什么是智能機器人呢？本文從智能機器人概述、智能機器人研究意義、智能機器人基本要素、智能機器人技術要求、智能機器人技術背景、智能機器人分類及介紹、智能機器人新型驅動器、智能機器人應用實例、智能機器人發展方向來詳細闡釋智能機器人,和您一起分享智能機器人知識大全。
智能機器人概述
智能機器人是一個在感知、思維、效應方面全面，模擬人的機器系統，外形不一定像人。智能機器人它有相當發達的“大腦”。在腦中起作用的是中央計算機，這種計算機跟操作它的人有直接的聯系。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不 同。它是人工智能技術的綜合試驗場，可以全面地考察人工智能各個領域的技術，研究他們相互之間的關系。還可以在有害的環境中替人從事危險的工作、上天下海、戰場作業等方面大顯身手。
智能機器人研究意義
隨著科學技術突飛猛進的發展，科技產品日益成為我們生活中幾乎無時不在的、無處不在、無所不在的客觀存在，而智能機器人就是機械技術、電子技術、信 息技術有機結合的產物。智能機器人學所涉及的學科范圍有：力學、機器人拓撲學、機械學、電子學與微電子學、控制論、計算機、生物學、人工智能、系統工程 等。這些多學科領域知識的交叉和融合是智能機器人技術得以發展、拓寬和延伸的基礎，也是學習和運用智能機器人技術的基礎。隨著智能機器人技術的不斷向新的 領域拓展，其學科范圍亦將更加寬闊，同時智能機器人將不同的學科知識綜合，使得人們在學習和研究的過程中綜合各個學科。智能機器人在人類的生活和工業生產 中將會發揮很大的作用，例如智能機器人在農業、醫學、航天、甚至軍事上的應用，智能機器人的出現將會解放很大一部分的勞動力，使得人們可以更好的完成既定 的工作，完成人無法完成的高風險的任務。在醫學上可以做更加復雜的醫療手術，更好的醫治病患，以最大限度的減小手術帶來的不良反應。智能機器人將會創造更 大的社會價值。
如前面所說智能機器人將會在人類生活、工作等各個方面發揮巨大的作用。例如在農業生產發面，新的農業生產模式和新技術的應用促進了農業機械的更新和 發展，智能農業機械的技術條件已經成熟。機械化的發展大大的解放了勞動力，促進了社會化大生產，創造了巨大的社會財富。如在日本、美國等國家已研制出多種 農業用機器人：采摘機器人、耕耘機器人、除草機器人、飼喂機器人等，這些機器人的出現很大程度的提高了生產效率，其高效、高精度的作業過程是人無法完成 的，大大提高了生產效率從而提高了生產總值，為社會創造了很大的經濟效益。同時智能機器人在其他產業方面也為人們創造更大的經濟效益。
智能機器人基本要素
大多數專家認為智能機器人至少要具備以下三個要素：
一是感覺要素，用來認識周圍環境狀態;
感覺要素包括能感知視覺、接近、距離等的非接觸型傳感器和能感知力、壓覺、觸覺等的接觸型傳感器。這些要素實質上就是相當于人的眼、鼻、耳等五官， 它們的功能可以利用諸如攝像機、圖像傳感器、超聲波傳成器、激光器、導電橡膠、壓電元件、氣動元件、行程開關等機電元器件來實現。
二是運動要素，對外界做出反應性動作;
對運動要素來說，智能機器人需要有一個無軌道型的移動機構，以適應諸如平地、臺階、墻壁、樓梯、坡道等不同的地理環境。它們的功能可以借助輪子、履 帶、支腳、吸盤、氣墊等移動機構來完成。在運動過程中要對移動機構進行實時控制，這種控制不僅要包括有位置控制，而且還要有力度控制、位置與力度混合控 制、伸縮率控制等。
三是思考要素，根據感覺要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動作。
智能機器人的思考要素是三個要素中的關鍵，也是人們要賦予機器人必備的要素。思考要素包括有判斷、邏輯分析、理解等方面的智力活動。這些智力活動實質上是一個信息處理過程，而計算機則是完成這個處理過程的主要手段。
智能機器人技術要求
一、識別過程，外界輸入的信息向概念邏輯信息轉譯，將動態靜態圖像、聲音、語音、文字、觸覺、味覺等信息轉化為形式化(大腦中的信息存儲形式)的概念邏輯信息。
