多机器人协调与合作系统的研究现状和发展

文章编号　10042924X (2001)022*******

多机器人协调与合作系统的研究现状和发展

高志军,颜国正,丁国清,颜德田,陈忠泽

(上海交通大学电子信息学院820所,上海　200030)

摘要:随着机器人的应用方式正在由部件式单元应用向系统式应用方向发展,提出了由多机器人构成的群体或社会的组织与控制问题。说明了多机器人协调与合作系统中,协调与合作的区别与联系,对多机器人协调与合作系统的研究现状进行了综述,并就基于M A S (M ulti 2A gent 2System )的多机器人协调与合作系统的发展提出了一些看法,指出基于M A S 的多机器人协调与合作系统是多机器人学发展的一个重要方向。

关　键　词:多机器人;协调系统;合作系统;多智能体系统中图分类号:T P 242.6 文献标识码:A

1　引 言

机器人技术的发展使机器人的能力不断提

高,机器人应用的领域和范围正不断扩展。从自动化工厂的装配工作到深海作业乃至核工业的故障处理、太空中操作任务等都迫切需要机器人进入角色。一方面,由于任务的复杂性,在单机器人难以完成任务时,人们希望通过多机器人之间的协调与合作来完成。另一方面,人们也希望通过多机器人间的协调与合作,来提高机器人系统在作业过程中的效率,进而当机器人工作环境发生变化或系统局部发生故障时,多机器人之间仍可通过本身具有的协调与合作关系完成预定的任务。多机器人协调与合作作为一种新的机器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注。

本文首先说明了多机器人协调与多机器人合作系统的发展、主要研究的问题以及它们之间的区别与联系,接着说明了以M A S (M u lti 2A gen t 2System )为基础的多机器人系统,并就它的发展提出了一些看法。

2　多机器人协调和合作系统

2.1　多机器人协调系统的主要研究问题

80年代以来,多机器人协调作为一种新的机

器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注,1987年在美国圣地亚哥召开的多机器人协调研讨会上,着重提出了多机器人协调研究的主要问题。1989年,国际杂志《Robo tics and A u 2

tonom ou s System 》

专门推出了多机器人协调研究专辑,此外,IEEE 的机器人与自动化国际会议

从1986年起已将多机器人协调研究列为一个专题组,足见对该问题的重视。在过去的10多年里,人们对多机器人协调控制中的协调和集中、负载分配、运动分解、避碰轨迹规划、操作柔性体等问题进行了大量的研究[1-3]。由于多机器人(主要是多机器人臂)操作物体时形成的闭链系统,存在受限运动以及冗余度控制问题,因此多机器人协调控制问题十分复杂,但它基本上不涉及系统组织与合作机制等高层的控制问题。在多机器人协调控制中,机器人之间的组织与合作关系已经人为的事先确定了。

从研究的角度看,多机器人协调研究比单机器人来说出现了许多本质上全新的问题,主要有[4-5]:

(1)复杂协调任务的描述

(2)同一工作空间中多机器人协调和集中(3)多机器人协调系统的自适应控制 (4)多机器人协调系统的负载分配

(5)以多传感器为基础的数据检测和障碍描

述

收稿日期:2000211213;修订日期:2000212205

第9卷　第2期　

光学　精密工程

Vol .9,No .22001年4月

O PT I CS AND PR EC IS I ON EN G I N EER I N G

A p r.,2001

(6)多机器人协调系统的建模和控制结构的模式

(7)多机器人坐标间的标定

(8)A I 技术和控制系统与多机器人协调系统的结合

然而,多机器人系统协调的实施,仍然需要人加以控制,即在协调控制中,机器人系统的组织与合作关系是事先由设计者人为指定的,在协调运动过程中一般不变。其次,多机器人协调控制通常采用集中规划与控制方式,要求主计算机系统的能力必须足够强,以应付大量的在线运算。这样,当机器人数量不多时,集中控制方式尚可应付,一旦机器人数量增多,必将产生瓶颈作用。另外,从多机器人的应用背景来看,在许多情况下机器人面对的是动态的非结构环境,很多情况下不可能建立精确的环境模型,当机器人外部环境或动作条件发生变化时,人们不得不根据变化环境或条件对多机器人协调系统的组织与合作关系进行调整或重新制定,因此实时性很差。

2.2　基于A gen t 的多机器人协调系统

随着人工智能技术的发展,为了解决上述问题,人们提出了基于A gen t 的多机器人协调体系结构

,典型的体系结构是递阶分层式结构和包容式结构,由于包容式结构由多个并发行为产生器组成,直接对环境变化作出反应,系统的实时反应性加强[6]。考虑到多机器人协调系统的实时性,一般采用包容式结构,即将系统中单一的机器人视为一个机器人A gen t 。

F ig .1　BD I model

机器人A gen t 模型的建立是以BD I (B elief ,

D esire ,In ten ti on )模型为基础的。其结构如图1所示。BD I 模型的概念始于1987年。它的主要思想是依靠定义一组精神类型来描述A gen t 的内部处理状态和建立控制结构。它包括信念、愿望、

意图。其中信念即A gen t 对其所处环境的认识,这种认识应尽可能全面和正确。愿望是A gen t 希望达到的状态,这通常是人们交给A gen t 的任务。而意图描述了A gen t 为达到愿望而计划采取的动作步骤,意图在A gen t 的动作过程中可能会由于环境的改变而需要决定新的动作步骤。

这样我们不仅可以把机器人的知识、能力、和目标都“封装”到机器人A gen t 中,还可以让机器人A gen t 象人一样具有心智,并赋予其行动推理及规划能力、引入协调合作机制,从而构造出适合于合作的机器人A gen t 模型。

基于以上思想的机器人A gen t ,当任务分配后,不但能完成各自的局部问题求解,解决集中式控制方式中存在的瓶颈问题,而且当外部环境发生变化时,能够自主的利用自身所具有的心智作出调整,并通过A gen t 通讯与其他机器人A 2gen t 通过协作求解全局问题。2.3　多机器人合作系统

