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| 簡(jiǎn)述機器人技術(shù)及其在日常生活中的應用和發(fā)展趨勢 |
發(fā)表時(shí)間：2019-12-12 點(diǎn)擊：779 |
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 從機器人誕生到現在，機器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(cháng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。隨著(zhù)計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機器人系統也有了長(cháng)足的進(jìn)展。機器人技術(shù)代表了機電一體化技術(shù)的最高研究成果，涉及機械工程、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制理論及人工智能等多門(mén)學(xué)科，是當代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。機器人的研究、制造和應用程度，是一個(gè)國家或公司科技水平和經(jīng)濟實(shí)力的象征。目前，國際上許多大公司都在競相研制各類(lèi)先進(jìn)機器人，向人們展示其實(shí)力。機器人是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫學(xué)、農業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。
一、機器人發(fā)展背景
第一代：60年代初，美國Unination公司成功研制第一臺數控機械手，它是具有記憶存儲能力的示教再現式機器人。
第二代：70年代，出現了具有感覺(jué)傳感器的機器人，具有一定的自適應能力。 第三代：80年代，具有智能功能的機器人，具有靈活的思維功能。
到了本世紀，隨著(zhù)計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機器人系統也有了長(cháng)足的進(jìn)展。
二．機器人基本組成
機器人一般由執行機構、驅動(dòng)裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。 執行機構即機器人本體，其臂部一般采用空間開(kāi)鏈連桿機構，其中的運動(dòng)副（轉動(dòng)副或移動(dòng)副）常稱(chēng)為關(guān)節，關(guān)節個(gè)數通常即為機器人的自由度數。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關(guān)部位分別稱(chēng)為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執行器）和行走部（對于移動(dòng)機器人）等。
驅動(dòng)裝置是驅使執行機構運動(dòng)的機構，按照控制系統發(fā)出的指令信號，借助于動(dòng)力元件使機器人進(jìn)行動(dòng)作。它輸入的是電信號，輸出的是線(xiàn)、角位移量。機器人使用的驅動(dòng)裝置主要是電力驅動(dòng)裝置，此外也有采用液壓、氣動(dòng)等驅動(dòng)裝置。 檢測裝置的作用是實(shí)時(shí)檢測機器人的運動(dòng)及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進(jìn)行比較后，對執行機構進(jìn)行調整，以保證機器人的動(dòng)作符合預定的要求。
控制系統有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來(lái)分擔機器人的控制。根據作業(yè)任務(wù)要求的不同，機器人的控制方式又可分為點(diǎn)位控制、連續軌跡控制和力（力矩）控制。
三、機器人技術(shù)走進(jìn)生活
數字化家庭是未來(lái)智能小區系統的基本單元。所謂“數字化家庭”就是基于家庭內部提供覆蓋整個(gè)家庭的智能化服務(wù)，包括數據通信、家庭娛樂(lè )和信息家電控制功能。 下面介紹幾種機器人技術(shù)及其在數字化家庭中的應用。
1 智能機器人的多傳感器系統 機器人智能技術(shù)中最為重要的相關(guān)領(lǐng)域是機器人的多感覺(jué)系統和多傳感信息的集成與融合，統稱(chēng)為智能系統的硬件和軟件部分。視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等外部傳感器和機器人各關(guān)節的內部傳感器信息融合使用，可使機器人完成實(shí)時(shí)圖像傳輸、語(yǔ)音識別、景物辨別、定位、自動(dòng)避障、目標物探測等重要功能；給機器人加上相關(guān)的醫療模塊和專(zhuān)用醫療傳感器部件，再加上醫療專(zhuān)家系統就可以實(shí)現醫療保健和遠程醫療監護功能。
2 智能機器人控制系統 機器人控制系統包含兩部分：一是上位機，一般采用pc，它完成機器人的運動(dòng)軌跡規劃、傳感器信息融合控制算法、視覺(jué)處理、人機接口及遠程處理等任務(wù)；二是下位機，一般采用多單片機系統或dsp等作為控制器的核心部件，完成電機伺服控制、反饋處理、圖像處理、語(yǔ)音識別和通信接口等功能。 如果采用多單片機系統作為下位機，每個(gè)處理器完成單一任務(wù)，通過(guò)信息交換和相互協(xié)調完成總體系統功能，但其在信號處理能力上明顯有所欠缺。由于dsp擅長(cháng)對信號的處理，而且對此智能機器人來(lái)說(shuō)經(jīng)常需要信號處理、圖像處理和語(yǔ)音識別，所以采用dsp作為智能機器人控制系統的控制器。
