第一篇：機器人技術在工業生產和日常生活中的應用(機器人概論報告)

機器人技術在工業和日常生活中的應用

因為興趣，所以我選擇了機器人概論這門課，雖然只有十多節課，但還是學習、了解不少知識。

研制機器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動或簡單的重復勞動，以及替代人到有輻射等危險環境中進行作業，因此機器人最早在汽車制造業和核工業領域得以應用。隨著機器人技術的不斷發展，工業領域的焊接、噴漆、搬運、裝配、鑄造等場合，己經開始大量使用機器人。另外在軍事、海洋探測、航天、醫療、農業、林業甚到服務娛樂行業，也都開始使用機器人。從機器人的用途來分，可以分為兩大類：軍用機器人和民用機器人。軍用機器人主要用于軍事上代替或輔助軍隊進行作戰、偵察、探險等工作。根據不同的作戰空間可分為地面軍用機器人、空中軍用機器人(即無人飛行機)、水下軍用機器人和空間軍用機器人等。在民用機器人中，各種生產制造領域中的工業機器人在數量上占絕對多數，成為機器人家族中的主力軍；其它各種種類的機器人也開始在不同的領域得到研究開發和應用。

機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。而傳感器作用尤為重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術在產品化系統中已有成熟應用。加之器件集成度的提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結構，似的機器人的功能越來越強，系統的可靠性提高了、易操作性變得簡單而且可維修性變強。而控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遙控式等多種方式。

服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員，目前處于開發及普及的早期階段。

大樓清洗機器人是以爬壁機器人為基礎開發出來的，它只是爬壁機器人的用途之一。爬壁機器人有負壓吸附和磁吸附兩種吸附方式，大樓擦窗機器人采用的是負壓吸附方式。磁吸附爬壁機器人也已在我國問世，并已在大慶油田得到了應用。

幫助殘障人行走的機器人輪椅已逐漸成為熱點。機器人輪椅主要有口令識別與語音合成、機器人自定位、動態隨機避障、多傳感器信息融合、實時自適應導航控制等功能。機器人輪椅關鍵技術是安全導航問題，采用的基本方法是靠超聲波和紅外測距，個別也采用了口令控制。超聲波和紅外導航的主要不足在于可控測范圍有限，視覺導航可以克服這方面的不足。在機器人輪椅中，輪椅的使用者應是整個系統的中心和積極的組成部分。對使用者來說，機器人輪椅應具有與人交互的功能。這種交互功能可以很直觀地通過人機語音對話來實現。盡管個別現有的移動輪椅可用簡單的口令來控制，但真正具有交互功能的移動機器人和輪椅尚不多見，也是有待研究。

作為一項前沿的高新技技術，機器人還有廣闊的發展空間。我們要發展他，掌握他，領導他的發展，但我們絕不能依賴他，他只是服務于我們，使我們的生活更美好的工具。

第二篇：單片機在日常生活及工業生產中的應用

單片機在日常生活及工業生產中的應用

08機電四班 鄧副錢 20080310060423 單片機，亦稱單片微電腦 或單片微型計算機。它是把中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機了解計算機原理與結構的最佳選擇.可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。現在有些工廠的技術人員或其它業余電子開發者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。一.單片機的歷史 ：

第一代：七十年代后期，4 位邏輯控制器件發展到 8 位。使用 NMOS 工藝（速度低，功耗大、集成度低）。代表產品： MC6800、Intel 8048。

第二代：八十年代初，采用 CMOS 工藝，并逐漸被高速低功耗的 HMOS 工藝代替。代表產品： MC146805、Intel 8051。

第三代：近十年來，MCU 的發展出現了許多新特點：

（1）在技術上，由可擴展總線型向純單片型發展，即只能工作在單片方式。（2）MCU 的擴展方式從并行總線型發展出各種串行總線。（3）將多個 CPU 集成到一個 MCU 中。

（4）在降低功耗，提高可靠性方面，MCU 工作電壓已降至 3.3V。

第四代： FLASH 的使用使 MCU 技術進入了第四代。

目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。二．單片機的特點

單片機與通用微型計算機相比較，它在硬件結構、指令設置上均有其獨到之處，主要特點如下：

（1）單片機中的存儲器ROM和RAM是嚴格分工的。ROM為程序存儲器，只存放程序、常數及數據表格。而RAM則為數據存儲器，用作工作區及存放變量。這樣的結構主要是考慮到單片機用于控制系統中，有較大的程序存儲空間，把已調試好的程序固化在ROM中，而把少量的隨機數據存放在RAM中，這樣，小容量數據存儲器能以高速RAM形式集成在單片機內，以加快單片機的執行速度。但單片機上RAM是作為數據存儲器用，而不是當作高速數據緩沖存儲器（Cache）用。