多机器人协调技术的发展,使多机器人系统的合作问题也日益引起人们的重视。当一个多机器人系统给定一个任务时,首先面临的问题是如何组织多个机器人去完成任务。这时要解决的问题是多机器人间怎样进行有效地合作。当经过某种机制确定了各自任务与关系后,问题变为如何保持机器人间的运动协调一致,即多机器人协调。因此多机器人协调和多机器人合作是多机器人系统研究中的两个不同而又有联系的概念。前者研究的重点是机器人之间合作关系确定后具体的运动控制问题,后者则是高层的组织与运行机制问题,重点是实现系统可以快速组织与重构的柔性控制机制[7-9]。

实现多机器人的合作所要解决的问题主要有:

(1)多机器人系统的结构

系统结构是系统的最高层部分,多机器人之间的合作机制就是通过它来体现的,它决定了多机器人系统在任务分解、分配、规划、决策及执行等过程中的运行机制及系统各机器人个体所担当的角色,如各机器人个体在系统中的相对地位如何?是平等自主的互惠互利式协作还是有等级差别的统筹规划协调?任务分解、分配、规划、决策及执行等对某个体而言是义务(即没有做与不做的决定权)还是权力(特权)?总之,正如社会制度之作用于人类社会,它决定了多机器人系统的运作机制,事关协作效率的高低。从系统设计的角度而

01 光学　精密工程 9卷

言,系统结构要有利于个体能力最大程度的发挥和任务的最高效完成。另外,协作机器人系统面向的是动态变化的环境,因而系统结构要对环境有自组织适应能力。

(2)建模与规划

机器的智能大致可以通过两种形式实现:其中一种是基于行为的方式,采用这种方式时不用建立协作对象、环境及自身的状态及行为方式的模型,其智能表现为一个反应式行为驱动规则基;另一种方式则是建立在形式化模型的基础之上,个体根据它建立的其协作个体和自身的心智状态及行为能力模型进行决策和实现协作。

规划则包括从全局任务级至局部(个体)行为动作级规划,这些规划应能在自主个体之间动态进行,以适应动态变化的系统和环境。避免资源冲突也是规划过程中所要考虑的。

(3)通信和商议

多机器人系统不是因为个体之间的信息交互而发生了相互作用,是因为相互作用的需要而产生了个体之间的信息交互。它是实现多机器人合作的一种手段。多机器人系统作为一种分布式信息及决策系统,网络结构是其重要结构特征。通信是个体信息的交换,而商议是有目的的信息交互。商议是建立在信息交互的基础上的。

(4)感知及学习

感知是指机器人通过它的传感系统获取信息并经信息融合后加以利用。不论是基于行为方式还是基于模型方式的协作,感知都是必不可少的。感知作为机器人与局部外界的一种交互,对机器人而言与通信一样是机器人获取信息的一种方式。

制定控制策略对人而言是比较方便的,但要确定控制参数,机器做起来就快而且准,因此为了系统获取理想协作行为的控制参数并使它适应动态变化的环境,在系统中引入学习机制是非常重要的。

从上可知,传统意义上的多机器人合作系统研究的还是具体的问题,即对每一个特定的任务,都要有自己特定的体系、建模与规划、协商与通讯等等。当任务改变时,它的体系结构、组织与运行机制等都要随之改变。这给多机器人合作系统的应用带来很大的不便,人们因此想到能否从理论上找到一个通用的方法,即不局限于每一个具体的问题而从总体上考虑一个解决方法,使多机器人合作系统在这种理论的指引下,能够完成各种任务而无需改变体系结构、组织运行机制等。

3　基于M A S的多机器人系统

近年来,随着机器人A gen t模型在多机器人协调中的应用以及为了解决多机器人合作所存在的问题,基于分布式人工智能中多智能体理论(M A S)的多机器人合作已成为机器人学研究领域的热点[10-13],受到各国专家学者的普遍关注。依据M A S的特性组织和控制多个机器人,使之能合作完成单个机器人无法完成的复杂任务,其主要考察的是系统的智能行为,因此它不同于一般的控制系统而必须具有实时智能,即要在满足时间与资源约束的同时,具有传统实时系统所没有的适应能力和推理能力,这是对现有A I技术和实时控制系统的挑战。

从2.2我们知道,对于基于机器人A gen t模型的多机器人协调,还存在着一些缺点,如当环境条件变化时,尽管A gen t之间可以进行协调及通讯,但是它们仅仅局限于局部问题的解决,即对于多A gen t机器人系统而言,光其中单个A gen t有知识、心智、能力还不够,单个的A gen t不可能从全局从集体的层面上理解、预测及支配系统所有行为的全局及综合效果,它们之间还需要一种合作机制和一个社会结构,这些机制或结构可能是系统随机应变而生成,并随着系统协作过程的推进,通过进化选择机制或某种形式的学习而不断得到自组织优化。

3.1　基于M A S的多机器人系统的研究现状

自80年代末以来,基于多智能体系统理论研究多机器人合作受到了普遍的关注。近年来,在IEEE R&A、I RO S等著名的国际机器人学术会议上,几乎每次会议都有多智能体合作机器人系统的专题。一些机器人学术刊物出版了有关多智能体机器人的专刊,下面是几个有代表性的研究项目:

细胞机器人系统(CEBO T)是分散、分层的自重构机器人系统[14]。它将众多功能简单的机器人视为细胞元,研究细胞元机器人自组织构成器官体机器人,再将器官体机器人组成更为复杂的系统,系统中的细胞机器人可以根据目标进行动态重组。基于CEBO T人们又作了许多深入专门的研究如系统组织结构、细胞机器人的建模、交互信息量的估计及通讯、行为选择机制等。

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2期 高志军,等:多机器人协调与合作系统的研究现状和发展

A CTR ESS[15]把机器人、设备和计算机连接起来,通过在线通讯进行多智能体的调度。基于该系统,也有智能体之间的谈判、通讯及避碰等方面的专题研究。

GO FER[16]系统中存在一个任务规划与调度中心,它产生一规划模板并把该模板及未决目标通知所有可通知到的机器人。机器人则根据任务分配算法决定它们自己的角色。ALLAN CE L2 ALLAN CE结构适合于异构的中小规模的多机器人的合作控制,它要求各智能体有较强的感知和广播通讯能力。

此外,欧洲一些大学及研究机构的机器人学者也在对多机器人合作系统进行研究。在合作机器人研究中,目前以移动机器人为背景进行研究的文献比较多,包括规划、避碰、行进编队、推箱问题、搜索问题等,而基于系统全局的高层组织及合作机制等方面的文献较为少见。可见,合作机器人要真正走向人类的生产和生活还有很长的一段路要走。