二、智能運算過程，輸入信息刺激自我學習、信息檢索、邏輯判斷、決策，并產生相應反應。
三、控制過程，將需要輸出的反應轉譯為肢體運動和媒介信息。實用機器人在第三個方面做得比較多，而識別和智能運算是很弱的，尤其是概念知識的存儲形式、邏輯判斷和決策這些方面更是鮮有成果，這正是人工智能要重點解決的問題。
智能機器人技術背景
機器人是非常典型的機電一體化的系統，特別是智能機器人。智能化是機電一體化的技術和產品發展的最主要方向，智能技術的綜合應用也使得機電一體化產 品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與智力的延伸。智能技術與傳動系統結合已經產生了一系列的碩果，如智能機器人。而智能技術又是一個很寬泛的技術 集成體，包括了很多技術和研究方向，如智能信息獲取技術，海量信息處理技術與方法，智能檢索，機器學習，專家系統技術，人工神經網絡，聲音、圖像、圖形、 文字及語言處理、虛擬現實技術與系統、多媒體技術，機器翻譯，情感計算，語言識別與合成技術，手寫體、印刷體漢字識別技術，傳感信息處理與可視化，智能控 制理論與技術，智能機器人技術，生物特征識別技術(人臉識別、虹膜識別、指紋識別、步態識別等)等。
在眾多的智能技術及其分支中，我們認為在機電一體化系統與產品中能夠發揮重要作用和可以帶動整個行業發展的主要技術有：智能傳感技術、智能信息處理技術、模式識別技術、智能機器人技術、智能機機交互技術、智能控制技術、智能設計與智能機械機構。
智能機器人分類及介紹
1.按功能分類可分為一般機器人和智能機器人。
一般機器人是指不具有智能，只具有一般編程能力和操作功能的機器人。
到目前為止，在世界范圍內還沒有一個統一的智能機器人定義。
2.智能機器人根據其智能程度的不同，又可分為三種：
傳感型機器人
又稱外部受控機器人。機器人的本體上沒有智能單元只有執行機構和感應機構，它具有利用傳感信息(包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及 激光等)進行傳感信息處理、實現控制與操作的能力。受控于外部計算機，在外部計算機上具有智能處理單元，處理由受控機器人采集的各種信息以及機器人本身的 各種姿態和軌跡等信息，然后發出控制指令指揮機器人的動作。目前機器人世界杯的小型組比賽使用的機器人就屬于這樣的類型。
交互型機器人
機器人通過計算機系統與操作員或程序員進行人-機對話，實現對機器人的控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功能，能夠獨立地實現一些諸如軌跡規劃、簡單的避障等功能，但是還要受到外部的控制。
自主型機器人
在設計制作之后，機器人無需人的干預，能夠在各種環境下自動完成各項擬人任務。自主型機器人的本體上具有感知、處理、決策、執行等模塊，可以就像一 個自主的人一樣獨立地活動和處理問題。機器人世界杯的中型組比賽中使用的機器人就屬于這一類型。全自主移動機器人的最重要的特點在于它的自主性和適應性， 自主性是指它可以在一定的環境中，不依賴任何外部控制，完全自主地執行一定的任務。適應性是指它可以實時識別和測量周圍的物體，根據環境的變化，調節自身 的參數，調整動作策略以及處理緊急情況。交互性也是自主機器人的一個重要特點，機器人可以與人、與外部環境以及與其他機器人之間進行信息的交流。由于全自 主移動機器人涉及諸如驅動器控制、傳感器數據融合、圖像處理、模式識別、神經網絡等許多方面的研究，所以能夠綜合反映一個國家在制造業和人工智能等方面的 水平。因此，許多國家都非常重視全自主移動機器人的研究。
智能機器人的研究從60年代初開始，經過幾十年的發展，目前，基于感覺控制的智能機器人(又稱第二代機器人)已達到實際應用階段，基于知識控制的智能機器人(又稱自主機器人或下一代機器人)也取得較大進展，已研制出多種樣機。
3.按用途分類
在用途上，智能機器人與普通機器人在用途上有許多相似之處，但因其智能性使得它能做更復雜的工作，完成更高級的任務。
(1)工業智能機器人