（2）采用面向控制的指令系統。為滿足控制的需要，單片機的邏輯控制能力要優于同等級的CPU，持別是單片機具有很強的位處理能力。單片機的運行速度也較高。

（3）單片機的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機芯片上引腳數有限，了解決實際引腳數和需要的信號線數的矛盾，采用了引腳功能復用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設置或由機器狀態來區分。

（4）系列齊全，功能擴展性強。單片機有內部掩膜ROM、內部EPROM和外接ROM等形式，并可方便地擴展外部的ROM、RAM及I/O接口，與許多通用的微機接口芯片兼容，對應用系統的設計和生產帶來極大的方便。

（5）單片機的功能是通用的。單片機雖然主要作控制器用，但是功能上還是通用的，可 以象一般微處理器那樣廣泛應用在各個方面。

三.單片機的應用

單片機技術使用范圍廣，在各種儀器儀表生產單位、石油、化工，紡織、機械的加工等各個行業中都有廣泛的應用.目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。

單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：

1.在工業控制中的應用

工業自動化控制是最早采用單片機控制的領域之一，在測控系統、過程控制、機電一體化設備中主要利用單片機實現邏輯控制、數據采集、運算處理、數據通信等用途。單獨使用單片機可以實現一些小規模的控制功能，作為底層檢測、控制單元與上位計算機結合可以組成大規模工業自動化控制系統。特別在機電一體化技術中，單排年級的結構特點使其更容易發揮其集機械、微電子和計算機技術于一體的優勢。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統，與計算機聯網構成二級控制系統等。2.在智能儀器中的應用

單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理

量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。

3.在家用電器中的應用

單片機功能完善、體積小、價格廉、易于嵌入，非常適合于對家用電器的控制。嵌入單片機的家用電器實現了智能化，是傳統型家用電器的更新換代，現已廣泛應用于洗衣機、空調、電視機、視盤機、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種試聽設備等。

4.在計算機網絡和通信領域中的應用

現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

5.在辦公自動化設備中的應用

現在辦公自動化設備中大多數嵌入了單片機控制核心。如打印機、復印機、傳真機、繪圖機、考勤機及電話等。通過單片機控制不但可以完成設備的基本功能，還可以實現與計算機之間的數據通信。

6.在商業營銷設備中的應用

在商業營銷系統中單片機已廣泛應用于電子秤、收款機、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機、出租車計價器以及倉儲安全監測系統、商場保安系統、空氣調節系統、冷凍保險系統等。

7.在醫用設備領域中的應用

單片機在醫療設施及醫用設備中的用途亦相當廣泛，例如在醫用呼吸機、各種分析儀、醫療監護儀、超聲診斷設備及病床呼叫系統中都得到了實際應用。

8.在汽車電子產品中的應用

現代汽車的集中顯示系統、動力監測控制系統、自動駕駛系統、通信系統和運行監視器等裝置中都離不開單片機。特別是采用現場總線的汽車控制系統中，以單片機擔當核心的節點通過協調、高效的數據傳送不僅完成了復雜的控制功能，而且簡化了系統結構。

此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。

四.單片機的應用前景

中國使用單片機的歷史只有短短的30年，在初始的短短五年時間里 發展極為迅速。1986 年在上海召開了全國首屆單片機開 發與應用交流會，很多地區還成立了單片微型計算機應用協會，那是全國形成的第一次高潮。

單片機應用技術飛速發展，我們上因特網輸入一個“單片機”的搜 索，將會看到上萬個介紹單片機的網站，這還不包括國外的。電子界，在2003年7月，在上海、廣州、北京等大城市所做的一次專業人才需求報告中，單片機人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一塊小小的片子，為何有這樣的魔力？

因為它改變了我們的生活.它為我們改變了什么？縱觀我們現在生活的各個領域，從導 彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網絡通訊與數據傳輸，到工業自動化過程的實時控制和數據 處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC 卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。以前沒有單片機時，這些 東西也能做，但是只能使用復雜的模擬電路，然而這樣做出來的產品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達不到標準。在單片機產生后，我們就將控制這些東西變為智能化了，我們 只需要在單片機外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了。所以，它的魔力不僅是在現在，在將來將會有更多的 人來接受它、使用它。據統計，我國的單片機年容量已達3 億片，且每年以大約20%的速度增長，但相對于 世界市場我國的占有率還不到1%。特別是沿海地區的玩 具廠等生產產品多數用到單片機，并不斷地輻射向內地。

第三篇：工業機器人技術基礎及應用-講座報告

工業機器人技術基礎及應用

—《工業過程的智能檢測與控制》講座學習報告

電信1239班

3212005154號

韓榮

2014年4月中旬，于在職工碩集中返校期間，有幸聽了曹建福教授關于“工業過程的智能檢測與控制的”的學術講座。曹教授詳細講述了工業自動化的發展、主要技術、應用及發展方向等知識點，期間曹教授講的關于工業機器人技術讓我產生較濃厚的興趣，講座后翻閱了一些課外的報告資料并歸納整理，形成了一篇簡單的學習報告，分享我對機器人技術的了解情況。

