兒童玩具娛樂(lè)
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智能機(jī)器人方案開(kāi)發(fā)
作為面向未來(lái)的現(xiàn)代化技術(shù)，機(jī)器人技術(shù)涉及的相關(guān)學(xué)科有傳感器、計(jì)算機(jī)、通訊、控制、人工智能、微電子等技術(shù)學(xué)科、仿生學(xué)、材料科學(xué)、數(shù)學(xué)方法等諸多學(xué)科。機(jī)器人技術(shù)可以認(rèn)為是和網(wǎng)絡(luò)，基因，通信，計(jì)算機(jī)技術(shù)等一樣的高新技術(shù)。
一、智能機(jī)器人技術(shù)簡(jiǎn)介
機(jī)器人在我國(guó)科學(xué)家口中的定義是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器，因?yàn)樗邆湟恍┤绺兄芰Α⒁?guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力等智能能力與人或生物相似，所以它的定義在我們眼里多種多樣。一套機(jī)器人主要包括：（1）設(shè)備上面或周圍的傳感器，可提供有用信息反饋通過(guò)感知周邊環(huán)境然后向裝備。（2）可以與周邊環(huán)境進(jìn)行互交的車輪盤平臺(tái)、手臂或者別的裝備的機(jī)械設(shè)備。（3）按照實(shí)際情況控制系統(tǒng)執(zhí)行指定動(dòng)作并且根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況處理傳感輸入。
可以有效地提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的機(jī)器人是最原始形式的工業(yè)機(jī)器人，廣泛應(yīng)用在在裝配、切割、焊接、除銹、噴漆等方面，有效的改善了人們的勞動(dòng)條件。作為必然的發(fā)展趨勢(shì)和根本結(jié)果，機(jī)器人預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)社會(huì)中必將會(huì)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。
工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人，是研究機(jī)器人的專家們從應(yīng)用需要出發(fā)將機(jī)器人分成的兩大類。工業(yè)機(jī)器人是指為工業(yè)制造業(yè)多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人的機(jī)器人，用于非制作業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，也就是除上述工業(yè)機(jī)器人之外的稱為特種機(jī)器人。當(dāng)前，從應(yīng)用需要出發(fā)，機(jī)器人也同樣被國(guó)際上研究機(jī)器人的學(xué)者們分成了兩類：一類是制作環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人。另一類則是非工業(yè)制造環(huán)境下的服務(wù)與仿生機(jī)器人。
我國(guó)取得了傲人顯著成績(jī)?cè)诠I(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人和智能機(jī)器人各個(gè)方面，盡管我們國(guó)家機(jī)器人學(xué)研究起步較晚，但進(jìn)步很快。為了讓我國(guó)機(jī)器人變得更加先進(jìn)，我們需要加大對(duì)單片機(jī)技術(shù)的研究和發(fā)展。
二、單片機(jī)技術(shù)與智能機(jī)器人控制系統(tǒng)
2.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
單片機(jī)對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的動(dòng)能控制，核心操作是應(yīng)用芯片技術(shù)將芯片進(jìn)行集成驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一要求。為了實(shí)現(xiàn)控制機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)，要對(duì)較弱的電流信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)和放大，還要對(duì)驅(qū)動(dòng)繼電器后置控制操作電機(jī)。為了有效地保護(hù)基極和放大電流，在驅(qū)動(dòng)模塊中加入了三極管，一種存在驅(qū)動(dòng)模塊中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)繼電器的獨(dú)特之處是保護(hù)和轉(zhuǎn)換了電路，進(jìn)而使電路正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，對(duì)機(jī)器向前、向后等簡(jiǎn)單動(dòng)作進(jìn)行操作。這一技術(shù)的運(yùn)用是靠驅(qū)動(dòng)模塊電路的，該電流的輸入優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)干擾其他控制系統(tǒng)的同步運(yùn)營(yíng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以安全運(yùn)行。保證了機(jī)器人前進(jìn)、后退運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)度。
2.2視覺(jué)控制系統(tǒng)
