建设。
4. 机器人的研究趋势
随着机器人的应用范围的扩大，建筑、农业、采矿、灾难救援等非制造业行业、国防军事领域、医疗领域、 日常生活领域等对机器人的需求越来越大。 因此， 适合应用的更为智能的机器人技术必将成为未来的研究热点。 对机器人的研究趋势如下：
（1） 机械电子结构的标准化、模块化、微型化及具有可重构性； （2） 新型传感器和多传感器融合技术； （3） 伺服驱动技术的数字化、集成化及分散化； （4） 新型智能技术，如虚拟技术； （5） 控制技术的开放化、网络化及 PC 化。
5. 结论
本文对国内外在机器人研究的热点领域现状进行了简要的综述，简述了国内研究现状，指出了我国机器人发展中存在的问题及解决方法的建议，最后对机器人的研究趋势作了预测，高度智能化是机器人的总体发展趋势。机器人的运用越来越受到人们的关注，机器人将改变人们的生活。
参考文献：
[1] 肖斌,贾剑平. 探讨未来机器人的发展方向和应用[J]. 科技致富向导. 2011(20)
[2] 单金凤. 石材立体工艺制品雕刻机器人的设计与研究[D]. 山东大学 2011 [3] 罗璟,赵克定,陶湘厅,袁锐波. 机器人的控制策略探讨[J]. 机床与液压. 2008(10) [4] 刘会. 工业自动化控制的现状和未来发展趋势[J]. 硅谷. 2010(02) [5] 李烈. 我国机器人发展现状浅谈[J]. 科技致富向导. 2011(05) [6] 潘丽霞. 论机器人的发展与应用[J]. 山西科技. 2010(03) [7] 董慧慧. 浅谈机器人[J]. 天津科技. 2010(03) [8] 世界机器人动态[J]. 机器人技术与应用. 2010(03)
[9] 杨文玉， 尹周平， 孙容磊等编著. 数字制造基础.北京理工大学出版社. [10]熊有伦，丁汉，刘恩沧编著.机械人学.北京：机械工业出版社，2010.