機器人技術作為20世紀人類最偉大的發明之一，自問世以來，就一直備受矚目。40余年來，有關它的研究取得了長足的進展。各種形態、功能的機器人相繼面世，而未來的機器人將是一種能夠代替人類在非結構化環境下從事危險、復雜勞動的自動化機器，是集機械學、力學、電子學、生物學、控制論、計算機、人工智能和系統工程等多學科知識于一身的高新技術綜合體。一．工業機器人的技術概念

工業機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業自動化水平的重要標志。二．工業機器人技術發展現狀

作為人類２０世紀最偉大的發明之一，機器人在短短的幾十年內發生了日新月異的變化。從自動化生產線到海洋資源的探索，乃至太空作業等領域，機器人可謂是無處不在。目前機器已經走進人們的生活與工作，機器人已經在很多的領域代替著人類的勞動，發揮著越來越重要的作用，人們已經越來越離不開機器人幫助。

機器人從面世到進入本世紀，發展可以不可以不謂之快，各國對其的研究與投產從未間斷。據國際機器人聯盟調查，2004年，全球個人機器人約有200萬臺，到2008年，還將有700萬臺機器人投入運行。按照韓國信息通信部的計劃，到2013年，韓國每個家庭都能擁有一臺機器人；而日本機器人協會預測，到2025年，全球機器人產業的“蛋糕”將達到每年500億美元的規模(現在僅有50億美元)。與20世紀70年代PC行業的情況相仿，我們不可能準確預測出究竟哪些用途將能推動這個新興行業進入臨界狀態。三．工業機器人技術發展趨勢

隨著計算機技術的不斷向智能化方向發展，機器人應用領域的不斷擴展和深化以及在系統（FMS、CIMS）中的群體應用，工業機器人也在不斷向智能化方向發展，以適應“敏捷制造”，滿足多樣化、個性化的需要，并適應多變的非結構環境作業，向非制造領域進軍。

（1）感覺功能：感覺功能方面將實現多傳感器信息的融合，以檢測多變的外部環境，做出判斷和決策，其實質類似于人的五官和身體的綜合感覺功能，包括視覺、觸覺、力覺、滑覺、接近覺、壓覺、聽覺、味覺、臭覺、溫覺等。研究包括各類傳感信息的采集及融合處理、傳感器與驅動器一體化技術、感覺功能繼承模塊等。

（2）控制智能化：由引導教向NC，離線編程發展，進而發展到進一步應用。隨著系統化、集成化生產的發展，基于PC的開放式控制系統將機器人控制和車間一級控制的發展方向，國外專家預測，2007年它將占30％。

（3）移動功能的智能化：為解決長距離搬運作業、大作業對象、多作業對象及極限作業等問題，需開發自主移動系統（包括滑動、滾動、行走、爬行、跳躍、飛行等）。（4）系統應用與集成化：支持以人為核心的生產系統，實現生產系統中機器人群體協調功能、群智能和多機通訊協議，開發能理解人的意志的“同事機器人”。國外專家預測，2000你后有可能IMS要走向MA(R)S（多智能體系統），而該系統中的“同事機器人”（Cobot）將成為操作人員不可或缺的伙伴。圍繞著各種機器人與人共存的諸多課題，正在興起一門新學科“軟機器人學”。

（5）安全可靠性：由于大量不確定因素的存在，要實現智能化的安全可靠性，機器人必須具有對各種意外情況的應變能力，及時采取預防措施和安全對策，包括硬件級、軟件級、應用級和人機系統級的自診斷和自修復故障。

（6）微型化：向微型化發展，開發毫米級機器人，用于微加工、醫學、宇宙和海洋開發等領域。就使用性和成本來看，毫米級最可行。

（7）多傳感器信息融合與配置技術：①機器人的傳感器配置和融合技術在水泥生產過程控制和污水處理自動控制系統中的應用包括面向工藝過程的多傳感器融合和配置技術；采用智能傳感器的現場總線技術；面向工藝要求的新型傳感器研制。②機電一體化智能傳感器：包括具有感知、自主運動、自清污（自調整、自適應）的機電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運動機構設計、實現檢測和清污的自主運動；調節控制系統；機器人機構和控制技術在傳感器設計中的應用。

四.工業機器人產業未來發展

目前國際、國內機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發展。主要研究內容集中在以下10個方面：

1．機器人操作機結構的優化設計技術：探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載/自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發展。

2．機器人控制技術：重點研究開放式，模塊化控制系統，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于PC機網絡式 控制器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。

3．多傳感系統：為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩、非正態分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統的實用化。