3.2　基于M AS多机器人系统的主要研究问题3.2.1M AS的体系结构

实现合作行为必须依赖于某种系统的体系结构。体系结构的首要任务是寻求准确的推理和快速反应之间的最佳折衷。目前主要是集中和分散结构,普遍的看法是分散式结构在某些方面,如故障冗余、可靠性、并行开发的自然性和可伸缩性等,比集中式结构要好。

3.2.2　Agen t间的通信与协商

在M A S中,多A gen t之间要进行通信与协商。因为对于每一个A gen t来说,本身具有的智能一方面使其能够自主求解局部问题,另一方面在与其他A gen t合作时,有可能“固执己见”,影响全局问题的解决。因此A gen t间的通信与协商是合作机器人动态运行时的关键[17-18]所在。目前A gen t通信技术已成为A gen t领域的研究热点之一。在A gen t系统中有两种主要的通信策略,直接交换信息或通过存取一个公用数据区以达到交换信息的目的。在多A gen t规划中,Geo rgeff使用“原语通信”避免计划间的冲突;H ew itt提出的A cto r语言是消息传递的典型应用。近来,一些研究者提出了以Speech2act(言语2行为理论)为基础的非自然语言,并将其作为A gen t间通信的语言,其中以KQM L(Know ledge Q uery and M a2 n i pu lati on L anguage)最为成功。

3.2.3　多传感器信息融合技术

在多机器人系统中,如果机器人之间过分依赖通信进行信息获取,那么,当机器人数量过多时,系统通信的负担将使系统的运作效率下降。因此如何有效利用智能体机器人本身的传感器检测信息显得至关重要。

3.2.4　防止死锁与碰撞

多个智能体机器人在共同的环境中运行时,会产生资源冲突问题。碰撞实际上就是一种资源冲突。在解决资源冲突的过程中,如果没有适当的策略,系统会造成一种运行的动态停顿。通过规划,可以避免一部分死锁和碰撞。多智能体系统在事先难以预料的重组后,其死锁回避问题仍是富有挑战性的题目,需要充分利用系统的通信及传感器设施和精心策划的策略[19-20]。

4　结 论

基于M A S的多机器人协调与合作系统研究是近年来发展起来的重要领域,协调与合作在今后的发展中是相辅相成的。它集机器人学、控制理论、刚体力学、系统工程、计算机与电子科学、认知心理学和经典A I规划理论为一体,是属于多学科相互渗透知识密集型的交叉性高科技领域,也是我国863高技术自动化领域跟踪项目中的重要课题。随着研究与实际工程应用的不断深入发展,必会不断出现新问题和新理论方法的产生。总之,基于M A S的多机器人协调与合作系统是一个有待进一步开拓的广阔领域。

参考文献:

[1]　Fernandez Juan A,Gonzalez J.M obile robo t path p lanning:a m ulticriteria app roach[J].Engineering A pp licati ons

of A rtificial Intelligence,1999,12(4):543-554.

[2]　Yam auch i B rian.D ecentralized coo rdinati on fo r m ultirobo t exp lo rati on[J].Robo tics and A utonomous System s,

1999,29(1):111-118.

[3]　AM A TO N ancy M,W u Yan.A random ized roadm ap m ethod fo r path and m ani pulati on p lanning[A].P roc.1996

IEEE Int.Conf.on Robo tics and A utom ati on[C].M inneapo lis:M inneso ta,1996.

201 光学　精密工程 9卷

[4]　Ko ivo A J ,Bekey G A .R epo rt of w o rk shop on coo rdinated m ulti p le robo t m ani pulato rs :p lanning ,contro l ,and

app licati on [J ].Robo tics and A utom ati on ,1988,14(1):91-93.

[5]　Kazerooni H .Comp liance contro l and unstructured modeling of cooperati on robo ts [A ].P roc .1988IEEE Int .Conf .

on Robo tics and A utom ati on [C ].Ph iladeph ia ,1998.

[6]　Xu H .A behavi o r 2based blackboard arch itecture fo r reactive and efficient task executi on of an autonomous robo t

[J ].Robo tics and A utonomous System s ,1997,22(1):115-132.

[7]　L i Chun .A decentralized app roach to the conflict 2free mo ti on p lanning fo r m ulti p le mobile robo ts [A ].P roc .1999

IEEE Int .Conf .on Robo tics and A utom ati on [C ].D etro it ,M ich igan :1999.

[8]　Pagello Enrico ,D ’A ngelo A ntoni o .Cooperative behavi o rs in m ulti 2robo t system s th rough i m p licit comm unicati on

[J ].Robo tics and A utonomous System s ,1999,26(1):65-77.

[9]　Ho r M aw 2Kae .Coo rdinating m ulti p le group s of robo ts fo r gating p rocess [J ].Robo tics System s ,1996,13(8):499

-513.

[10]　H e Kezhong ,Sun H aihang .R esearch of intelligent mobile robo t key techniques [A ].P roc .1996IEEE Int .Conf .

on Industrial T echno logy [C ].M inneso ta :1996.

[11]　Kuff H J .Softw are agent w ill m ake life easy [J ].Fo rtune ,1994,24(1):72-73.

[12]　L ee K C ,Bellco re A P S .A fram ew o rk fo r contro lling cooperative agents [J ].IEEE T rans .Computer ,1993,42

(7):8-15.

[13]　A rk in R C .Cooperative m ulti 2agent robo tic system s [EB OL ].h ttp : www .cc .gatch .edu ai m o saic robo tlab .[14]　Fukuda T ,et al .Structure decisi on m ethod fo r self o rganizing robo ts based on cell structure 2CEBO T [A ].P roc .

IEEE I CRA ’89[C ].1989.695-700.

[15]　A sam a H ,et al .D esign of an autonomous and distributed robo t system :A CTR ESS [A ].P roc .

IEEE R SJ

I RO S’89[C ].T sukuba :1989,283-286.

[16]　Caloud P ,et al .Indoo r autom ati on w ith m any mobile robo ts [A ].P roc .IEEE Int .Conf .on Robo tics and A u 2

tom ati on [C ].M ich igan :1999.

[17]　吴伟蔚,杨叔子.基于智能A gent 的故障诊断系统研究[J ].模式识别与人工智能,2000,13(1):78-81.[18]　李智军,等.基于群体协作的分布式多机器人通信系统的设计与实现[J ].机器人,2000,22(4):300-304.[19]　李春,郑志强.多移动机器人无碰合作的行为规划[J ].机器人,1999,21(7):720-724.

