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智能機(jī)器人的發(fā)展與組成研究分析

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智能機(jī)器人的發(fā)展與組成研究分析

本文首先介紹智能機(jī)器人出現(xiàn)至今的發(fā)展狀況;其次說明了智能機(jī)器人的組成情況,包括機(jī)械部分,感受部分,控制部分;概述智能機(jī)器人在工業(yè),農(nóng)業(yè)以及服務(wù)業(yè)方面的具體應(yīng)用。

1.引言

近年來,深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)取得持續(xù)突破,以智能機(jī)器人為代表的一系列人工智能應(yīng)用開始逐步滲透到人們生活的方方面面。智能機(jī)器人是一個(gè)在感知、思維、效應(yīng)方面模擬人的機(jī)器系統(tǒng)。智能機(jī)器人具備各種各樣的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器,如光敏傳感器,聲敏傳感器等。除具有感受器外,智能機(jī)器人還具備效應(yīng)器,也就是具體執(zhí)行指令的機(jī)構(gòu),作用于周圍環(huán)境。在這些基礎(chǔ)上,智能機(jī)器人也已經(jīng)具備了初步思考的能力,通過計(jì)算機(jī)的處理,有自己的判斷和選擇。由此可知,智能機(jī)器人至少要具備三個(gè)要素:感覺要素,反應(yīng)要素和思考要素。

2.智能機(jī)器人的發(fā)展情況

2.1機(jī)器人早期的發(fā)展?fàn)顩r

智能機(jī)器人在誕生之初其實(shí)并不算是“智能”,及時(shí)代機(jī)器人為可編程示教,再現(xiàn)型機(jī)器人,也就是說它們可以根據(jù)事先設(shè)定好的程序進(jìn)行重復(fù)操作。在工業(yè)剛剛起步的年代,大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)如果沒有機(jī)器人的協(xié)助,將會(huì)耗費(fèi)大量的物力財(cái)力。但在及時(shí)代機(jī)器人出現(xiàn)后,這一狀況得到了明顯的改善,生產(chǎn)效率大大提高,也推動(dòng)了技術(shù)革命。然而,當(dāng)時(shí)的機(jī)器人尚不“智能”,只能按照程序執(zhí)行命令,對(duì)于問世不久的機(jī)器人,發(fā)展空間還有很大。

2.2機(jī)器人現(xiàn)代的發(fā)展現(xiàn)狀

如今,第二代以及第三代機(jī)器人均已問世,其相較于及時(shí)代機(jī)器人,具有自己獨(dú)特的感知能力和自適應(yīng)能力,也具備根據(jù)不同的作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行自我調(diào)整的能力。但即便如此,第二代機(jī)器人的這些能力仍然是其創(chuàng)造者賦予的,因此還不具備自主學(xué)習(xí)的能力,在認(rèn)清其局限性后,人們創(chuàng)造了第三代,也就是智能機(jī)器人。智能機(jī)器人在第二代的基礎(chǔ)上,增加了自我學(xué)習(xí),自我適應(yīng)等功能,真正的將機(jī)器人智能化。

2.3機(jī)器人未來的發(fā)展趨勢(shì)

在電子信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天,智能機(jī)器人已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。第三代機(jī)器人剛剛問世,發(fā)展?jié)摿薮螅c及時(shí)、二代機(jī)器人相比,第三代的智能化主要體現(xiàn)在其控制部分。在感受部分,智能機(jī)器人運(yùn)用了大量類似于傳感器之類的裝置,也就擁有了遠(yuǎn)超一二代的感知能力,對(duì)于環(huán)境細(xì)微的改變也能做出相應(yīng)的反應(yīng)。其控制部分就是真正體現(xiàn)第三代機(jī)器人智能化的地方,一二代機(jī)器人主要都是依靠人為設(shè)定相關(guān)程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制,而第三代智能機(jī)器人終于實(shí)現(xiàn)了一定程度的自我控制。從感受部分接收的信息,再到計(jì)算機(jī)加以分析處理,都是自動(dòng)化,智能化的體現(xiàn)。在未來,智能機(jī)器人還會(huì)繼續(xù)發(fā)展,不僅可以在日常生活中幫到我們,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展乃至社會(huì)進(jìn)步中都會(huì)扮演更為重要的角色。

3.智能機(jī)器人的組成

3.1機(jī)械部分

機(jī)械部分就相當(dāng)于機(jī)器人的骨骼,支撐著機(jī)器人執(zhí)行各種指令。機(jī)械部分是智能機(jī)器人行動(dòng)的基礎(chǔ),就算一個(gè)機(jī)器人再怎么智能,沒有強(qiáng)大的機(jī)械臂支撐,也無法發(fā)揮全部作用。機(jī)器人的臂部(如有)一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu),其中的運(yùn)動(dòng)副(轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副)常稱為關(guān)節(jié),關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)[1]。機(jī)械手或機(jī)械臂是以關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體,形成開環(huán)的運(yùn)動(dòng)學(xué)鏈系,包括齒輪、聯(lián)軸器等。一般可以分為兩類:一類是可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的“轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)”,一類是產(chǎn)生線性或平移運(yùn)動(dòng)的“線性關(guān)節(jié)”。