4．機器人的結構靈巧，控制系統愈來愈小，二者正朝著一體化方向發展。5．機器人遙控及監控技術，機器人半自主和自主技術，多機器人和操作者之間的協調控制，通過網絡建立大范圍內的機器人遙控系統，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。

6．虛擬機器人技術：基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。

7．多智能體（multi-agent）調控制技術：這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規劃、群體行為控制等方面進行研究。

8．微型和微小機器人技術（micro/miniaturerobotics）:這是機器人研究的一個新的領域和重點發展方向。微小型機器人技術的研究主要集中在系統結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。

9．軟機器人技術（softrobotics）:主要用于醫療、護理、休閑和娛樂場合。傳統機器人設計未考慮與人緊密共處，因此其結構材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統在機器人意外地與環境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。

10．仿人和仿生技術：這是機器人技術發展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎研究。

第四篇：機器人技術中的創新意識

機器人技術基礎中的創新意識 本學期我們學習了《機器人技術》基礎這門功課，即將結束之際給我們帶來了很大的啟發。學習機械專業的都知道，機器人技術可以說是未來機械制造的核心發展方向，機器人技術也是機械制造技術的集大成者，一個機器人雖然可能只能完成一個小小的動作，卻可能代表著技術的突破和創新。要想在機器人行業有所成績花費的時間和精力是很多的。

世界機器人之父恩格爾伯格先生認為，機器人目前尚沒有準確的定義，但有一點可以確定，即機器人不一定像人，但能替代人工作。美國不僅將工業機器人和服務機器人看做是機器人，還將無人機、水下潛器、月球車甚至巡航導彈等都看做是機器人。機器人技術是綜合了計算器、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術。它一般由機械本體、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種綜合了人和機器特長、能在三維空間完成各種作業的機電一體化裝置。它既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，特別適合于多品種、小批量的柔性生產。是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。

我們技術發展中機器人也隨著我們機械技術的創新而不斷更新換代，因此創新才是機器人技術發展的源動力。第一代機器人屬于示教再現型，第二代則具備了感覺能力，第三代機器人是智能機器人，它不僅具備了感覺能力，而且還具有獨立判斷和行動的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復雜的動作。智能機器人在發生故障時，通過自我診斷裝置能自我診斷出發生故障部位，并能自我修復。今天，智能機器人的應用范圍大大地擴展了。除工農業生產外，機器人已應用到各行各業，并

已初步具備了人類的特點。機器人向著智能化、擬人化發展的道路，是沒有止境的。

計算機技術和人工智能技術的飛速發展，使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表。由于這些技術的發展，推動了機器人概念的延伸。在研究和開發未知及在不確定環境下作業的機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術的本質是感知、決策、行動和交互技術的結合。上世紀80年代以來，人們將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統稱為智能機器人。機器人若是具有認知能力、學習能力、思維能力以及適應環境的能力就屬于智能機器人了。智能機器人一般由三大部分組成：運動部分、智能部分和感覺部分。運動部分，包括行走機構、機械手、手爪；智能部分，包括有認知能力、學習能力、思維能力和決策能力的裝置；感覺部分，包括有視覺、聽覺、觸覺、接近覺的裝置。智能機器人由感覺裝置感受到外界環境的狀況，產生信息，并由電腦進行識別。電腦中存儲許多知識，也就是存儲許多規則和數據。電腦根據已有的知識，對得到的外界信號加以分析、判斷、推理，最后做出決策，產生控制信號，驅動機器人的行走機構、機械手和手爪運動，完成操作。這樣，不但能適應外界環境的變化，而且還能完成復雜的任務。智能機器人的功能與人更接近了，但是它與人相比還相差很遠。人有智力、情感和意識。目前最高級機器人的智力也只相當于小孩子的智力，但沒有感情和意識(有的機器人有表情，但還沒有感情)。現在的普通智能機器人，它的智力相當于兩三歲幼兒的智力水平。而在將來，高智能的機器人將會越來越多，其智力水平也一定會不斷提高，普及型機器人的智力將慢慢地達到七八歲、十幾歲少年甚至青年人的智力水平。

現有機器人的智能主要來自于微小的芯片所具有的巨大計算能力。人類把知識以數據形式存儲在機器人內部，機器人利用傳感器和各種計算方法獲取外部環境、內部姿態等信息，通過一定的決策控制規則，驅動自身的執行器來完成各種動作。這種計算智能雖然能較好地處理事務性和計算性的工作，但不能處理未知情況，難以適應快速變化的環境，無法進行創造性的工作。

但可以預見，隨著未來人工智能技術的的發展，未來機器人運算將依靠電子計算機，光計算機、甚至是神經計算機組成機器人的“大腦”。有了“大腦”機器人便具備了判斷、分析、推理等“智力”，可以對從外界接收到的信息進行更有效、更準確和迅速的處理。

