浅谈机器人的发展现状及其未来趋势

摘 要：生活在21世纪，“机器人”这个曾经只有科幻小说或者电影里面才能见到的东西，如今对于我们来说已经并不陌生。随着科学技术的日益发展和不断提高，机器人已经从小说和电影中逐渐走进了我们的日常生活和工业生产中。本文对机器人目前的发展状况进行了综述，并对其未来发展趋势进行了预测。

关键词：机器人、发展现状、发展展望

1、机器人的定义和特点

机器人的定义

事实上，虽然机器人问世已经几十年，但是究竟什么是“机器人”？至今还没有统一的定义。之所以科学家们对机器人的定义如此捉摸不定，最主要的原因是因为机器人在不断发展，新的机型、功能不断涌现，旧的定义往往用不了多长时间就被新出现的机器人所颠覆。

现在，随着科学技术的不断发展以及人类对生命、对自己的不断了解，机器人的定义也不断趋于完善，国际上对机器人的概念逐渐趋于一致。一般来说，人们可以接受这种说法：机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

机器人的特点

机器人具有许多特点，而通用性和适应性是机器人最主要特征。

（1）通用性

机器人的通用性取决于其几何特性和机械能力。通用性指的是某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能力。也意味着，机器人具有可变的几何结构，即根据生产工作需要进行变更的几何结构。现在的大多数机器人都具有不同程度的通用性，包括机械手的机动性和控制系统的灵活性。

必须指出，通用性不是由自由度单独决定的。增加自由度一般能提高通用性程度。不过，还必须考虑其他因素，特别是末端装置的结构和能力，如它们能否适应不同的工具等。

（2）适应性

机器人的适应性是指其对环境的自适应能力，即所设计的机器人能够自我执行未经完全指定的任务，而不管任务执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。这一能力要求机器人认识其环境，即具有人工知觉。在这方面，机器人使用下述功能：

运用传感器感测环境的能力；

分析任务空间和执行操作规划的能力；

自动指令模式能力。

迄今为止所开发的机器人知觉与人类对环境的解释能力相比，仍然是十分有限的。这个领域的某些重要研究工作正在进行之中。

2、机器人的分类及发展现状

机器人的分类方法很多，有的按机械手的几何机构分，有的按控制方式分，

有的按自由度分，有的按用途分，有的按照出现的时间年代分。在这里，主要介绍机器人按用途的分类，并概述每一类机器人的发展现状。

机器人按用途分，主要可分为工业机器人、农业机器人、军事机器人、服务机器人四大类。

（1）工业机器人

工业机器人顾名思义，就是主要用于工业领域中的机器人。工业机器人是目前应用最广泛的机器人，其中大部分工业机器人的主体结构是刚性高的机械手臂。工业机器人的最大特点是：相对于人类，它可以拥有更快的运动速度，可以搬更重的东西，而且定位精度相当高。

20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并迅速推广，目前已经应用在许多工业生产的领域，如汽车制造、工程机械、机车车辆、电子电器、计算机和信息、生物制药等领域。工业机器人的广泛使用，不仅提高了产品的质量和数量，而且对于保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。

（2）农业机器人

机器人技术持续发展，相应的机器人应用领域也广泛扩展。当下机器人的应用已从工业扩展到了农业领域，越来越多的机器人应用在了农业这个人类传统的行业里。

长期以来，在农业生产中由于机械化和自动化程度低，从而导致劳动生产率低下、劳动力不足等，给农业发展带来了极大限制。农业机器人的出现和发展，大大地解放了农民的生产力，提高了生产效率，也改善了农业生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害。

（3）军事机器人

军事机器人是指为了军事目的而研制的自动机器人。军事机器人是一种自半式、半主式或人工遥控的机械电子装置。它是以完成预定的战术或战略任务为目标，以智能化信息处理技术和通信技术为核心的智能化武器装备。

目前，应用于军事的机器人已经大量涌现，很多技术发达的国家已经研制出智能程度高、动作灵活、应用广泛的军事机器人。美国军事机器人技术无论是在基础技术、系统技术、生产配套方面，还是在技术转让和实战应用经验上都处于世界超前领先地位，其开发与应用涵盖海、陆、空、天等各兵种，是世界上唯一具有综合开发、实验和实战应用能力的国家。

（4）服务机器人

随着科学技术的不断提高以及机器人制造成本的降低，机器人也逐渐走进社会生活之中，同时一些新的应用领域也逐渐浮现，例如在生活工作中提供服务。通常将这一类机器人称为服务机器人。

目前，美国和日本的机器人发展处在全世界最领先的地位，但两者侧重点有所不同。美国的机器人发展策略主要是为军事服务；而日本由于土地狭窄、资源较为匮乏、社会人口老龄化等原因，服务机器人发展较多。相应地，现阶段服务机器人发展最好的国家是日本。

3、机器人发展展望

机器人硬件发展展望

机器人硬件发展包括材料技术发展、传感器技术发展、机器人结构形态发展以及机器人控制器发展。

先进材料技术的发展对机器人的研究起着积极的促进作用，为机器人实现轻型化、微型化、高性能化奠定了重要基础。现在研究比较多、未来发展空间比较大的几种先进材料有第三代半导体材料、有机高分子材料、形状记忆合金材料、纳米材料等。

随着对机器人的感知要求越来越高，对机器人传感器技术的要求也会不断增多。可以预见，未来的机器人传感器发展，必然向着智能化、微型化、集成化、多功能化、网络化等多个方面发展。

在结构形态上，未来的机器人的形态除了越来越仿生外，机器人结构的另一个发展趋势是模块化。模块化机器人没有固定的形状，其基本结构是一个个单独的模块，每个模块都是一个完整独立的机器人。通过不同模块之间的组合，就能够组成功能不同、形状各异的机器人。

另外，机器人技术发展离不开计算机技术，所以在未来随着计算机技术的发展，机器人的大脑——控制器的发展也会出现日新月异的变化。

机器人智能发展展望

随着机器人大脑硬件技术和控制技术的不断发展，机器人的智能也将不断得到提高，机器人的自我学习能力也会越来越强。

人工智能先驱、未来学家雷·科兹威尔预言：到了20xx年，我们将成功通过逆向工程控制早出人脑。20xx年末，计算机智能将赶上人类。20xx年，人工智能将会掌管全球科技发展。至此之后，人工智能的摩尔定律被打破，科技将呈爆炸式发展。

机器人与生物结合

机器人除了在外形上仿形外，实际上，科学家们也在研究机器人与生物的结合技术，即生物机器人。生物机器人是利用生物的运动机能、动力供应体制，通过植入控制芯片或者控制神经元，从而出现的生物——机电控制一体化技术机器人。

生物机器人与一般机器人相比，有许多突出的有点和其他机器人无法比拟的优越性，由于受到生物学、神经学、MEMS技术、控制技术、通信技术、传感技术以及数学方法等相关基础学科发展的制约，生物机器人离实际应用还有相当长的一段距离。

参考文献

[1]魏巍.机器人技术入门.北京：化学工业出版社，

[2]陈黄翔.智能机器人.北京：化学工业出版社，

[3]蔡自兴，谢斌.机器人学.北京：清华大学出版社，

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