工業智能機器依據具體應用的不同，通常又可以分成焊接機器人、裝配機器人、噴漆機器人、碼垛機器人、搬運機器人等多種類型。作為具有智能的工業機器人， 他們在很多方面超越了傳統機器人。焊接機器人，包括點焊(電阻焊)和電弧焊機器人，用途是實現自動的焊接作業。裝配機器人，比較多地用于電子部件電器的裝 配。噴漆機器人，代替人進行噴漆作業。碼垛、上下料、搬運機器人的功能則是根據一定的速度和精度要求，將物品從一處運到另一處。在工業生產中應用機器人， 可以方便迅速地改變作業內容或方式，以滿足生產要求的變化。比如，改變焊縫軌跡，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等。隨著對工業生產線柔性的要求越來 越高，對各種機器人的需求也就越來越強烈。
(2)農業智能機器人
隨著機器人技術的進步，以定型物、無機物為作業對象的工業機器人正在向更高層次的以動、植物之類復雜作業對象為目標的農業機器人發展，農業機器人或 機器人化的農業機械的應用范圍正在逐步擴大。農業機器人的應用不僅能夠大大減輕以致代替的人們的生產勞動、解決勞動力不足的問題，而且可以提高勞動生產 率，改善農業的生產環境，防止農藥、化肥等對人體的傷害，提高作業質量。但由于農業機器人所面臨的是非結構、不確定、不宜預估的復雜環境和工作對象，所以 與工業機器人相比，其研究開發的難度更大。農業機器人的研究開發目前主要集中耕種、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收獲、灌溉、養殖和各種輔助操作 等方面。日本是機器人普及最廣泛的國家，目前已經有數千臺機器人應用于農業領域。
(3)探索智能機器人
機器人除了在工農業上廣泛應用之外，還越來越多地用于極限探索，即在惡劣或不適于人類工作的環境中執行任務。例如，在水下(海洋)、太空以及在放射 性(有毒或高溫等環境中進行作業。人類借助潛水器具潛人到深海之中探秘，已有很長的歷史。然而，由于危險很大、費用極高，所以水下機器人就成了代替人在這 一危險的環境中工作的最佳工具?？臻g機器人是指在大氣層內和大氣層外從事各種作業的機器人，包括在內層空間飛行并進行觀測、可完成多種作業的飛行機器人， 到外層空間其他星球上進行探測作業的星球探測機器人和在各種航天器里使用的機器人。
(4)服務智能機器人
機器人技術不僅在工農業生產、科學探索中得到了廣泛應用，也逐漸滲透到人們的日常生活領域，服務機器人就 是這類機器人的一個總稱。盡管服務機器人的起步較晚，但應用前景十分廣泛，目前主要應用在清潔、護理、執勤、救援、娛樂、和代替人對設備維護保養等場合。 國際機器人聯合會給服務機器人的一個初步定義是，一種以自主或半自主方式運行，能為人類的生活、康復提供服務的機器人，或者是能對設備運行進行維護的一類 機器人。
4.按形態分類
(1)擬物智能機器人
仿照各種各樣的生物，日常使用物品，建筑物，交通工具等做出的機器人，采用非智能或智能的系統來方便人類生活的機器人。比如：機器寵物狗“愛寶”(Aibo)，六腳機器昆蟲，輪式、履帶式機器人。
(2)仿人智能機器人
模仿人的形態和行為而設計制造的機器人就是仿人機器人，一般分別或同時具有仿人的四肢和頭部。機器人一般根據不同應用需求被設計成不同形狀和功能， 如步行機器人、寫字機器人、奏樂機器人、玩具機器人等。而仿人機器人研究集機械，電子，計算機，材料，傳感器，控制技術等多門科學于一體，代表著一個國家 的高科技發展水平。
5.按級別程度分類
智能機器人是在工業機器人基礎上發展起來的,現在已開始用于生產和生活的許多領域,按其擁有智能的水平可以分為兩類:
一是初級智能機器人.它和工業機器人不一樣,具有象人那樣的感受,識別,推理和判斷能力.可以根據外界條件的變化,在一定范圍內自行修改程序,也就 是它能適應外界條件變化對自己怎樣作相應調整.不過,修改程序的原則由人預先給以規定.這種初級智能機器人已擁有一定的智能,雖然還沒有自動規劃能力,但 這種初級智能機器人也開始走向成熟,達到實用水平.