機械技術隨著創新而發展機器人技術也在創新中發展，培養我們的創新意識成為我們立命之本。機械創新不同于常規的機械設計，是設計人員針對新的或預測的需求，充分發揮設計者的創造力和智慧，利用已有的相關科學理論、方法和原理，進行新的構思、設計和制造出新穎、有創造性及實用性的機構或裝置的實踐活動。它包含兩個部分內容：一是改進完善生產或生活中現有的機械產品技術性能、可靠性、經濟性、適用性；二是創造設計出新機器、新產品，以滿足新的生產和生活的需要。21世紀是人才競爭尤為激烈的時代。對于一個國家、一個民族而言，擁有持續的創新能力和大量高素質的人力資源，就意味著發展知識經濟蘊藏著巨大的潛能。而我們國家正是需要人才的時候，尤其缺乏創新型人才。對于我們來說，現在就要培養創新意識，鍛煉創新的思維。用新觀點、新原理、新功能來設計出前所未有的產品。因而，如何加強機械創新設計，挖掘創造性思維，就顯得尤為重要。2004年馮小剛賀歲大片《天下無賊》中，黎叔有句名言：“21世紀什么最貴？人才！”。現在，連小偷都知道人才最寶貴了，而我們國家正是需要人才的時候，尤其缺乏創新型人才。世界各國也都如此。競爭優勢的秘密是創新，這在現在比歷史上的任何時候都更是如此。創造力對于創新是必要的，公司文化應該提倡創造力，然后將其轉變成創新，而這種創新將

導致競爭的成功。可以看到。

機械創造性思維的四大特征。機械創造性思維的基本形式有定向思維、反向思維、聯想思維、對比思維、發散思維、靈感思維、逆向思維等。其特點是：

（1）開放性。開放性是相對封閉性而言的，傳統思維方式的封閉性只關心自己生活的狹小區域，畫地為牢，坐井觀天，并且更樂于駕輕就熟，接受過去所謂成功的辦法，封閉性思維容易造成信息堵塞，思維呆滯，使思路缺乏多樣性和創造性，這正是機械創新設計中的大忌，不去看或很少看他以外的廣闊天地，開放性思維的特點是把認識對象作為一個開放的系統來考慮，注重研究系統與外部環境的關系，以便更好地認識該對象及其發展規律。

（2）獨創性。所謂獨創性就是要獨立思考，敢于直抒己見，勇于突破舊思想、舊觀念對心靈的束縛，構筑開放、發散、鮮活的新世紀思維形態，從新的角度分析問題，這是機械創新設計的前提條件。例如：某鞋廠派兩名推銷員一同飛往一個海島去開拓市場。一下飛機，他們就了解到：所有的島民從來沒有穿鞋的習慣。推銷員甲心里涼了，立即向廠長發電報：“沒有市場，他們的需求量等于零。”而推銷員乙卻十分驚喜，也立即向廠長發電報：“前途無量，他們的需求量將從零起步。”這時，我們的觀點有兩類：一類是批評推銷員甲保守，無所作為；另一類是稱贊推銷員乙樂觀向上，銳意進取。那么，究竟是哪個推銷員的做法對呢？我們可以通過對比去討論，這樣就開闊了思維。

（3）多向性。多向性是指對同一問題要從不同的角度探索盡可能多的解法和思路。多向性體現了思維方法的多樣性和豐富的想像力。愛因斯坦說過，“想像力比知識更重要，現實世界只有一個，而想像力卻可以創造千百個世界”。因而，多向性思維是與創造力關系最密切的一種思維方式，機械產品的多樣性與創造性思維的多向性是分不開的。

（4）自由性。思維自由是現代科學技術發展的客觀需要。思維方式的自由性，是遵循真理發展規律的自由思考和自由探索。科學思維的自由，也就是不限定科學活動范圍，不用權力裁決科學成果，允許科學工作者在真理的探索中自由地展開思維的翅膀。當然，思維的自由性，也要受到自然科學、社會和法律的制約。在機械設計工作中，要想不斷地取得創新的成果，就必須根據創造性思維的特征，自覺地培養自己的創造性思維能力。只要消除自身思想上的束縛，自我突破，并掌握正確的方法，就能調動創造性而獲得出乎意料的創造性成果。

機械創新設計方法：

1、智力合成法。這是一種發揮集體智慧的方法。通過集體討論的形式，發散和激勵創新思維。討論時應相互啟發激勵，取長補短，引起創新設想的連鎖反應，使思維自由奔放，新的設想才能涌現。討論的目標要明確，事先有準備。其原則有：鼓勵自由思考，隨心所欲，設想新異；不許批評別人的設想；推遲評價，不過早定論；有的放矢，不泛泛空談；討論者一律平等，不提倡少數服從多數；及時歸納，總結、記錄各種設想，留作下次再議；最后挑選最合適、最有前途的見解，并審查其可行性。

