劉鵬

[摘 要]對國內(nèi)外最新的機(jī)器人產(chǎn)品及研究成果進(jìn)行了廣泛調(diào)研。介紹了工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、微機(jī)器人、類人機(jī)器人、自重構(gòu)模塊機(jī)器人、等幾種當(dāng)前應(yīng)用廣泛和未來發(fā)展前景廣闊的機(jī)器人。以農(nóng)業(yè)機(jī)器人為例分析了當(dāng)前機(jī)器人產(chǎn)品和技術(shù)的不足，展望了未來機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]智能機(jī)器人；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

現(xiàn)如今，智能機(jī)器人技術(shù)已得到生產(chǎn)、生活等諸多領(lǐng)域的廣泛推廣使用，根據(jù)智能機(jī)器人具備的智能水平可將其劃分成三種等級，分別為高級智能機(jī)器人、初級智能機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，在信息技術(shù)、智能控制技術(shù)、新材料技術(shù)、仿真技術(shù)等急速進(jìn)步的背景下，智能機(jī)器人技術(shù)將被推廣應(yīng)用于愈來愈多的領(lǐng)域中。

一、機(jī)器人的概述

1.機(jī)器人的概念?，F(xiàn)階段，全球范圍關(guān)于機(jī)器人的概念逐步趨向認(rèn)同，聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織收入了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)在上世紀(jì)70年代末提出的機(jī)器人概念，一種能夠進(jìn)行編程、有著多種功用的，用于搬運(yùn)工具、零件的操作機(jī)。總的而言，機(jī)器人指的是通過自身動(dòng)力、控制能力以實(shí)現(xiàn)一系列功用的一種機(jī)器。

2.機(jī)器人的發(fā)展。迄今為止，機(jī)器人的發(fā)展總的而言可劃分成下述三個(gè)階段：a.這一階段為20世紀(jì)60年代，此階段機(jī)器人屬于能夠編程示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它們的特點(diǎn)為可根據(jù)在前對其編排的程序展開循環(huán)作業(yè)；b.這一階段為20世紀(jì)70年代，此階段機(jī)器人屬于有著相關(guān)自適應(yīng)能力、感官能力的離線編程機(jī)器人，它們的特點(diǎn)為可結(jié)合工作內(nèi)容實(shí)情轉(zhuǎn)變作業(yè)內(nèi)容；c.這一階段為20世紀(jì)80年代至今，此階段機(jī)器人屬于智能機(jī)器人，它們的特點(diǎn)為配備各類傳感器，可把各類傳感器收集的信息展開融合，可良好的適應(yīng)于不斷轉(zhuǎn)變的作業(yè)環(huán)境，有著十分強(qiáng)的學(xué)習(xí)、自治及適應(yīng)能力。

二、機(jī)器人的分類

1.工業(yè)機(jī)器人。美國于1961年制造了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人UNIMATE。起步稍晚于美國的日本后來居上，迅速成為生產(chǎn)、出口和使用均為世界第一的“工業(yè)機(jī)器人王國”。焊接機(jī)器人和裝配機(jī)器人都占了不小的比重，焊接機(jī)器人更是占到了接近三分之一。因此，從某種意義上說，焊接機(jī)器人的發(fā)展就代表了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。

2.微機(jī)器人。目前，微機(jī)器人主要應(yīng)用于醫(yī)療、生物和微機(jī)械裝配等方面。例如，日本東京大學(xué)Mamoru等人研制的機(jī)器人微作業(yè)系統(tǒng)可用于微外科手術(shù)。美國華盛頓大學(xué)生物機(jī)器人研究室研制的微細(xì)作業(yè)系統(tǒng)可用于蛋白晶體操作和處理。日本東京工業(yè)大學(xué)的納米機(jī)器人系統(tǒng)可在電子顯微鏡下完成超大規(guī)模集成電路的鋁線切割實(shí)驗(yàn)。

3.農(nóng)業(yè)機(jī)器人。由于經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的特殊性，機(jī)器人在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用相對比較滯后。自上世紀(jì)80年代起，以日本為代表的發(fā)達(dá)國家開始研制農(nóng)業(yè)機(jī)器人。2011年，日本農(nóng)研機(jī)構(gòu)和涉谷精機(jī)聯(lián)合研制了一款草莓采摘機(jī)器人。該機(jī)器人由CCD攝像頭、LED照明燈、采果手以及機(jī)械臂構(gòu)成。首先利用CCD攝像頭測量草莓的位置和成熟情況，然后利用安裝在機(jī)械臂頂端具備根據(jù)果梗的傾斜度調(diào)整角度功能的采果手采摘草莓。以采摘機(jī)器人為代表的農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以提高生產(chǎn)效率，減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，在未來應(yīng)該會(huì)有較大的發(fā)展空間。