二是高級智能機器人.它和初級智能機器人一樣,具有感覺,識別,推理和判斷能力,同樣可以根據外界條件的變化,在一定范圍內自行修改程序.所不同的 是,修改程序的原則不是由人規定的,而是機器人自己通過學習,總結經驗來獲得修改程序的原則.所以它的智能高出初能智能機器人.這種機器人已擁有一定的自 動規劃能力,能夠自己安排自己的工作.這種機器人可以不要人的照料,完全獨立的工作,故稱為高級自律機器人.這種機器人也開始走向實用。
智能機器人新型驅動器
智能機器人除了傳統的電動機驅動、液壓驅動、氣壓驅動等方式外，由于結構及尺寸的不同，還常采用如下一些新型的驅動器。靜電驅動形狀記憶合金驅動壓電驅動及磁致伸縮驅動。
1、靜電驅動器
靜電驅動器利用電荷間引力和排斥力的互相作用順序驅動電極而產生平移或旋轉運因靜電作用屬于表面力，動。因靜電作用屬于表面力，作用力大小和元件尺寸的二 次方成正比，和元件尺寸的二次方成正比，在尺寸很微小時，能夠產生很足的電量。小時，能夠產生很足的電量。
靜電驅動器有回轉型和直線型兩種。
驅動時，將轉子當做接地電極，長方形或扇形定子作為另一極，通過順次移動加在定子上的電壓，從而使定子與轉子間產生引力與排斥力，就可以實現回轉或直線移動。靜電驅動器的位置和速度控制需要轉子位置檢測電路。
2、形狀記憶合金驅動器
形狀記憶合金之所以可用做驅動器，形狀記憶合金之所以可用做驅動器，首先是由于其具有形狀記憶效應(shape先是由于其具有形狀記憶效應 memoryeffect)。一般金屬材料受到外。力作用后會發生彈性變形，力作用后會發生彈性變形，達到屈服點后產生塑性變形，應力消除后，后產生塑性 變形，應力消除后，留下永久變形;久變形;而形狀記憶合金在發生塑性變形后加熱到某一溫度之上，形后加熱到某一溫度之上，能夠回復到變形前的形狀，這就是 形狀記憶效應。變形前的形狀，這就是形狀記憶效應。
3、壓電效應驅動器
某些物質在外力作用下不僅幾何尺寸發生變化，而且內部出現極化——表面上有電荷出現，形成電場;當外力消失時，材料重新回復到原來的狀態，電場也隨即消失，這種現象即稱為壓電效應。
4、磁致伸縮驅動器
磁致伸縮效應是指鐵磁材料和亞鐵磁材料磁化狀態的改變導致其長度發生微小的變化，化狀態的改變導致其長度發生微小的變化，1840年焦耳就發現了這 種現象，因此也稱年焦耳就發現了這種現象，年焦耳就發現了這種現象為焦耳效應;與此相反，為焦耳效應;與此相反，當材料受到壓力或張力作用而使材料長度發 生變化時，張力作用而使材料長度發生變化時，材料內部的磁化狀態也隨之改變，部的磁化狀態也隨之改變，這種現象稱為磁致伸縮逆效應。致伸縮逆效應。
5、人工肌肉
為了更好地模擬生物體的運動功能以在機器人上應用，人上應用，目前已經研制出了各種不同類型的人工肌肉，如利用高分子凝膠、的人工肌肉，如利用高分 子凝膠、形狀記憶合金等材料制成的人工肌肉。合金等材料制成的人工肌肉。其中應用最為廣泛的是氣動人工肌肉。廣泛的是氣動人工肌肉。