[20]　宋宇,孙茂相,等.网络环境下基于A gent 的多机器人协调与路径规划[J ].机器人,2000,22(1):48-54.

Curren t sta tus and develop m en t of m ulti -robot coord i na tive and coopera tive system s

GAO Zh i 2jun ,YAN Guo 2zheng ,D I N G Guo 2qing ,YAN D e 2tian ,CH EN Zhong 2ze

(N o .820L ab ,Colleg e of E lectron ics and Inf or m a tion ,

S hang ha i J iaotong U n iversity ,S hang ha i 200030,Ch ina )

Abstract :W ith the app licati on m ode of robo ts changing from cell to system ,the cooperati on and coo r 2dinati on of robo t system s are m o re i m po rtan t .In the pap er ,the relati on sh i p betw een coop erati on and coo rdinati on ,and the trend in th is field are discu ssed .F inally ,the au tho rs pu t fo r w ard som e op in i on s based on the concep t of a m u lti 2agen t system and also po in t ou t that the m u lti -agen t system is an i m 2po rtan t directi on of m u lti -robo t system s in the fu tu re .

Key words :m u lti 2robo ts ;coo rdinati on system s ;cooperati on system s ;m u lti 2agen t system s

作者简介:高志军(1972-),男,河南人,上海交通大学电子信息学院在读博士,方向:多机器人协调与合作,人工智能领域。

颜国正(1961-),男,湖南人,上海交通大学电子信息学院博士生导师,国家863计划自动化领域智能机器人主题专业专家,电子信息学院副院长。

3012期 高志军,等:多机器人协调与合作系统的研究现状和发展

多机器人协调与合作系统的研究现状和发展

文章编号　10042924X (2001)022******* 多机器人协调与合作系统的研究现状和发展 高志军,颜国正,丁国清,颜德田,陈忠泽 (上海交通大学电子信息学院820所,上海　200030) 摘要:随着机器人的应用方式正在由部件式单元应用向系统式应用方向发展,提出了由多机器人构成的群体或社会的组织与控制问题。说明了多机器人协调与合作系统中,协调与合作的区别与联系,对多机器人协调与合作系统的研究现状进行了综述,并就基于M A S (M u lti 2A gen t 2System )的多机器人协调与合作系统的发展提出了一些看法,指出基于M A S 的多机器人协调与合作系统是多机器人学发展的一个重要方向。 关　键　词:多机器人;协调系统;合作系统;多智能体系统中图分类号:T P 242.6 文献标识码:A 1　引 言 机器人技术的发展使机器人的能力不断提 高,机器人应用的领域和范围正不断扩展。从自动化工厂的装配工作到深海作业乃至核工业的故障处理、太空中操作任务等都迫切需要机器人进入角色。一方面,由于任务的复杂性,在单机器人难以完成任务时,人们希望通过多机器人之间的协调与合作来完成。另一方面,人们也希望通过多机器人间的协调与合作,来提高机器人系统在作业过程中的效率,进而当机器人工作环境发生变化或系统局部发生故障时,多机器人之间仍可通过本身具有的协调与合作关系完成预定的任务。多机器人协调与合作作为一种新的机器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注。 本文首先说明了多机器人协调与多机器人合作系统的发展、主要研究的问题以及它们之间的区别与联系,接着说明了以M A S (M u lti 2A gen t 2System )为基础的多机器人系统,并就它的发展提出了一些看法。 2　多机器人协调和合作系统 2.1　多机器人协调系统的主要研究问题 80年代以来,多机器人协调作为一种新的机 器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注,1987年在美国圣地亚哥召开的多机器人协调研讨会上,着重提出了多机器人协调研究的主要问题。1989年,国际杂志《Robo tics and A u 2 tonom ou s System 》 专门推出了多机器人协调研究专辑,此外,IEEE 的机器人与自动化国际会议 从1986年起已将多机器人协调研究列为一个专题组,足见对该问题的重视。在过去的10多年里,人们对多机器人协调控制中的协调和集中、负载分配、运动分解、避碰轨迹规划、操作柔性体等问题进行了大量的研究[1-3]。由于多机器人(主要是多机器人臂)操作物体时形成的闭链系统,存在受限运动以及冗余度控制问题,因此多机器人协调控制问题十分复杂,但它基本上不涉及系统组织与合作机制等高层的控制问题。在多机器人协调控制中,机器人之间的组织与合作关系已经人为的事先确定了。 从研究的角度看,多机器人协调研究比单机器人来说出现了许多本质上全新的问题,主要有[4-5]: (1)复杂协调任务的描述 (2)同一工作空间中多机器人协调和集中(3)多机器人协调系统的自适应控制 (4)多机器人协调系统的负载分配 (5)以多传感器为基础的数据检测和障碍描 述 收稿日期:2000211213;修订日期:2000212205 第9卷　第2期　 光学　精密工程 Vol .9,No .22001年4月 O PT I CS AND PR EC IS I ON EN G I N EER I N G A p r.,2001

智能机器人的现状和发展趋势

智能移动机器人的现状和发展 姓名 学号 班级：

智能移动机器人的现状及其发展 摘要：本文扼要地介绍了智能移动机器人技术的发展现状，以及世界各国智能移动机器人的发展水平，然后介绍了智能移动机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能移动机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能移动机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能移动机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能移动机器人；发展现状；应用；趋势 1引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能移动机器人则是一个在感知 - 思维 - 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能移动机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能 力。智能移动机器人与工业机器人的根本区别在于，智能移动机器人具有感知功 能与识别、判断及规划功能[1] 。 随着智能移动机器人的应用领域的扩大，人们期望智能移动机器人在更多领 域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能移动机器人所处的环境 往往是未知的、很难预测。智能移动机器人所要完成的工作任务也越来越复杂; 对智能移动机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对 智能移动机器人的研究不断深入。 本文对智能移动机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能 移动机器人的发展，讨论了智能移动机器人在发展中存在的问题，最后提出了对 智能移动机器人发展的一些设想。 1

工业机器人发展现状与趋势

工业机器人发展现状与趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。

各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100） 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

