智能机器人感知与操控技能使用及开展

　　人类社会已进入信息化年代，机器人在信息化年代发挥着重要效果。回忆机器人的开展进程，最早可以追溯到我国东汉时期的指南车。1978年工业机器人就已广泛使用于电子和轿车出产线，这也是工业机器人工业使用的开端。

　　近几年，机器人在各大范畴发挥着重要效果，成为高端配备、智能制作的中心重要东西。一起，机器人在严重基础设施建造和运维方面也发挥着不行代替的重要效果。

　　为什么要开展机器人？近年来，制作业面对转型晋级，人类社会老龄化趋势加深，在劳动力缺少和制作业转型晋级的两层压力下，机器人的使用需求益发火急。

　　近几年，世界各国关于开展机器人十分重视，纷繁出台机器人战略规划，其间又以美国、德国、我国、日本等国推进机器人开展最为敏捷。

　　美国发布国家机器人方案，开展多机器人协作等技能，包含人机协同，期望将协作机器人无缝集成到人类社会；德国是工业制作大国，期望经过大力开展智能工厂、智能出产和智能物流机器人，进步德国工业竞争力；日本是机器人开展比较老练的国家，提出最多的便是开展服务机器人和医疗机器人；欧盟对农业开展十分重视，提出经过机器人推进农业开展；我国环绕机器人技能开展也出台了一系列方针，期望经过机器人推进制作业转型晋级。机器人是最有生机、最有潜力的工业，也是未来推进数字经济开展的引擎。

　　简略界说机器人，其便是一种机械主动化设备，具有感知、规划、决议计划、操控等功用，可以帮忙或代替人类完结部分作业。机器人按用处分类，可分为工业机器人、农业机器人、医疗机器人等；按结构区分，包含仿人机器人、模块化机器人、串联机器人、并联机器人等；从空间视点区分，分为面向地上的、空中的、水下的机器人等。

　　不论机器人怎么杂乱，有四个中心要害技能需求把握：机器人的本体组织、感知体系、决议计划规划调度体系以及履行体系。所以，机器人是一个典型的闭环反应主动化操控体系。机器人技能包含多学科范畴，触及人工智能、机械工程、操控论、计算机、电子、资料等多学科穿插交融。

　　经过工业机器人、飞翔机器人、移动机器人、医疗机器人、海洋机器人、空间机器人等渠道载体，机器人已广泛使用于多个范畴，其间最有生机的便是智能制作、智能物流和精准农业等。此外，在特别职业如抢险救灾中，机器人也发挥了重要效果。新冠肺炎疫情期间就涌现出一大批防疫机器人，它们的呈现降低了医务人员的作业强度，减少了穿插感染危险，起到了重要效果。

　　2019年，发表于Science Robotic的文章指出，近几年全世界机器人的开展面对十大应战，其间智能机器人、新资料、仿生、机器人的能源动力、脑机接口、医疗机器人、机器人的道德和安全都是未来机器人开展和应战的方向，这意味着未来机器人一定会朝着更强的自主性、更好的自主学习才能以及多机协作的方向开展。

　　研制一整的机器人需求开发五大功用模块感知才能、运动才能、规划才能、学习才能和决议计划操控才能。机器人是一个闭环反应的主动化操控体系，其间三个要害中心技能起到支撑效果环境感知、规划决议计划和协同操控。

　　第一个是机器人感知技能。机器人视觉感知体系的要点在于视觉传感器和成像体系研制、视觉信息处理、视觉的硬件和软件嵌入式体系、感知软硬件测验与评价四个方面。经过打造高速高精的视觉传感器，可以给机器人配上一双亮堂的“眼睛”。在感知方面，近几年研讨较多的是自适应光学成像，可完结高实时、高牢靠、高性能的视觉感知；高分辨率视觉感知，可完结杂乱场景中的细小物体明晰成像；三维视觉辨认定位，能处理高端制作异形无序工件的辨认定位与引导抓取作业。

　　第二个是机器人操控技能。机器人感知环境信息后，需求依托感知到的环境信息操控机器人的操作。现在机器人的操控体系开展十分敏捷，大致分为和婉操控、视觉伺服操控、学习智能操控以及多机协同操控四个方面。