3機器人視覺(jué)與視頻信號的傳輸 機器人采集的視頻信號有2種作用：提供機器人視覺(jué)；將采集到的家庭成員的靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)畫(huà)面傳給遠程醫療中心。 機器人視覺(jué)的作用是從3維環(huán)境圖像中獲得所需的信息并構造出環(huán)境對象的明確而有意義的描述。視覺(jué)包括3個(gè)過(guò)程： (1)圖像獲取。通過(guò)視覺(jué)傳感器將3維環(huán)境圖像轉換為電信號。 (2)圖像處理。圖像到圖像的變換，如特征提取。 (3)圖像理解。在處理的基礎上給出環(huán)境描述。 通過(guò)視頻信號的傳輸，遠程醫療中心的醫生可以實(shí)時(shí)了解家庭成員的身體狀況和精神狀態(tài)。智能機器人根據醫生的需要捕捉適合醫療保健和診斷需求的圖像，有選擇地傳輸高分辨率和低分辨率的圖像。智能機器人對于數字化家庭的醫療保健可以提供如下的服務(wù)： (1)醫療監護 通過(guò)集成有藍牙模塊的醫療傳感器對家庭成員的主要生理參數如心電、血壓、體溫、呼吸和血氧飽和度等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過(guò)機器人的處理系統提供本地結果。 (2)遠程診斷和會(huì )診 通過(guò)機器人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等感覺(jué)功能，將采集的視頻、音頻等數據結合各項生理參數數據傳給遠程醫療中心，由醫療中心的專(zhuān)家進(jìn)行遠程監控，結合醫療專(zhuān)家系統對家庭成員的健康狀況進(jìn)行會(huì )診，即提供望(視頻)、聞、問(wèn)(音頻)、切(各項生理參數)的服務(wù)。在醫療保健的過(guò)程中，對于圖像傳送有2種不同條件的需求： (1)醫生觀(guān)察家庭成員的皮膚、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的顏色時(shí)，需要傳送靜態(tài)高清晰度彩色圖像；采用的方法是間隔一段時(shí)間(例如5分鐘)傳送1幅高清晰度靜態(tài)圖像。 (2)醫生借助動(dòng)態(tài)畫(huà)面查看家庭成員的身體移動(dòng)能力時(shí)，可以傳送分辨率較低和尺寸較小的圖像，采用的方法是進(jìn)行合理的壓縮和恢復以保證實(shí)時(shí)性。
4機器人聽(tīng)覺(jué)與音頻信號的傳輸 機器人采集的音頻信號也有2種作用：一是提供機器人聽(tīng)覺(jué)；二是借助于音頻信號，家庭成員可以和醫生進(jìn)行溝通，醫生可以了解家庭成員的健康狀況和心態(tài)。音頻信號的傳輸為醫生對家庭成員進(jìn)行醫療保健提供了語(yǔ)言交流的途徑。 機器人聽(tīng)覺(jué)是語(yǔ)音識別技術(shù)，醫療保健智能機器人帶有各種聲交互系統，能夠按照家庭成員的命令進(jìn)行醫療測試和監護，還可以按照家庭成員的命令做家務(wù)、控制數字化家電和照看病人等。 聲音的獲取采用多個(gè)立體麥克風(fēng)。由于聲音的頻率范圍大約是300hz一3400hz，過(guò)高或過(guò)低頻率的聲音在一般情況下是不需要傳輸的，所以只用傳送頻率范圍在1000hz-3000hz的聲音，醫生和家庭成員就可以進(jìn)行正常的交流，從而可以降低傳輸音頻信號所占用的帶寬，再采用合適的通信音頻壓縮協(xié)議即可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)音頻的要求。
四、總結
可以想象在不遠的將來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展，人口增長(cháng)減緩，出生率下降以及老齡化不斷加劇，社會(huì )勞動(dòng)力資源將會(huì )成為一個(gè)極其寶貴的資源，到那時(shí)也許機器人才會(huì )真正的全面的深入到社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域，成為社會(huì )不可或缺的一部分。由于機器人是自動(dòng)執行工作的機器裝置。它既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)，所以它具有很高的發(fā)展潛力。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類(lèi)工作的工作。例如用于軍事武器、工業(yè)生產(chǎn)等等、或是代替人干危險作業(yè)。不論是軍事、工業(yè)、家庭，從發(fā)展的眼光看，今后人類(lèi)社會(huì )對機器人的依賴(lài)是將越來(lái)越大。關(guān)于用于民用工業(yè)用機器人，有自動(dòng)焊接機器人，水下探險、噴涂、各種自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)、醫用機器人還可進(jìn)行高難度手術(shù)等等。發(fā)展空間非常大�？傊畽C器人是引領(lǐng)未來(lái)的高科技的產(chǎn)品，發(fā)展空間巨大。未來(lái)將是機器人的時(shí)代！
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