智能移动机器人的现状与发展论文 2

题目移动机器人的发展现状及趋势授课老师唐延柯 学生姓名 学号 专业电子信息工程 教学单位德州学院 完成时间 2013年11月16日

一、摘要 (2) 二、引言 (2) 三、智能机器人的构成 (3) 3.1硬件构成 (3) 3.2 软件构成 (3) 四、国内外在该领域的发展现状综述 (4) 五、智能移动机器人的应用及分类 (5) 5.1 智能机器人的应用 (5) 5.2 智能机器人分类 (7) 六、展望与讨论 (9) 6.1智能机器人的发展趋势展望 (9) 6.2 建议及设想 (10) 七、结论 (10) 八、参考文献 (11)

智能机器人的现状及其发展趋势 一、摘要 本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状，以及世界各国智能机器人的发展水平，然后介绍了智能机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能机器人；发展现状；应用；趋势 The status and trends of intellectual robot Abstract:This paper briefly discusses the development, status of intellectual robot, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, suggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend 二、引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1]。 随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能机器人所处的环境往往是未知

国内外机器人发展现状及发展动向

国外机器人发展现状及发展动向 一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。 美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间(15%-25%)，表明这

全球手术机器人的发展现状及前景

全球手术机器人的发展现状及前景 机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体。主要用于心脏外科和前列 腺切除术。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，在 世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。 第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自动化 机器人，它们不能自已进行手术，但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。这些机器仍 然需要外科医生来操作它们并对其输入指令。这些手术机器人的控制方法是远程控制和语 音启动。 虽然说手术机器人比人手有一些优点，但是要用自动化的机器人在没有人参与的情况 下对人体进行手术，还有很长的一段路要走。但是，随着计算机能力和人工智能的发展， 在本世纪将会设计出一种机器人，可以找出人体中的异常，进行分析并校正这些异常而不 需要任何人指导。 组成部件 之所以将机器人引入医疗，是因为在微创手术中，它们可以实现对外科仪器前所未有 的精准控制。目前为止，这些机器已经用来定位内窥镜、进行胆囊手术以及胃灼热和胃食 管反流的矫治。机器人手术领域的最终目标是设计一种机器人，可以用来进行不开胸口的 心脏手术。某制造商表示，仅在美国，机器人设备每年可以用于超过350万个医疗手术中。机器人。 1、达芬奇手术系统

操作方法 外科医生站在控制台边，离手术台几十厘米远，透过探视镜向里看，来研究病人体内的照相机发送的3-D图像。图像显示的是手术点以及两个固定在上述两根杆端点上的手术仪器。像操纵杆一样的控制手柄，位于屏幕的正下方，外科医生用来操作手术仪器。每次操纵杆移动时，计算机就向仪器发送电子信号，仪器就和外科医生的手同步移动。 另一个即将被FDA批准的 机器人系统是ZEUS系统，由ComputerMotion公司制作，在欧洲已经可以使用。但是，无论是达芬奇系统还是ZEUS系统，用来进行手术计划的每一道程序都必须得到政府部门的批准。价值75万美元的ZEUS系统与达芬奇的装置类似。它有一个计算机工作站、一个视频显示器和控制手柄，用于移动手术台上安装的手术仪器。ZEUS系统目前在美国只被批准用于医疗试验，而德国医生已经使用此系统进行了冠心病搭桥手术。 ZEUS系统得到了自动化内窥镜定位（AESOP）机器人系统的协助。由ComputerMotion公司于1994年发布的AESOP是FDA批准使用的第一台可以用于手术室协助手术的机器人。AESOP比达芬奇系统和ZEUS系统要简单得多。AESOP基本上只是一个机械臂，用于医生定位内窥镜——一种插入病人体内的外科照相机。脚踏板或声音软件用于医生定位照相机，这就让医生的手空出来继续进行手术。

智能机器人的现状及其发展趋势

智能机器人的现状及其发展趋势 摘要：本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状，以及世界各国智能机器人的发展水平，然后介绍了智能机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能机器人；发展现状；应用；趋势 The status and trends of intellectual robot Abstract: This paper briefly discusses the development, status of intellectual robot, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, suggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend 1 引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1]。 随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替

多机器人系统

在本文中, 基于自组织映射(SOM)神经网络的任务分配方法被提出用于存在不确定因素的动态环境的多机器人系统。它能够动态地控制一群移动机器人来实现在不同位置的多个任务以致于预期数量的机器人将从任意的初始位置到达每一个目标位置。在此方法中，机器人运动与规划任务分配相结合，因此一旦给定全局任务机器人便开始运动。机器人导航可以保证当存在一些不确定因素，比如一些机器人出故障的情况下动态调整使每个目标位置仍将有预期数量的机器人到达。该方法能够应对不断变化的环境，其有效性通过仿真实验得到验证。 自1970年代以来多机器人系统在各种各样的任务中已经得到多方面研究。在将总体任务分为几个子任务、将团队分为单个机器人并同时执行子任务时，移动机器人团队可以很快且高效的完成被分配的任务。多机器人系统相比单个机器人有更加明显的优势，比如更快的操作，更高的效率和更好的可靠性。关键的挑战是协调与合作这些机器人完成总体任务时实现令人满意的表现。多机器人系统的任务分配是控制一群移动机器人使他们到达指定的目标位置, 使每个机器人之间进行协调与合作。 已经有一些有效控制一组机器人移动到目标位置的相关研究。大多数算法在静态的环境中提出了对任务分配问题，例如，[1]图像匹配算法, [2]单纯的网络算法，[3]分布式拍卖算法, [4]遗传算法，[5]机器人的基本算法，和[6]动态禁忌搜索算法。这些算法主要关注任务分配问题而不考虑机器人运动问题。其结果是机器人不能移动直到他们的目的地被指定。此外,这些方法不能处理移动目标。分析师et al。[7]提出了使用出于流体自发的模式形成的模式形成原则，流体加热和冷却从上面可以生成卷或六角模式的算法。获取自我行为的模式构成原理的关键思想是构建一个合适的动态系统，在此系统中动态变化可以被识别的机器人系统。该算法执行二维或三维空间中自治移动机器人到目标任务的分配。然而，它不能用在复杂的情况下，例如多数机器人被分配到同一个目标位置。此外，这种方法不能够处理移动目标的情况。受到生物系统自组织导致许多复杂的模式出现在同质细胞现象的启发，沈，开发了称为“数字荷尔蒙模型”的模型，通过假设一个机器人作为一个细胞自组织形成一个全局多机器人系统。它适用于一些掌握和监控给定区域或建筑物的任务；自主修复全局模式的漏洞; 通过绕道避免陷阱。为了搜索和锁定目标任务该算法不能处理包含多个目标和动态目标的情况。如果有两个目标和四个机器人，所有的机器人离一个目标近而远离另一个，结果将导致一个目标吸引所有的四个机器人而另一目标没有机器人到达。该算法没有考虑机器人之间谈判与合作。