2、仿生類比法。通過對自然界生物機能的分析類比，從事物的千差萬別、不同程度的對應和相似之處的類比中得到創新，設計出新機械，這也是最常用的創新設計方法。

3、列舉創新法。把問題展開列舉，幫助思維進行構思的方法。按機構的特性、設計者的意愿、毛病的改進等進行列舉，找出改進創新的方案。

4、移植技術法。把一個領域內的先進技術移植到另一個領域中，或把一種產品內的先進技術應用到另一種產品中，從而設計出新產品的方法。

愛迪生可稱得上是創新者的鼻祖了，他素以高效創新而著稱。事實上，若論名言警句，創新者或許大多會引用他說過的這樣一段話：“我做的任何一件有價值的事情都非偶然，我所有的發明創造也并非出于巧合，而是來源于辛勤的工作。”愛迪生心里很清

楚，發現碳絲作為白熾燈的發光材料絕非偶

然。這一切浸透了他和助手整整一年的心血，對各種材料進行了幾百次的試驗。創新意味著艱苦而扎實的工作，而非異想天開所能解決的事。然而，這并不等于說企業對待員工的創造力要采取消極的態度。有創造力是一件好事，但要記住，創造力并非憑空妄想，而是一種行為的綜合，即以新穎、新奇的方法把幾種東西結合起來。創造力是為創新服務的，而無法代替創新本身。

第五篇：人工智能在機器人領域的應用

人工智能的應用

課 程： 人工智能

專業班級： 計科11001班 學 號： 201003647 姓 名： 劉雄

報告日期： 2013-5-29

人工智能在智能機器人領域中的應用

在現代的工業制造，航空航天，交通礦業等領域，機器人越來越發揮著重要的作用。一些日本的專家預測，到2010年，只有5%的體力勞動需要由人來完成，其余大量的體力勞動要由機器人來承擔。隨著機器人的普及，機器人安全，規劃，控制等領域也日益承受著巨大的挑戰。

那何謂人工智能呢？

“人工智能”(Artificial Intelligence)簡稱AI它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人們認為“人工智能”是計算機科學技術的前沿科技領域。因此,“人工智能”與計算機軟件有密切的關系。人工智能是“類人”機器人所需要的算法和技術，也就是說我們研究的主題是高級智能的本質，而不是其外在表現和輔助部件。一方面,各種人工智能應用系統都要用計算機軟件去實現,另一方面,許多聰明的計算機軟件也應用了人工智能的理論方法和技術。例如,專家系統軟件,機器博奕軟件等。但是,“人工智能”不等于“軟件”,除了軟件以外,還有硬件及其他自動化的通信設備。人工智能是從思維、感知、行為三層次和機器智能、智能機器兩方面研究模擬、延伸與擴展人的智能的理論、方法、技術及其應用的技術學科。

例如,用計算機打印常用的報表,進行一些常規的文字處理,都是程序化的操作,談不上有智能。但是,用計算機給人看病,進行病理診斷和藥物處方,或者,用計算機給機器看病,進行故障診斷和維修處理,就需要計算機有人工智能。人工智能學科領域中有一個重要的學科分支是“專家系統”(Expert System),簡稱代寫論文ES。就是用計算機去模擬、延伸和擴展專家的智能。基于專家的知識和經驗,可以求解專業性問題的、具有人工智能的計算機應用系統。如:醫療診斷專家系統,故障診斷專家系統等。

人工智能要解決的問題主要是以下幾個方面：

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。

在機器人控制中常用的智能控制方式是模糊控制。如圖1所示。

圖1： 機器人控制中的模糊控制

十幾年來，用神經元網絡來控制機器人變得非常流行從控制的角度來考慮，神經元控制具有如下一些特性:(l)分布式的非線性。(2)從經驗進行學習的能力。(3)強壯的平行多處理能力。(4)在尚未進行訓練情況下的表現。常見的神經元機器人控制器如圖2所示。

圖2： 神經元機器人控制器

神經元網絡采用不同的結構可用于不同的應用，因此它引起了人們廣泛的興趣。從控制的角度來看，神經元網絡在非線性控制方面的表現是最突出的。由于神經元網絡不是基于模型的，因此他被看作是機器人傳統控制之外的另一個可行的控制方法。他可以模擬人類的思維方式。在機器人控制方面，神經元網絡還有一些很特別的優點。它可以被訓練來進行運動學的正解和逆解。可以來表示n個關節的機械臂的各種輸人與輸出關系。關于用神經元網絡控制機械臂，許多人已經進行的大量的研究。

人工智能在智能機器人中應用所要經過的過程為：

1、人工智能實體將首先在精確思維能力上超過人，然后在模糊思維能力上超過人。

2、由于創造力是個性化的產物，較高的創造力不是復制及經驗的吸收所能產生的，它需要通過個性化的學習來獲得，而個性化的學習不是短時間內所能完成的，因而人工智能實體在創造力上全面超過人將需要較長的時間。一旦人工智能實體的創造力超過人其智力水平也就能遠遠超過人。