氣動人工肌肉的概念在20世紀年代由俄國發明家氣動人工肌肉的概念在世紀30年代由俄國發明家世紀年代由俄國發明家SGarasiev提出。提出。 提出到了20世紀年代，美國醫生Joseph.L.Mckibben世紀50年代到了世紀年代，美國醫生發明了一種以其名字命名的氣動人工肌肉，發明了一 種以其名字命名的氣動人工肌肉，即Mckibben肌肉，并用其設計了能夠輔助殘疾手指運肌肉，肌肉動的氣動裝置。世紀年代后Mckibben肌肉就被世 紀60年代后動的氣動裝置。20世紀年代后肌肉就被電動機所取代。電動機所取代。20世紀年代，日本工程師在世紀80年代世紀年代，日本工程師在 Mckibben肌肉的設計肌肉的設計基礎上，又推出Rubbertuator，并用其制造出噴漆基礎上，又推出，用機器人手臂。用機器人手臂。這期間世 界上一些專家、這期間世界上一些專家、學者和廠家相繼研制和開發出各種類型的氣動人工肌肉，但到現在為止，出各種類型的氣動人工肌肉，但到現在為止，普遍 使用的仍是日本Bridgestone公司生產的公司生產的Rubbertuator用的仍是日本公司生產的和德國某公司生產的氣動肌腱 (fluidicmuscle)。和德國某公司生產的氣動肌腱。
智能機器人應用實例
機器人的智能從無到有、從低級到高級，機器人的智能從無到有、從低級到高級，并隨著科學技術的進步而不斷深入發展。隨著計算機技術、網絡技術、人工智能、 隨著計算機技術、網絡技術、人工智能、新材料和Mems技術的發展，機器人智能化、網絡技術的發展趨勢已凸現出來。網絡機器人在遠程醫療、戰地救護、娛樂 等領域有廣闊的應用前景。
1、網絡機器人
網絡技術的發展拓寬了智能機器人的應用范圍。網絡技術的發展拓寬了智能機器人的應用范圍。利用網絡和通信技術可以對機器人進行遠程控制和操作，網絡 和通信技術可以對機器人進行遠程控制和操作，代替人在遙遠的地方工作。利用網絡機器人，代替人在遙遠的地方工作。利用網絡機器人，外科專家可以在異地為病 人實施疑難手術。家可以在異地為病人實施疑難手術。2001年，身在美國紐約的外科醫生雅克馬雷斯科成年身在美國紐約的外科醫生雅克·馬雷斯科成功地利用 機器人為躺在法國東北部城市的一位女患者做了膽囊摘除手術，做了膽囊摘除手術，這是網絡機器人成功應用的一個范例。范例。在國內，北京航空航天大學、清華 大學和海軍總醫院在國內，北京航空航天大學、共同開發的遙控操作遠程醫用機器人系統可以在異地為病人實施開顱手術。為病人實施開顱手術。
美國一家網絡科技公司研制了一個金屬骷髏機器人玩具，模仿《絕滅戰士》中的機器人。器人玩具，模仿《絕滅戰士》中的機器人。用戶通過串行口將骷髏機 器人連接到自己的計算機上，就能通過互聯網控制骷髏機器人。骷髏機器人散發紅光的眼睛中隱藏著小型相機，骷髏機器人散發紅光的眼睛中隱藏著小型相機，相機 能將周圍的影像傳送到控制者的計算機中。相機能將周圍的影像傳送到控制者的計算機中。骷髏機器人還能將用戶傳遞的語音信號以陰森森的語音說出來。森的語音 說出來。
2、微型機器人
日本東京工業大學的一名教授對微型和超微型機構尺寸作了一個基本的定義：～機構尺寸作了一個基本的定義：1～100mm機機構尺寸為小型機構，為微 型機構，構尺寸為小型機構，0.01～1mm為微型機構，～為微型機構10µm以下為超微型機構。微型機器人的發展以下為超微型機構。以下為超微型機構依 賴于微加工工藝、微傳感器、依賴于微加工工藝、微傳感器、微驅動器和微結構的發展。結構的發展。
3、高智能機器人