機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的叫法，其實(shí)講的是為了轉(zhuǎn)換為機(jī)器人能夠識(shí)別的信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行分析解釋從獲取外界環(huán)境物體的圖像，從而辨識(shí)物體的系統(tǒng)。人眼的視覺(jué)捕捉和識(shí)別功能可以被機(jī)器人完成通過(guò)機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)。機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)的過(guò)程是，首先進(jìn)行實(shí)時(shí)定位通過(guò)定位傳感器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再放大信號(hào)功率，最后位置信息被接收后傳入到單片機(jī)中。將接收的信號(hào)和具有初始閾值單片機(jī)對(duì)比后再進(jìn)行濾波處理，最后將得到的信號(hào)反饋到驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)器人會(huì)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)頻率的不同按照不同設(shè)定方向行走。機(jī)器人完全通過(guò)視覺(jué)感知技術(shù)對(duì)外部世界進(jìn)行辨識(shí)的。
2.3地面探測(cè)系統(tǒng)
地面探測(cè)系統(tǒng)借鑒的是模仿人的聽(tīng)覺(jué)功能，利用機(jī)器人的接受功能將聲音信號(hào)通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行判斷并轉(zhuǎn)化成執(zhí)行指令。機(jī)器人自動(dòng)通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作，當(dāng)機(jī)器人安裝的亞超聲模塊中就會(huì)通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作，當(dāng)傳感器接收到外部的亞超聲信號(hào)時(shí)就會(huì)自動(dòng)模仿人類的聽(tīng)覺(jué)功能。為了使模擬時(shí)觸發(fā)到單片機(jī)上的控制模塊（用于亞超聲信號(hào)的接收），特意設(shè)計(jì)了光電開(kāi)關(guān)在開(kāi)關(guān)模塊上。為了保持位于單片機(jī)上的開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)所默認(rèn)接收的信號(hào)為低電平新號(hào)。
2.4校正步伐系統(tǒng)
兩個(gè)光電耦合器安裝在機(jī)器人腿上的擋片之中，在機(jī)器人在步行測(cè)試中，光電耦合器的開(kāi)啟和關(guān)閉，由腿部的擋片循環(huán)往復(fù)控制。機(jī)器人的正常行走依托的是單片機(jī)校正步伐系統(tǒng)，該系統(tǒng)相應(yīng)控制單元收到交替間歇的信號(hào)的時(shí)候，倘若控制系統(tǒng)收到的信號(hào)是疊加連續(xù)的，說(shuō)明機(jī)器人前后的步伐出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)，馬上需通過(guò)步伐校正系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的行走進(jìn)行校正操作。而導(dǎo)致機(jī)器人兩只腳的行走腳步不相同的直接原因是：兩只腳的一般轉(zhuǎn)動(dòng)速率不相同。機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)之中出現(xiàn)前后左右協(xié)調(diào)步伐紊亂的現(xiàn)象，就只能借助借助校正步伐系統(tǒng)（主要是通過(guò)光電耦合器實(shí)現(xiàn)的）才能進(jìn)行糾正。
三、智能機(jī)器人控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方案
機(jī)器人智能行走和各種感觀功能，是靠單片機(jī)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人在啟動(dòng)后要能夠進(jìn)行正常的行走運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)語(yǔ)音給機(jī)器人發(fā)出“搜索目標(biāo)”類似的指令，作為相應(yīng)的操作指令，“正在搜索目標(biāo)中”這時(shí)的提示會(huì)出現(xiàn)在液晶顯示屏幕上。朝著指定的目標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)語(yǔ)言系統(tǒng)在當(dāng)機(jī)器人找到指定目標(biāo)時(shí)提示。機(jī)器人會(huì)在前進(jìn)移動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)障礙物體時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的視覺(jué)控制系統(tǒng)和紅外測(cè)距系統(tǒng)。為了能改變路線，避讓障礙物，測(cè)量障礙物體與機(jī)器人之間的相對(duì)位置，同時(shí)液晶顯示屏上會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的提示。碰到障礙物觸發(fā)時(shí)，會(huì)激發(fā)語(yǔ)言系統(tǒng)操作，觸覺(jué)系統(tǒng)會(huì)在機(jī)器人行走過(guò)程中觸發(fā)，控制人員會(huì)收到相應(yīng)的語(yǔ)音提示，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)報(bào)告相應(yīng)的情況；系統(tǒng)在前方路段出現(xiàn)特殊斷層等情況時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的語(yǔ)音警告并且做出后退或停止的操作。為了保障機(jī)器人的正常走路，校正步伐系統(tǒng)會(huì)在機(jī)器人在行走過(guò)程中發(fā)生步伐錯(cuò)誤時(shí)啟動(dòng)，糾正電機(jī)的不同步問(wèn)題。