不難看出，不久的將來，“智能機器人”將在工業、服務業、軍事、航空航天等領域發揮越來越重要的作用。今天，盡管我們的機器人已經具備了一定的智能，但距離真正的“智能機器人”還有相當大的差距。隨著生理學，行為學等學科的發展，隨著我們對人腦的工作方式的理解進一步的加深，隨著機器視覺和自然語言理解等人工智能領域在機器人上的應用，機器人終將成為真正意義上的“智能機器人”。這是充滿了生機與活力科研領域。研制機器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動或簡單的重復勞動，以及替代人到有輻射等危險環境中進行作業，因此機器人最早在汽車制造業和核工業領域得以應用。隨著機器人技術的不斷發展，工業領域的焊接、噴漆、搬運、裝配、鑄造等場合，己經開始大量使用機器人。另外在軍事、海洋探測、航天、醫療、農業、林業甚到服務娛樂行業，也都開始使用機器人。

從機器人的用途來分，可以分為兩大類：軍用機器人和民用機器人。軍用機器人主要用于軍事上代替或輔助軍隊進行作戰、偵察、探險等工作。根據不同的作戰空間可分為地面軍用機器人、空中軍用機器人(即無人飛行機)、水下軍用機器人和空間軍用機器人等。軍用機器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遙控式等多種方式。

在民用機器人中，各種生產制造領域中的工業機器人在數量上占絕對多數，成為機器人家族中的主力軍；其它各種種類的機器人也開始在不同的領域得到研究開發和應用。總體看來，若按用途分，民用機器人可以分為以下幾個主要類別：

工業機器人

制造工業部門應用機器人的主要目的在于削減人員編制和提高產品質量。機器人無論是否與其它機器一起運用，與傳統的機器相比，它具有兩個主要優點：

1．生產過程的幾乎完全自動化。2．生產設備的高度適應能力。

現在工業機器人主要用于汽車工業、機電工業（包括電訊工業）、通用機械工業、建筑業、金屬加工、鑄造以及其它重型工業和輕工業部門。

機器人的工業應用分為四個方面，即材料加工、零件制造、產品檢驗和裝配。其中，材料加工往往是最簡單的。零件制造包括鍛造、點焊、搗碎和鑄造等。檢驗包括顯式檢驗（在加工過程中或加工后檢驗產品表面圖像和幾何形狀、零件和尺寸的完整性）和隱式檢驗（在加工中檢驗零件質量上或表面上的完整性）兩種。裝配是最復雜的應用領域，因為它可能包含材料加工、在線檢驗、零件供給、配套、劑壓和緊固等工序。在農業方面，已把機器人用于水果和蔬菜嫁接、收獲、檢驗與分類，剪羊毛和擠牛奶等。這是一個潛在的產業機器人應用領域。

服務機器人

在一些科幻影片、電視片或影碟中，多少具有外形的機器人常被用來協助或代替人去執行人不樂意做或危險和困難的任務。今天在現實生活中能夠看到的最接近于人類的機器人可能要算家用機器人了。家用機器人能夠清掃地板而不碰到家具。不過它的價格目前還較高，影響到它的推廣應用。隨著家用機器人造價的大幅度降低，它將獲得日益廣泛的應用。

服務機器人尚處于開發及普及的早期階段，目前國際上對它還沒有普遍承認的嚴格定義，它的定義是由操作型工業機器人引伸而來的。根據國際機器人聯合會（IFR）采用的初步定義，所謂服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，它完成的是有益于人類健康的服務工作，但不包括那些從事生產的設備。另一種定義把服務機器人看做一種可自由編程的移動裝置，它至少有三個運動軸，可以部分地或全自動地完成服務工作。這些服務工作為個人或單位完成的，不指工業生產服務。

根據這個定義，操作型工業機器人也可以看作是服務機器人，如果它們裝備在非制造業的話。服務機器人往往是可以移動的（并非總是移動的）。在某些情況下，服務機器人是由一個移動平臺構成，在它上面裝有一只或幾只手臂，其控制方式與工業機器人手臂的控制方式相同。

研制用來為病人看病、護理病人和協助病殘人員康復的機器人能夠極大地改善傷殘疾病人員的狀態，以及改善癱瘓者（包括下肢及四肢癱瘓者）和被截肢者的生活條件。醫用機器人已應用于下列幾方面：

（1）診斷機器人，即配備有醫療診斷專家系統的機器人

（2）護理機器人，是一些具有豐富護理經驗的機器人護士或護師。（3）傷殘癱瘓康復機器人，包括假肢、矯形以及遙控等技術。

（4）家用機器人，機器人已開始進入家庭和辦公室，用于代替人從事清掃、洗刷、守衛、煮飯、照料小孩、接待、接電話、打印文件等。酒店售貨和餐廳服務機器人、炊事機器人和機器人保姆已不再是一種幻想。（5）娛樂機器人，包括文娛歌舞和體育機器人。（6）醫療手術機器人近年來有所突破。

