工業(yè)機器人與人工智能研究與發(fā)展綜述

吳峻州

摘要：工業(yè)機器人是一種面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機械裝置。它可以自動執(zhí)行工作。它是一種依靠自身的動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的機器。工業(yè)機器人是機器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和高需求的重要組成部分。隨著工業(yè)生產(chǎn)向自動化、集成化、柔性化方向發(fā)展，工業(yè)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(jié)合在一起不斷提高。它可以由人類指揮，也可以按照預(yù)先編程的程序運行?，F(xiàn)代工業(yè)機器人也可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原理來工作。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;人工智能;發(fā)展前沿

引言

工業(yè)機器人起源于美國能源實驗室開發(fā)的操作機械手。之后，第一代教學(xué)與再現(xiàn)工業(yè)機器人、第二代具有基本感知功能的工業(yè)機器人、第三代智能機器人相繼問世。隨著工業(yè)生產(chǎn)向自動化、集成化、柔性化方向發(fā)展，工業(yè)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(yè)機器人技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新推動了智能制造技術(shù)的進步，體現(xiàn)了一個國家機器人技術(shù)的實力和在自動化與智能技術(shù)水平上的競爭力。在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和人口老齡化的雙重壓力下，我國積極發(fā)展工業(yè)機器人，已進入工業(yè)化初期階段。隨著科學(xué)理論和工程技術(shù)的發(fā)展、操作性能的不斷提高、推動應(yīng)用于新領(lǐng)域的需要，這些引領(lǐng)了新時代機器人發(fā)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”?！叭嗽斓摹焙苋菀桌斫猓埠苡袪幾h。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(chuàng)造人工智能，等等。但一般來說，“人工系統(tǒng)”是指一般意義上的人工系統(tǒng)。隨著人工智能融入工業(yè)機器人，人們的生活和生產(chǎn)操作發(fā)生了巨大的變化。

一、 目前存在的問題和解決方案

工業(yè)機器人和人工智能的技術(shù)和產(chǎn)品在世界各地發(fā)展迅速，大大滿足了工業(yè)的生產(chǎn)與需要、國民經(jīng)濟建設(shè)以及人民的日常生活，在社會各個行業(yè)體現(xiàn)了工業(yè)機器人在機器人行業(yè)的重要地位。然而，工業(yè)機器人的發(fā)展還存在一些有待解決的問題。

1. 目前存在的問題

工業(yè)機器人綜合了計算機技術(shù)、機械技術(shù)、結(jié)構(gòu)技術(shù)等技術(shù)內(nèi)容。它們?nèi)娑斆?。許多企業(yè)根據(jù)自身特點將其應(yīng)用于自動化行業(yè)，并取得了顯著的效果。但經(jīng)過幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，仍有許多不足之處。

（1）在傳統(tǒng)應(yīng)用中，工業(yè)機器人多采用離線編程或教學(xué)方式，要求機器人嚴(yán)格按照規(guī)定工作，功能單一，不能滿足柔性制造的要求。

（2）國內(nèi)外研究多集中于單個機器人，其技術(shù)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(fù)雜的任務(wù)無法由單個機器人獨立完成。

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

（4）工業(yè)機器人視覺系統(tǒng)不能自適應(yīng)地感知周圍環(huán)境信息，從而對周圍環(huán)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(xiàn)實中的一些規(guī)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(yù)測和建立文明。但是為了在這個物理環(huán)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(tǒng)計模型是非常不完善的，因為它們只依賴于一定時間內(nèi)的事物和人類指定的抽象標(biāo)簽進行識別。例如，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以看到數(shù)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(yè)機器人技術(shù)可以有效提高生產(chǎn)精度，解放勞動力。針對以上問題，提出改進工業(yè)機器人的解決方案如下：

（1）隨著基于視覺的工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，不同應(yīng)用環(huán)境中的不同任務(wù)對機器人視覺系統(tǒng)提出了越來越高的要求。開發(fā)適合不同應(yīng)用領(lǐng)域的視覺系統(tǒng)，將大大提高工業(yè)機器人在工業(yè)環(huán)境中的競爭力。

（2）開發(fā)多機器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)。多機器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)具有時間并行、空間分布、靈活性好、容錯能力強、效率高等優(yōu)點。

（3）工業(yè)機器人的視覺系統(tǒng)可以與語音智能識別相結(jié)合。將短時語音識別轉(zhuǎn)化為目標(biāo)參數(shù)信號的設(shè)置，可以降低使用成本，達到最佳的參數(shù)設(shè)置值，促進機器視覺系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)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(chuàng)性科研成果和有競爭力的技術(shù)與人才;技術(shù)層面即將進入產(chǎn)業(yè)整合階段，其核心是提升團隊的技術(shù)實力和創(chuàng)新能力;應(yīng)用層是由于中國巨大的人口和市場優(yōu)勢，我們更應(yīng)該把握住這個市場。

二、未來的發(fā)展方向

自21世紀(jì)以來，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，光學(xué)機電一體化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制理論和人工智能，以及全自動化的無人生產(chǎn)也逐漸迅猛發(fā)展，機器人的智能和協(xié)調(diào)操作的復(fù)雜已成為一個關(guān)鍵問題。

此外，由于工業(yè)機器人是一個非線性多變量控制對象，需要對工業(yè)機器人的運動學(xué)、動力學(xué)和力控制進行深入研究，以適應(yīng)高速、高精度、高負荷的運行。在醫(yī)療、救災(zāi)、深海探測等領(lǐng)域，機器人需要在動態(tài)、未知、非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜環(huán)境中完成不同類型的任務(wù)，這對機器人的環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)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(shù)相比，中國在人工智能領(lǐng)域相對領(lǐng)先，具體體現(xiàn)在人工智能領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量和質(zhì)量均居世界前兩名;它對深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)設(shè)施作出了重要貢獻;知名科研機構(gòu)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(yè)創(chuàng)造性地應(yīng)用人工智能技術(shù)和機器人技術(shù)，根據(jù)特定的行業(yè)或應(yīng)用場景，提出解決方案，實現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品，這也是創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)新的重要方向。

結(jié)語：

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

參考文獻：

[1]蔡自興.機器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[2].不確定性人工智能.《軟件學(xué)報》.被中信所《中國科技期刊引證報告》收錄ISTIC.被EI收錄EI.被北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽》收錄PKU.2004年11期.李德毅.劉常昱.杜鹢.韓旭.

[3] 郭洪紅.工業(yè)機器人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.