3.2感受部分

傳感器是智能機(jī)器人感受部分的核心裝置,它們將智能機(jī)器人通過視覺,聽覺等捕獲到的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再輸送到智能機(jī)器人的大腦,也就是控制部分加以處理,最終輸出到機(jī)械部分完成一系列動(dòng)作。傳感器作為傳遞信息的關(guān)鍵就顯得尤為重要。現(xiàn)在運(yùn)用的主要傳感器有溫敏傳感器,光敏傳感器,壓敏傳感器等。在這些傳感器的幫助下,智能機(jī)器人有了自己靈敏的感覺,從而可以再完成要求更為的任務(wù)。

3.3控制部分

由于現(xiàn)代機(jī)器人尚不能實(shí)現(xiàn)信息的有效傳遞,所以還是需要人機(jī)交互來對(duì)信息進(jìn)行傳遞。對(duì)于不同的智能機(jī)器人有兩種不同的控制系統(tǒng),分別是集中式控制和分散式控制。用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器人的全部動(dòng)作進(jìn)行控制稱為集中式控制;用多臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行分級(jí)控制稱為分散式控制,如主從結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)相當(dāng)于智能機(jī)器人的大腦,是智能機(jī)器人最為重要的部分,他不僅具備了處理特定數(shù)據(jù)的能力,同時(shí)也具有處理知識(shí)的能力,這也是他與及時(shí)二代機(jī)器人最為不同的地方。所以,除了人機(jī)交互,智能機(jī)器人也有自己的思考能力。在面對(duì)一些簡單的問題時(shí),不需要特定的指示命令,智能機(jī)器人自己也能借助正確的判斷來處理。當(dāng)然,智能機(jī)器人通過計(jì)算機(jī)的分析和儲(chǔ)存,也能夠從歷次任務(wù)中學(xué)習(xí)掌握新知,但這一點(diǎn)對(duì)現(xiàn)在來說還很難實(shí)現(xiàn)。

4.智能機(jī)器人的應(yīng)用

4.1智能機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

智能機(jī)器人因其執(zhí)行任務(wù)的度高,效率高,在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用尤為廣泛。在汽車生產(chǎn)行業(yè)中,裝配零部件等任務(wù)都需要智能機(jī)器人的協(xié)助,由于智能機(jī)器人的中央處理器對(duì)于數(shù)據(jù)的高效處理,它們可以在短時(shí)間內(nèi)完成大量機(jī)械的裝配工作;傳感器等感受部分對(duì)于環(huán)境的敏銳感知,也使得智能機(jī)器人有了根據(jù)不同環(huán)境完善任務(wù)內(nèi)容的能力。這些都是人力無法比擬的。在芯片制造方面,智能機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)更為明顯,芯片制造需要極高的性,人類無法完成這類高精度的工作。而對(duì)于智能機(jī)器人來說,完成這類工作可能只需要一個(gè)指令。此外,生產(chǎn)車間的溫度等環(huán)境因素也會(huì)影響完成后芯片的質(zhì)量,智能機(jī)器人不僅可以快速匯報(bào)環(huán)境的變化,也能通過信息處理對(duì)作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整,保障成品的質(zhì)量。

4.2智能機(jī)器人在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)方面,智能機(jī)器人主要運(yùn)用于智能灌溉和智能除災(zāi)。智能灌溉是指智能機(jī)器人通過感知部分對(duì)當(dāng)日的溫度,濕度等環(huán)境指數(shù)測定后,再由中央處理器進(jìn)行加工處理,決定當(dāng)日的灌溉量,進(jìn)行執(zhí)行。這樣既保障了農(nóng)作物的發(fā)育成熟,也節(jié)約了用水量。智能除災(zāi)主要是指通過類似于無人機(jī)的智能機(jī)器人,對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行勘查,通過處理器分析后,確定具體的受災(zāi)情況,并做出反應(yīng)。

4.3智能機(jī)器人在服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用

智能機(jī)器人在服務(wù)業(yè)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。現(xiàn)在,在銀行中,自助服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)十分常見,它們可以根據(jù)客戶的不同需求給予不同的幫助。根據(jù)客戶輸入的指令,智能機(jī)器人會(huì)根據(jù)自己積累的或者學(xué)習(xí)到的知識(shí)進(jìn)行耐心的解答,既不會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤,也節(jié)省了人力。智能家居也是智能機(jī)器人的應(yīng)用之一,掃地機(jī)器人,雖然沒有做到智能化,但是在日常起居中也扮演著重要的角色,還有類似于智能家電等,已經(jīng)開始逐步滲透到人們的生活中,既方便了人們生活,也節(jié)約了時(shí)間。

5.結(jié)語

目前,第三次科技革命已經(jīng)接近尾聲,第四次也即將開始,智能機(jī)器人等人工智能應(yīng)用即將迎來它們的時(shí)代。如今,越來越多的國家意識(shí)到了智能機(jī)器人的重要性,先后都開始了相應(yīng)的研究,對(duì)此,我們也不能落后。未來智能機(jī)器人也不會(huì)只是技術(shù)的代表,機(jī)器人還將朝著語言交流化、動(dòng)作協(xié)調(diào)化、外形美觀化的方向發(fā)展,越來越趨近于。我們應(yīng)當(dāng)權(quán)衡智能機(jī)器人的利弊,將其運(yùn)用在引導(dǎo)人類進(jìn)化,社會(huì)發(fā)展的方面。

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