协作机器人与传统机器人区别【深度解析】

协作机器人与传统机器人有何区别？ 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 协作机器人只是整个工业机器人产业链中一个非常重要的细分类别，有它独特的优势， 但缺点也很明显：为了控制力和碰撞能力，协作机器人的运行速度比较慢，通常只有传统机 器人的三分之一到二分之一。本文将尝试解答以下问题：为什么需要协作机器人？协作机器 人的起源？协作机器人与传统机器人有什么区别？ 为什么需要协作机器人？ 协作机器人的兴起意味着传统机器人必然有某种程度的不足，或者无法适应新的市场需 求。 总结一下，主要有三点： 1.传统机器人部署成本高 其实相对来讲，工业机器人本身的价格并不高。主流场合使用的机器人，根据负载能力 不同，售价区间在￥10w~￥40w。一般情况下一台机器人的使用使用寿命在5~8年，作 为比较高端的工业设备来讲并不算贵。 传统机器人贵在其部署（将机器人安装到工厂并正常运行）成本上，原因有两个：目前 的工业机器人主要负责工厂中重复性的工作，这依赖于其非常高的重复定位精度（重复到达 空间某些固定位置的能力，一般机器人可以做到0.02mm以下），以及依赖固定的外界环境。 为了保证这一点，除了机器人本身的设计要求之外，还需要待加工的产品放在固定的位置， 以便机器人每次都可以到同一个地方准确的拿取或者执行某项操作。对于现代复杂的流水线

作业来讲，在整个产线上为每一个使用机器人的工序都设计这些固定的外界环境需要耗费大量的资源，占用大片宝贵的车间面积以及长达数月的实施时间。机器人的使用难度较高，只有经过培训的专业人士才能熟练使用机器人完成配置、编程以及维护的工作，普通用户很少具备这样的能力。 将之前以工人操作为主的流水线，变为由机器人和自动化设备为主的生产线，是一个系统工程，绝大多数终端工厂客户并不具备这样的能力，因此就需要一个第三方的角色来完成这部分工作，这个第三方即系统集成商，来根据客户现场的实际情况，来完成机器人的最终部署。 系统集成商的工作至少包括：生产线的自动化改造方案（流程、设备布局、人员配置等）机器人外围支持设备的设计、制造、安装。符合工艺要求的机器人编程、调试。客户技术团队的培训。以及后续的售后维护工作。 根据很多业内机构和前辈统计的数字，整个机器人部署/集成应用的费用大概是机器人售价的3~4倍。近几年随着国内集成商的迅速扩军，竞争越来越激烈，整体价格有所下滑，但也基本在2~3倍。 以常见的弧焊工作站为例，采购一台进口品牌的弧焊机器人价格约在11~15w之间，但是经过系统集成商这一层之后，整体报价不会低于30w，个别夸张的甚至能报到100w。在工资相对较高的长三角和珠三角地区，一名熟练焊工的工资大概在5k~7k，1台机器人代替1~2名工人，ROI不会少于2年，很多中小企业主对机器人会选择犹豫和观望。 如果使用机器人的机器人比较多，则大部分情况下需要对原有的生产线进行改造，甚至重新建设，不仅需要巨大的投资，可能还涉及到停产改造，这也是很多工厂迟迟不上机器人的原因之一。 除此之外，因为每一条生产线上的大部分设备（末端工具、非标机械、控制流程等）都

机器人研究现状及发展趋势

机器人发展历史、现状、应用、及发展 趋势 院系：信息工程学院 专业：电子信息工程 姓名：王炳乾

机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势 摘要：随着计算机技术不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展历史、状况、应用、并对机器人的发展趋势作了预测。 关键词：机器人;发展；现状；应用；发展趋势。 1．机器人的发展史 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶并公开表演。 1738年，法国技师杰克·戴·瓦克逊发明了机器鸭，它会嘎嘎叫、进食和游泳。 1773年，瑞士钟表匠杰克·道罗斯发明了能书写、演奏的玩偶，其体内全是齿轮和发条。它们手执画笔、颜料、墨水瓶，在欧洲很受青睐。 保存至今的、最早的机器人是瑞士的努萨蒂尔历史博物馆里少女形象的玩偶，有200年历史。她可以用风琴演奏。 1893年，在机械实物制造方面，发明家摩尔制造了“蒸汽人”，它靠蒸汽驱动行走。 20世纪以后，机器人的研究与开发情况更好，实用机器人问世。 1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。它是电动机器人，装有无线电发报机。 1959年第一台可以编程、画坐标的工业机器人在美国诞生。 现代机器人 有关现代机器人的研究始于20世纪中期，计算机以及自动化技术的发展、原子能的开发利用是前提条件。1946年，第一台数字电子计算机问世。随后，计算机大批量生产的需要推动了自动化技术的发展。1952年，数控机床诞生，随后相关研究不断深入；同时，各国原子能实验室需要代替人类处理放射性物质的机械。