美國著名的科普作家阿西莫夫曾設想機器人具有這樣的數學天賦：有這樣的數學天賦：“能像小學生背乘法口訣一樣來心算三重積分，一樣來心算三重積分， 做張量分析題如同吃點心一樣輕巧”。心一樣輕巧”機器人需要處理和存儲的信息量大，機器人需要處理和存儲的信息量大，要求計算機的實時處理速度快。機的實 時處理速度快。
1997年，IBM公司開發的名為“深藍”的年公司開發的名為“深藍”公司開發的名為RS/6000SP超級計算機打敗了國際象棋之超級計算機打敗 了國際象棋之王——卡斯帕羅夫，顯示了大型計算機的威力?？ㄋ古亮_夫，顯示了大型計算機的威力?？ㄋ古亮_夫“深藍”重達1.4t，有32個節點，每個節點有深藍”重達，個節點，個節點8塊專門為進行國際象棋對弈設計的處理器，塊專門為進行國際象棋對弈設計的處理器，塊專門為進行國際象棋對弈設計的處理器平 均運算速度為每秒200萬步。平均運算速度為每秒萬步。萬步如果將“深藍”如果將“深藍”這樣的計算機體積縮小到相當就可以直接放人機器人的腦中。小，就可以直接放人機器人的腦中。
4、變結構機器人
智能機器人工作環境千變萬化，科學家夢想著機智能機器人工作環境千變萬化，器人能像人和動物一樣運動。比如，器人能像人和動物一樣運動。比如，像蛇 一樣爬像人一樣用兩條腿行走。日本在仿人形機器人上取得了很大的進步。但是機器人的行走速度慢，對地面的要求很高，機器人的行走速度慢，對地面的要求很高，真正達到像人一樣行走的水平，道路仍然很漫長。變結構機器人研究的目標就是創造出新的結構，可以根據環境的變化變換結構。如機器人可以依照環境的變化 將自己變成一條蛇或者一個四條腿爬行的昆蟲。
智能機器人發展方向
目前機器人的研究正處于第3代智能機器人階段,盡管國內外對此的研究已經取得了許多成果,但其智能化水平仍然不盡人意。圍繞未來的智能機器人,
本文提出如下幾個有待發展的技術方向:
(1)機器人網絡化:利用通信網絡技術將各種機器人連接到計算機網絡上,并通過網絡對機器人進行有效的控制。網絡化技術包括網絡遙操作控制技術、眾多信息組的壓縮與擴展方法及傳輸技術等;
(2)智能控制中的軟計算方法:與傳統的計算方法相比,以模糊邏輯、基于概率論的推理、神經網絡、遺傳算法和混沌為代表的軟計算技術具有更高的魯棒性、易 用性及計算的低耗費性等優點,應用到機器人技術中,可以提高其問題求解速度,較好地處理多變量、非線性系統的問題;
(3)機器學習:各種機器學習算法的出現推動了人工智能的發展,強化學習、蟻群算法、免疫算法等可以用到機器人系統中,使其具有類似人的學習能力,以適應日益復雜的、不確定和非結構化的環境;
(4)智能人機接口:人機交互的需求越來越向簡單化、多樣化、智能化、人性化方向發展,因此需要研究并設計各種智能人機接口如多語種語音、自然語言理解、圖像、手寫字識別等,以更好地適應不同的用戶和不同的應用任務,提高人與機器人交互的和諧性;
(5)多機器人協調作業:隨著人工智能方法、機器人技術以及多智能體系統(MultiAgentSystem:MAS)等研究的深入,如何組織和控 制多個機器人來協作完成單機器人無法完成的復雜任務,在復雜未知環境下實現實時推理反應以及交互的群體決策和操作,已經成為機器人研究領域的新課題,具有 重要的理論和現實意義。