　　关于学习操控，机器人的学习进程十分绵长，经过不断学习可以让机器人具有感知决议计划的才能，而操控器可以经过硬件固化，在机器人大脑完结关节操控与体系操控。近几年开展十分敏捷的强化学习操控器便是典型代表。比方，加工一个大型杂乱构件、完结一个医疗手术，需求的是深度迭代的运动操控学习，经过设计好的反应操控不断迭代、不断练习，让机器人可以完结杂乱的作业。又如，在一个十分杂乱且杂乱无序的零部件场景中，怎样有用抓取、有用辨认、有用安装，这需求将视觉感知、视觉伺服和精准操控三个方面的作业有机结合起来，真实构成一个根据三维深度学习感知的学习操控器。

　　第三个是多机器人协同操控，首要处理三个要害性的中心问题：多传感器信息交融、协同感知、协同规划和操控。处理好这三个要害技能，就可以加工一个大型杂乱部件。在多机体系操控中，网络操控也十分重要，网络一旦遭受进犯该怎样处理？首先是发现网络进犯，除掉进犯网络的病毒，最终是重组，这些便是分布式弹性操控需求处理的问题。

　　根据上述操控外，机器人还有一个最中心的结尾履行组织，要让机器人精准的操作、精准的完结使命、精准的手术，还需求研制精准灵活操控，这儿包含了光机电一体化操控。

　　此外，机器人集成立异技能十分重要，可以归结为机器人的第五大技能，这五大技能可广泛使用到不同的范畴和需求。

　　例如，咱们团队近年来根据这五大技能做成了几个典型使用场景：研制了高速饮料主动化出产线智能检测分拣机器人，完结了饮料职业要害岗位换人；研制的医药和疫苗制作机器人做到了高速无菌化、无人化出产，并与工业互联网络合作推进了高端疫苗的出产主动化；经过视觉引导技能研制出了轮胎安装机器人，使用于轿车制作主动化出产线；研制的机器人机械加工、激光焊接操控体系，可完结超大型构件的焊接与加工。

　　除了工业范畴，咱们团队还面向特种严重工程使用，研制了一系列特种服务机器人。2008年南边冰灾期间，咱们研制了一系列电力作业机器人，使用于国家电网等30余家企业，使其开展成为了一个工业。2020年头研制了一系列防疫机器人，已推行使用于各大医院。

　　开始的机器人首要包含操控器、减速器、伺服器，加上齐备的人机界面，便是主动化的机器人1.0年代。

　　在机器人2.0年代，机器人进入数字化阶段，加入了视觉感知、轨道规划、示教引导等。现在学术界、工业界以及工业界需求的是智能服务机器人，即向机器人3.0也便是协作机器人开展，让机器人具有认知学习、人机交互、语义剖析等更多功用。

　　将来，机器人4.0还要具有更强的自主才能，这就需求更多的技能打破。机器人的开展进程是技能不断迭代的进程，由此让机器人变得愈加聪明、愈加有用、愈加牢靠，然后可以为人类带来更好的服务。

　　人工智能技能决议了未来机器人的开展，例如联想回忆技能、环境感知技能、举动规划、机器深度学习等。未来需开发具有智能化、自主化、网络化的类脑操控体系，进步机器人的智能化。

　　未来的机器人要像人类相同可以看懂说明书，进行主动安装。要完结这项使命，机器人需求经过视觉传感器感知并剖析判断了解说明书的内容。从感知智能到认知智能再到行为智能的改变，这些都需求人工智能技能的赋能。相同，未来智能工厂的开展方向也表现了人工智能的效果，如网络化协同制作需求完结小批量、定制化、多种类、柔性化智能化出产，这需求愈加智能的机器人。

　　未来，机器人也将广泛使用于军事范畴，例如无人战车、无人驾驶飞机、无人潜航器等无人作战体系。这就需求研制面向陆海空天自主无人体系的协同感控算法与类脑芯片、自主集互体系以及无人集群协同作战智能算法，这些都需求人工智能技能赋能无人体系。

　　未来机器人将朝着网络化、自主化、协同化、灵活化、智能化方向开展。而要想推进机器人工业的开展，一定要研讨制定好机器人的开展战略和规划，树立一个杰出的协同立异环境，制定好机器人下一代研制的技能标准，最为要害的是要培育一大批立异人才。■