变电站机器人发展概况及最新发展趋势

移动机器人 移动机器人用途广泛，世界各国正在加紧移动机器人的研制。移动机器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院(SRI)的NilsNilssen和CharlesRosen等人研制出了名为Shakey 的自主移动机器人，它能够在复杂环境下，识别对象、自主推理、实现路径规划和控制功能。美国军方于1984年开始研制第一台地面自主车辆，可以在无人干预的情况下在道路上行驶，也称之为早期的移动机器人。许多国家也各自制定了移动机器人的研究计划，如日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划和欧洲尤里卡中的机器人计划等。虽然由于人们对机器人的研究期望过高，导致80年代的移动机器人的研究虽并未取得预期的效果，却带动了相关技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验，同时推动了其他国家对移动机器人的研究和开发。 上世纪90年代，人类把研究重点放在了移动机器人的应用上，希望移动机器人可以代替人类在各种环境下，尤其是恶劣的条件下辅助人类的工作，为人类服务。1997年7月4日，美国“火星探路者”飞抵火星考察，并在火星上成功着陆，它携带的索杰纳号火星车开始在火星表面漫游，行进了几千米，完成了预定的科学探测任务。进入21世纪后,美国研制的第四个火星探测器—好奇号于2012年8月6号成功降落火星，并展开为期两年的火星探测任务。好奇号火星探测器是第一辆釆用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。 1992年美国研制出时速75公里的自主车，地面自主车的研制大大推动了遥控机器人的发展。目前美国“自动化技术协会”(ATC)，每年在移动机器人运动控制、仿真、传感器的投资超过几亿美元。欧共体(EU)和“机器人技术”有关的课题总数约为250～300项，在EU提供基金的机器人研究领域，移动机器人占22.8%左右；日本不仅加紧研制移动机器人，更把发展重点放在移动机器人的应用研究上，目的是可以代替人在各种环境下为人服务(如在医院、家庭、恶劣的环境和核反映堆、核废料清理和排雷等危险环境下工作)。 我国机器人的研究已有20多年的历史，国家也大力发展机器人，并投入了一定的资金，对机器人进行技术攻关，发出各种类型的机器人，对我国机器人的发展具有重大的意义。但由于我国对此方面的研究起步较晚，在机器人技术水平、实用化程度以及稳定方面，与美国、日本等国家相比，都存在着较大的差距。 国内研制的机器人样机，有保安机器人、消防机器人等，有轮式和履带式；但大都是有缆方式，具有小范围内一定的避障功能。国内移动机器人的研究成果主要如下:清华大学的智能移动机器人THMR-V型机器人；中科院沈阳自动化所的AGV自主车和防爆机器人；

多机器人协作系统的设计与实现

随着科学技术的不断发展，机器人的能力不断提高，机器人的应用领域和范围在不断的扩展，与此同时，机器人的工作环境以及任务复杂度也在逐步上升，单个机器人越来越难以满足需求，而多机器人系统凭着其在任务适用性、经济性、最优性、鲁棒性、可扩展性等方面表现出极大的优越性，目前已成为机器人领域最为热门的研究课题之一，多机器人协调合作作为一种全新的机器人应用形式，正日益受到国内外的关注。 自上世纪40年代中，Walter Wiener和Shannon在研究龟型机器人时，就发现这些简单个体在互相作用中能反映出“复杂的群体行为”其后，80年代末建立了首个多智能体的多机器人系统，多机器人系统在应用和理论研究上都有了长足进展。[1]多机器人系统的最重要特征和关键指标最早由Noreils定义为:多个机器人协同工作,完成单个机器人无法完成的任务,或改善工作过程,并获得更优的系统性能。由此也能看出对比单个机器人，多机器人系统的巨大优势。正因为多机器人系统有着如此众多的优点，欧美各国都在多机器人系统领域上大量投入，如：美国国防高级研究计划局涉及到多机器人作战平台研究包括MARS-2020、TASK、TMR和SDR等,欧盟也很早开始研究多机器人协同搬运的MARTHA 项目，日本则将精力更多投入在仿生多机器人系统上。[2]相比国外，国内的多机器人系统研究起步较晚，但发展速度很快，各大高校都展开了各自的研究工作，并在国际多机器人足球赛上屡获佳绩，证明我国在多机器人的技术研究方面有了巨大进步。 根据协作机制的不同，多机器人系统可分为：无意识协作和有意识协作两类，无意识协作乃是数量众多的简单个体通过本地交换得到全局突现行为，从而获得高层协作行为，有意识协作则是，拥有全局目标且数量较少、个体智能水平较高的个体组成的多机器人系统，主要依赖规划提高效率，对通信要求较高，对协调控制机制依赖性大。无意识协作系统主要是模仿社会性生物群落的运行机制，适用于大空间、无时间要求的重复性任务，而有意识协作适用于更加复杂的任务。[2] 对于有意识协作的多机器人系统而言，必须具备以下三个特点：合理的系统体系结构、正确的环境感知能力、优化的决策控制能力。首先，系统体系结构定义了整个系统内的各机器人之间的相互关系和功能分配,确定了系统和各机器人之间的信息流通关系及其逻辑上的拓扑结构,决定了任务分解和角色分配、规划及执行等操作的运行机制,提供了机器人活动和交互的框架。在这方面国外提出了许多系统结构，如：日本Asama等提出的ACTRESS系统结构，美国学者Beni等研究的SW ARM系统结构等。[2] 然而对于任意一个系统体系结构，都必须有良好的组织结构、通信方式和控制结构，多机器人系统的组织结构可分为：集中控制结构和分散控制结构，而分散控制结构又可分为分布控制结构以及混合控制结构，集中式结构适合强协调任务，主机器人拥有完全控制权，此种结构实时性和动态性差，结构不灵活、鲁棒性差。分布式结构适合弱协调任务，该结构提高了拓展性和鲁棒性，但对通信要求较高，不保证全局最优解。混合式结构是集中式和分布结构的互补，提高了系统的灵活性和协调效率，但复杂性高，不易实现。[3] 对于通信方面来说，机器人之间的通信方式可分为隐式通行和显式通信，隐式通信利用机器人的行为对产生环境的变化来影响其他机器人的行为，显式通信则需要专用硬件通信设备以及复杂的信息表示模型。控制结构则可分为：反应式和慎思式。多机器人系统要实现优化决策,并获得良好的协调控制性能,必须依赖于准确可靠的环境感知能力，现在热门的重点是信息融合以及协同定位。多机器人的协作是从系统整体规划上减小冲突概率,减少资源浪费,保证系统的最优性.协作机制可以存在于机器人的控制结构、通信机制和相互作用中,并主要表现为任务分配问题机器人的任务分配问题在不同情况下可分别看作最优分配问、整数线性规划问题、调度问题、网络流问题和组合优化问题[4],其解决方法主要有基于行为的分配方法、市场机制方法、群体智能方法、基于线性规划的方法、基于情感招募的方法和基于空闲链的方法等。