四、藍(lán)牙智能機(jī)器人方案設(shè)計(jì)示例
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類成功研制了許多現(xiàn)代化、高科技的機(jī)器設(shè)備，這些設(shè)備往往在某些方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)以及強(qiáng)大的功能。但是，和自然界的生物比起來(lái)，在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)特性、適應(yīng)性、生存能力等方面卻望塵莫及。這是因?yàn)樽匀唤绲纳锝?jīng)歷了億萬(wàn)年的適應(yīng)、進(jìn)化、發(fā)展過(guò)程，經(jīng)受住了嚴(yán)酷的自然選擇，這才使得生物體在這些方面得天獨(dú)厚、巧奪天工，使其生物特性趨于完美。道法自然，通過(guò)向自然界學(xué)習(xí)來(lái)獲取技術(shù)發(fā)明的靈感，采用仿生學(xué)原理，往往能夠設(shè)計(jì)出運(yùn)動(dòng)特性更加靈活、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)更加合理的機(jī)器設(shè)備。
4.1智能昆蟲機(jī)器人技術(shù)開(kāi)發(fā)原理
由于地球上環(huán)境的惡化，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，因此需要能夠適應(yīng)復(fù)雜、惡劣、危險(xiǎn)環(huán)境的高度自動(dòng)化裝備來(lái)進(jìn)行作業(yè)，保障相關(guān)人員的生命安全，提高救援效率與作業(yè)能力。而仿生學(xué)正是通過(guò)研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形狀、原理、行為以及相互作用，從自然界來(lái)獲取設(shè)計(jì)研究的靈感，設(shè)計(jì)出同時(shí)兼具機(jī)器與生物共同優(yōu)點(diǎn)的機(jī)器設(shè)備。這些機(jī)器設(shè)備在軍事、救災(zāi)等方面有著諸多用途；譬如在軍事行動(dòng)中進(jìn)行攻擊、排雷等危險(xiǎn)作業(yè)，在救災(zāi)時(shí)進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境對(duì)人員進(jìn)行搜救以及物資的運(yùn)輸?shù)?；另外，在人類進(jìn)行太空探索、星球探測(cè)和深海探測(cè)等未知環(huán)境的探索時(shí)也發(fā)揮著不可替代的作用。
智能昆蟲機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究主要涉及到嵌入式、藍(lán)牙通信、傳感器、數(shù)字電子與模擬電子等技術(shù)。隨著近年來(lái)電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的飛速發(fā)展，嵌入式技術(shù)作為一門綜合交叉性技術(shù)，也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。嵌入式系統(tǒng)作為一種能夠執(zhí)行特定功能、軟硬件可裁剪的應(yīng)用型系統(tǒng)，能夠適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)于功耗、成本、可靠性等方面的嚴(yán)格要求，所以在近年來(lái)取得了極大的發(fā)展。作為嵌入式系統(tǒng)的一種典型應(yīng)用，目前普遍使用的移動(dòng)端設(shè)備———智能手機(jī)也屬于嵌入式設(shè)備的范疇。通過(guò)移動(dòng)端嵌入式設(shè)備作為控制終端，對(duì)具有專用功能的嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)程便捷控制，誕生了許多現(xiàn)代化產(chǎn)品，大大地方便了人們的生活與工作。
經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，嵌入式技術(shù)已經(jīng)跨越了4個(gè)階段:最初階段嵌入式技術(shù)只是利用單個(gè)芯片為核心的可編程控制器所設(shè)計(jì)構(gòu)建的系統(tǒng)；之后發(fā)展到包含有C P U以及簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)的新式嵌入式技術(shù)，進(jìn)入了嵌入式技術(shù)發(fā)展的第2階段；而第3階段的標(biāo)志則是成熟的嵌入式系統(tǒng)；目前正處于的第四階段，其主要標(biāo)志就是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，是計(jì)算機(jī)、通信、微電子以及半導(dǎo)體等技術(shù)融合的結(jié)果。