服務機器人還有送信機器人、導游機器人、加油機器人、建筑機器人、農業及林業機器人等。其中，爬壁機器人既可用于清潔，又可用于建筑。中國作為亞洲第三大的工業機器人需求國，市場發展穩定，汽車及其零部件制造仍然是工業機器人的主要應用領域，隨著我國產業結構調整升級不斷深入和國際制造業中心向中國的轉移，我國的機器人市場會進一步加大，市場擴展的速度也會進一步提高。

近年來，我們在研究文化創造性產業時，發現國外正在興起一個與文化產業、科學技術有緊密關系的未來產業——機器人的研究、開發及制造，參與者除了傳統從事學術研究的科技工作者、大學研究梯隊、企業產品的專門研究人員之外，更有一大批的青少年積極加入此一新興的科學技術新潮流之中。中國工業機器人經過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計劃的支持已經取得了較大進展,工業機器人市場也已經成熟,應用上已經遍及各行各業,但進口機器人占了絕大多數。我國在某些關鍵技術上有所突破,但還缺乏整體核心技術的突破,具有中國知識產權的工業機器人則很少。目前我國機器人技術相當于國外發達國家20世紀80年代初的水平,特別是在制造工藝與裝備方面,不能生產高精密、高速與高效的關鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術有:數控機床關鍵技術與裝備、隧道掘進機器人相關技術、工程機械智能化機器人相關技術、裝配自動化機器人相關技術。現已開發出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導引車等的工業機器人產品,主要應用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業。

我國機器人技術主題發展的戰略目標是:根據2l世紀初我國國民經濟對先進制造及自動化技術的需求,瞄準國際前沿高技術發展方向創新性地研究和開發工業機器人技術領域的基礎技術、產品技術和系統技術。未來工業機器人技術發展的重點有:第一,危險、惡劣環境作業機器人:主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人;第二,醫用機器人:主要有腦外科手術輔助機器人,遙控操作輔助正骨等;第三,仿生機器人:主要有移動機器人,網絡遙控操作機器人等。其發展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成

機器人的發展前景

從近幾年世界機器人推出的產品來看，工業機器人技術正在向智能化、模塊化和系統化的方向發展，其發展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環境設計的優化和作業的柔性化以及系統的網絡化和智能化等方面。

機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”形式。它涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成，因此它的發展與眾多學科發展密切相關。當今工業機器人的發展趨勢主要有：

1工業機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降。

2機械結構向模塊化可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；有關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人。3工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化，網絡化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結構，大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。

4機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術在產品化系統中已有成熟應用。

5機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。總體趨勢是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉移，從工業機器人產業向解決方案業務的機器人技術產業發展。機器人技術的內涵已變為靈活應用機器人技術的、具有實際動作功能的智能化系統。機器人結構越來越靈巧，控制系統愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發展。

隨著我國經濟的快速發展，我國工業機器人的市場將不斷擴大，這一點無容置疑。這也從另一個側面說面了為什么世界各大機器人公司紛紛登陸中國市場。

市場有了，但多是國外的，擁有了自主知識產權的機器人還很少，這一點要引起我們的高度重視。一方面國家要對國產工業機器人給予更多的扶持；另一方面也望企業使用國產機器人給國產工業機器人行業一個機會。

由于國產工業機器人的功能已經與國外相當，只要有批量，一定能夠造就一個或幾個中國品牌的工業機器人。

在我國，工業機器人市場份額大部分被國外工業機器人企業占據著。在國際強手面前，國內的工業機器人企業面臨著相當大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰，對我國工業自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給工業機器人產業發展注入新的動力。

參考文獻：

【1】智能化焊接機器人技術——機械工業出版社出版基金資助項目 陳善本、林濤等編著機械工業出版社出版

【2】機器人技術及其應用——高等學校機械電子工程規劃教材 華南理工大學 謝存禧 張鐵 主編 機械工業出版社出版

【3】機器人探索——工程實踐指南（國外計算機科學教材系列）【美】Fred G.Martin 著 劉榮 等譯 宗光華 審校 電子工業出版社

【4】機器人學 : 控制、傳感技術、視覺、智能 /(美)付京遜,R.C.岡薩雷斯,C.S.G.李 著 中國科學技術出版社 1989年

【5】機器人技術導論 /(法)科依費特, F.,奇羅茲,M.著 國防科技大學出版社 1991年

【6】機器人概論 /()霍蘭(Holland,J.M.)著 新世界出版社 1985年 【7】顧震宇．全球工業機器人產業現狀與趨勢Ⅱ．機電一體化．2006年