工业机器人研究现状及发展趋势_曹文祥

2011／2 机械制造49卷第558期 纵观历史研究文献，国内外对工业机器人的研究热点问题主要分为3个方面：仿生机器人与新型机构、机器人的定位与地图创建、机器人-环境交互。本文将分别就以上3方面对研究现状进行简要分析，并对工业机器人的发展趋势作了预测。 1工业机器人的发展历程 自1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的 概念以来，工业机器人就得以不断地发展。概括起来，工业机器人的发展历程为3代： 第1代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如郭勇等人[1]研制的挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。 第2代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获得外部环境信息。如P.l Liljeb.ck 等人研制的蛇形机器人就装有内部测转速的 传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。 第3代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。如John Vannoy 等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP ）算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。 2 国外工业机器人的研究现状 2.1 仿生机器人与新型机构 对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析， 通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间 部分具有最佳的动力学性能。对人形机器人步态规划问题，Xia Zeyang 等人提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法，该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，Yasar Ayaz 采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。此外，对于双足步行机器人的复杂地面运动的研究也有新的进展，研究出一种新型的双足机构，能实现不平区域稳定地行走，该足由4个分别带光学传感器的鞋钉组成，总重1.5kg 。对动物的研究则表现为对诸如蛇、鱼的结构以及运动性能的研究。仿蛇机器人不仅可以作为管道检测装置，也可以作为地震或矿难探索装置，更可以当作极地探测器来进行科研活动。Shigeo 和Hiroya Yamada 就将仿蛇机器人的机械结构分为5种类型：活 动的弯曲关节式；活动的弯曲和拉伸关节式；活动的弯曲关节和活动的车轮式；被动弯曲关节和活动车轮式；活动的弯曲关节和履带式。Aksel Andreas Transeth 等采用摩擦力模型方法建立了一蛇形机器人模型，该机器人能与包括地面的障碍物以外的物体接触，对地震或矿区救援很有帮助。Kristin Y.Pettersen 等人对蛇形机器人在存在障碍物环境中运动进行了复合建模，仿真结构证明该模型能实现不规则环境中的一般运动。但蛇形机器人目前要真正达到在复杂环境中畅通无阻地运动，还有待进一步研究。对海洋的开发，相对于其它的水下自动化装置，仿生鱼具有更好的推进力和流体适应性。其研究主要体现在结构和运动特性上。Jun Gao 和K.H.Low 等人对胸鳍驱动和尾鳍驱动鱼形机器 人进行了分析，讨论了鱼结构和运动各参数的关系。 Yu Zhong 等人对由阀体与尾鳍构成的机器人鱼的运 动性能进行了研究，采用量纲分析方法，建立了一种能预测运动的机器鱼模型。Giuseppe Tortora 等人设计了 工业机器人研究现状及发展趋势 □ 曹文祥 □ 冯雪梅 武汉理工大学机电工程学院 武汉 430070 摘 要：作为最典型的机电一体化的高科技装备，工业机器人得到了非常广泛的应用。综述了国内外工业机器人的 研究热点现状，并预测了其发展趋势。 关键词：工业机器人现状 发展趋势 中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1000－4998(2011)02－0041－03 Abstract:As the typical high-tech equipment of mechanoelectronic integration,industrial robots have been widely used.The current situation of research hot points of IR is presented and the developing trend forecasted. Key Words:Industrial Robot (IR)Current Situation Developing Trend 收稿日期：2010年9月 41

移动机器人的发展现状及其趋势

移动机器人的发展现状及其趋势 徐国华谭民 中科院自动化研究所 、引言 机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代,就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式、腿式的,对于水下机器人,则是推进器。其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为。第三,必须考虑导航或路径规划,对于后者,有更多的方面要考虑,如传感融合,特征提取,避碰及环境映射。因此,移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。对移动机器人的研究,提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题,引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣,更由于它在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景,使得对它的研究在世界各国受到普遍关注。 二、移动机器人发展现状 从移动方式上看,移动机器人可分为轮式、履带式、腿式(单腿式、双腿式和多腿式)和水下推进式。本文重点放在轮式、履带式机器人,对水下机器人和两足人形机器人不做详细讨论。 1.国外移动机器人的发展概况 1.1室外几种典型应用移动机器人 美国国家科学委员会曾预言: 20世纪的核心武器是坦克,21世纪的核心武器是无人作战系统,其中2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队,并走向战场 。为此,从80年代开始,美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项,制定了地面天人作战平台的战略计划。从此,在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕,如DARPA的 战略计算机 计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983 1990),能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986 1995),以及后来的空间机器人计划;日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划;欧洲尤里卡中的机器人计划等。 初期的研究,主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理,并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高,导致室外机器人的研究未达到预期的效果,但却带动了相关技术的发展,为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验,同时,也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。进入90年代,随着技术的进步,移动机器人开始在更现实的基础上,开拓各个应用领域,向实用化进军。 由美国NASA资助研制的 丹蒂II 八足行走机器人,是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人。它与其他机器人,如NavLab,不同之处是它于1994年在斯珀火山的火山口中进行了成功的演示,虽然在返回时,在一陡峭的、泥泞的路上,失去了稳定性,倒向了一边,但作为指定的探险任务早己完成。其它机器人在整个运动过程中,都需要人参与或支持。丹蒂计划的主要目标是为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探索而提供一种机器人解决方案。 美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星,这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险,又开始了新一代样机的研制,命名为Rock y7,并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。 德国研制了一种轮椅机器人,并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中,进行了超过36个小时的考验,所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的。 7

智能机器人的现状及其发展

智能机器人的现状及其发展 学院：电气信息学院姓名：张琪学号：1143031172 摘要：本文主要介绍了智能机器人的发展现状、关键技术及其在各个领域的应用。然后总结了智能机器人在发展中存在的一些问题。最后提出了自己的建议和设想。 关键词：智能机器人；发展现状；传感器技术；智能控制；人机接口；应用 1.引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。 随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能机器人所处的环境往往是未知的、很难预测。智能机器人所要完成的工作任务也越来越复杂;对智能机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对智能机器人的研究不断深入。 本文对智能机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能机器人的发展，讨论了智能机器人在发展中存在的问题，最后提出了对智能机器人发展的一些设想。 2.国内外在该领域的发展现状综述 智能机器人是第三代机器人，这种机器人带有多种传感器,能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。 目前研制中的智能机器人智能水平并不高，只能说是智能机器人的初级阶段。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是，提高智能机器人的自主性，这是就智能机器人与人的关系而言，即希望智能机器人进一步独立于人，具有更为友善的人机界面。从