藍(lán)牙通信技術(shù)自1994年由愛(ài)立信首先提出后，由于其對(duì)于多設(shè)備連接的支持，解決了數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，因此得到了迅速的發(fā)展，目前管理機(jī)構(gòu)B luetooth SIG(Bluetooth SpecialInterest Group，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟)已經(jīng)發(fā)布了第5代版本“藍(lán)牙5”。目前較為先進(jìn)的藍(lán)牙模塊均采用了藍(lán)牙低功耗技術(shù)(Bluetooth low energy，BLE)，在實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離傳輸?shù)耐瑫r(shí)，降低了模塊功耗。
另外，作為信息技術(shù)的三大支柱之一，傳感器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)一樣都是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展程度的重要標(biāo)志。傳感器是獲取信息的重要手段，能夠?qū)⑻囟ǖ谋粶y(cè)物理量轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)。傳感技術(shù)隨著現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，總的來(lái)說(shuō)，傳感器技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段:結(jié)構(gòu)型傳感器、固體傳感器、智能傳感器。由于其與現(xiàn)代科學(xué)關(guān)系密切，對(duì)各學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展有巨大的促進(jìn)與助力，許多發(fā)達(dá)國(guó)家把其當(dāng)做一個(gè)時(shí)代的標(biāo)志，而我國(guó)也在“十五”計(jì)劃中將傳感器列為重點(diǎn)科技研究發(fā)展項(xiàng)目之一。
與輪式機(jī)器人相比，昆蟲機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化、惡劣的地理環(huán)境中具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可以到達(dá)常規(guī)輪式機(jī)器設(shè)備無(wú)法行動(dòng)的地方進(jìn)行作業(yè)。本文基于Arduino主控實(shí)現(xiàn)的智能昆蟲機(jī)器人，集成了距離傳感器、藍(lán)牙通信、紅外通信、信號(hào)燈、蜂鳴器和TTL串口語(yǔ)音模塊，并通過(guò)主控芯片ATmega328的總體協(xié)調(diào)控制，解決了在實(shí)際作業(yè)中所遇到的自動(dòng)避障、遠(yuǎn)程控制、集群交互通信、智能提示等問(wèn)題，在面對(duì)復(fù)雜地形時(shí)擁有更強(qiáng)的適應(yīng)能力和靈活性。
4.2智能昆蟲機(jī)器人總體架構(gòu)
根據(jù)智能昆蟲機(jī)器人的主要功能需求，設(shè)計(jì)了如圖1所示的硬件總體架構(gòu)。
其中，通過(guò)Risym HC-05無(wú)線藍(lán)牙模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信，該模塊負(fù)責(zé)與手機(jī)控制端APP進(jìn)行通信，接收APP發(fā)來(lái)的指令請(qǐng)求，轉(zhuǎn)交給ATmega328微處理器執(zhí)行。GP2Y0A21距離傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人周邊環(huán)境中障礙物信息，并將所獲取的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給ATmega328微處理器進(jìn)行處理。電源模塊負(fù)責(zé)為機(jī)器人整體供電。串口調(diào)試模塊負(fù)責(zé)與PC機(jī)連接進(jìn)行固件的燒寫以及相關(guān)調(diào)試工作。系統(tǒng)中共集成了3個(gè)微型伺服電機(jī)，為機(jī)器人行走提供動(dòng)力。紅外通信模塊實(shí)現(xiàn)了收、發(fā)兩部分功能，為機(jī)器人之間的協(xié)作通信提供支持。蜂鳴器模塊用于機(jī)器人遇到障礙或者緊急狀況時(shí)的警報(bào)提示。TTL串口語(yǔ)音模塊用于向用戶進(jìn)行語(yǔ)音提示以及語(yǔ)音交互。信號(hào)燈模塊對(duì)電源狀態(tài)、藍(lán)牙連接狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)進(jìn)行提示。
五、智能機(jī)器人方案設(shè)計(jì)流程
5.1主控模塊
主控模塊的核心即ATmega328微控制器，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為16 MHz，正常工作電壓為直流5 V，主控模塊包含有4個(gè)數(shù)字輸入口，4個(gè)模擬輸入口，兩個(gè)P WM口，1組UART端口，1組I2C端口，1個(gè)Micro USB接口，2組電源端口。
5.2硬件接口設(shè)計(jì)
（1）接口概述：為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所需功能，硬件主控板集成的接口如表1所示?；诮Y(jié)構(gòu)與功能模塊設(shè)計(jì)，硬件主控板結(jié)構(gòu)如圖5所示。
（2）ICSP接口：ICSP-in circuit serial programmable，在線串口編程，其本質(zhì)是一種在線燒寫程序的方式，主要功能是將用戶代碼編譯并燒寫到微處理器ROM中。
5.3通信協(xié)議