4.類人機(jī)器人。20世紀(jì)60年代的雙足步行機(jī)器人是類人機(jī)器人的開端。1973年，日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研制出了世界上第一臺(tái)真正意義上的類人形機(jī)器人WABOT-1。它可以與人交流，靜態(tài)行走，可抓取物體，是現(xiàn)代機(jī)器人的雛形。2012年，日本大阪大學(xué)HiroshiIshiguro教授研制的最新女性仿真機(jī)器人“GeminoidF”。

5.自重構(gòu)模塊機(jī)器人。自重構(gòu)模塊機(jī)器人是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。一般由一套包含不同尺寸和特性的可組裝模塊構(gòu)成，能夠被裝配成不同形狀和功能的機(jī)器人，以適應(yīng)不同的工作任務(wù)和環(huán)境要求。但目前該型機(jī)器人主要還在實(shí)驗(yàn)室研制中，其產(chǎn)品并不多見。

三、農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

1.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn) 。（1）農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)季節(jié)性較強(qiáng)。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的季節(jié)性較強(qiáng)，并且農(nóng)業(yè)機(jī)器人的針對性較強(qiáng)、功能單一。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用也具有較強(qiáng)的季節(jié)性，從而造成農(nóng)業(yè)機(jī)器人的利用率低，增加了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用成本。（2）農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變。工業(yè)機(jī)器人作業(yè)環(huán)境比較固定，而農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境一般難以預(yù)知。因此，農(nóng)田作業(yè)的機(jī)器人需要有較強(qiáng)的環(huán)境識(shí)別能力，且還要對不同環(huán)境有不同的動(dòng)作反應(yīng)。（3）農(nóng)業(yè)機(jī)器人價(jià)格的特殊性。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的前期研發(fā)投入較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，導(dǎo)致價(jià)格昂貴，超出了一般農(nóng)民的承受能力。

2.我國農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況。我國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)起步晚、投資少、發(fā)展慢，與發(fā)達(dá)國家相比差距還很大，目前還處于起步階段。我國對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究起源于20世紀(jì)90年代，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)首先對農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了研究。目前，在我國得到初步應(yīng)用的農(nóng)業(yè)機(jī)器人有嫁接機(jī)器人、黃瓜采摘機(jī)器人、草莓采摘機(jī)器人和噴藥機(jī)器人等。1998年，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)完成了2JSZ一600型蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)器人的研發(fā)，該機(jī)器人采用計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了砧木和穗木的取苗、切苗、接合、塑料夾固定和排苗等嫁接作業(yè)的自動(dòng)化操作；2005年，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)針對套管式嫁接的作業(yè)特點(diǎn)，在原有蔬菜自動(dòng)嫁接技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出了套管式蔬菜嫁接機(jī)器人；2009年，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)對果實(shí)采摘機(jī)械手及其控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究；2009年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)研究所進(jìn)行了荔枝采摘機(jī)械手的研究；2011年，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室完成了黃瓜采摘機(jī)器人的研究，該黃瓜采摘機(jī)器人可以根據(jù)黃瓜的外形識(shí)別黃瓜的成熟度，一次采摘?jiǎng)幼骺梢栽?5s內(nèi)完成。

我國農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究開發(fā)以高等院校為主，雖然在某些技術(shù)方面取得很大的突破，但是整體發(fā)展速度仍然不及發(fā)達(dá)國家。

四、機(jī)器人的發(fā)展趨勢

1.小型化和微型化小型化和微型化一直是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)趨勢。機(jī)器人小型化可以節(jié)約能源，縮小熱變形誤差，提高響應(yīng)速度，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域等。利用微型機(jī)械概念設(shè)計(jì)和通過微加工技術(shù)生產(chǎn)的微型機(jī)器人已經(jīng)在醫(yī)療、工業(yè)管道檢測等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

2.操作簡單化目前市面上機(jī)器人的操作普遍比較復(fù)雜，有的甚至需要專門的技術(shù)人員才能操作，這大大阻礙了機(jī)器人的應(yīng)用和推廣。例如，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用對象是文化水平相對較低的農(nóng)民，因此這類機(jī)器人就需要滿足操作簡單的要求。

3.群體化由于機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍正在不斷擴(kuò)展，單個(gè)機(jī)器人往往難以完成較為復(fù)雜的任務(wù)，人們通過設(shè)計(jì)多個(gè)機(jī)器人間的相互協(xié)作來完成預(yù)定的任務(wù)，這就是機(jī)器人的群體化。它使機(jī)器人組成了一個(gè)類似人類的機(jī)器人社會(huì)。機(jī)器人群體系統(tǒng)可用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中物料的組織運(yùn)輸、生產(chǎn)加工等環(huán)節(jié)，以及環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察等方面。

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