機(jī)器人與移動(dòng)端之間的通信采用藍(lán)牙通信，藍(lán)牙協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)自下而上可分為3個(gè)部分:硬件層、協(xié)議層、應(yīng)用層。其中，硬件層主要包括鏈路管理層(LM)、基帶層(BB)和射頻層(RF)。協(xié)議層包括邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(L2CAP)和電話通信協(xié)議(TCS)。
與常用的Socket套接字通信模式類似，Bluetooth Socket通信中由Bluetooth Socket和Bluetooth Server Socket分別充當(dāng)客戶端和服務(wù)器。首先由服務(wù)器端Bluetooth Server Socket對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)Bluetooth Socket對(duì)象，調(diào)用Bluetooth Server Socket的accept()來(lái)獲取，而客戶端則通過(guò)調(diào)用Bluetooth Device的createRfcomm Socket To Service Record()來(lái)獲??；在服務(wù)器啟動(dòng)服務(wù)之后，accept()進(jìn)行阻塞，直到客戶端connect()成功連接服務(wù)器，服務(wù)器將Bluetooth Socket對(duì)象返回給客戶端，建立連接后，服務(wù)器和客戶端的Bluetooth Socket對(duì)象能夠獲取到輸入輸出流，從而進(jìn)行下一步的通信。
5.4機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)
根據(jù)藍(lán)牙連接流程依次進(jìn)行藍(lán)牙的連接與通信測(cè)試。首先打開(kāi)藍(lán)牙，通過(guò)搜索設(shè)備搜索機(jī)器人中集成的藍(lán)牙模塊進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)成功之后通過(guò)CONNECT建立連接，連接建立之后即可通過(guò)控制按鈕控制機(jī)器人行動(dòng)。
昆蟲機(jī)器人移動(dòng)端控制測(cè)試結(jié)束后，對(duì)昆蟲機(jī)器人進(jìn)行了自動(dòng)避障測(cè)試，測(cè)試結(jié)果證明機(jī)器人能夠在多種不規(guī)則地形中行動(dòng)，并在合理范圍內(nèi)對(duì)所遇障礙進(jìn)行自動(dòng)規(guī)避。另外，通過(guò)多個(gè)機(jī)器人之間的聯(lián)合測(cè)試，驗(yàn)證了機(jī)器人之間進(jìn)行紅外集群通信的有效性，并利用特定機(jī)器人對(duì)智能語(yǔ)音提示與蜂鳴器警告功能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果證明了TTL串口語(yǔ)音模塊的有效性。
六、智能機(jī)器人的歷史與發(fā)展前景
智能機(jī)器人是一種具備一些與人或其他生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。智能機(jī)器人相較于一般機(jī)器人而言，具有感知周圍環(huán)境的能力，并且能對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行分析，調(diào)整自己的行為來(lái)達(dá)到操作者的要求，甚至能夠在信息不充分及環(huán)境迅速變化的情況下完成動(dòng)作。智能機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景隨技術(shù)的不斷發(fā)展而得到極大的擴(kuò)展，在諸如工農(nóng)業(yè)發(fā)展、社會(huì)服務(wù)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，智能機(jī)器人都有著極大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。
機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，是科學(xué)技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果，它的發(fā)展起源于第二次世界大戰(zhàn)后，人員的匱乏以及人口老齡化的加劇，勞動(dòng)力越來(lái)越緊缺，而傳統(tǒng)的機(jī)器人離不開(kāi)人的控制，這時(shí)人們對(duì)機(jī)器人的智能化需求不斷提高，技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)器人變得越來(lái)越趨向于智能化。
我們一般把機(jī)器人分為三代：第一代是“可編程機(jī)器人”；第二代是“感知機(jī)器人”；第三代就是智能機(jī)器人。20世紀(jì)80年代，人工智能的發(fā)展呈壯大之勢(shì)，幾年后藝術(shù)機(jī)器人AARON誕生，能夠創(chuàng)作一些抽象派畫作。隨著人工智能的爆發(fā)，許多智能機(jī)器人也開(kāi)始逐步誕生，像智能園丁、手術(shù)機(jī)器人這樣的智能化機(jī)器人層出不窮。而現(xiàn)在智能機(jī)器人的發(fā)展仍未止步，我們也期待著更便捷的機(jī)器人的誕生。
按現(xiàn)在的趨勢(shì)來(lái)看，智能機(jī)器人將會(huì)向更智能化的方向發(fā)展：能處理更多信息、能完成更復(fù)雜的指令、有著更人性化的人機(jī)界面、操作更為簡(jiǎn)單等。智能機(jī)器人從誕生至今，與我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系變得越來(lái)越密切，從商業(yè)到軍事，再到醫(yī)療等領(lǐng)域，無(wú)一不存在智能機(jī)器人的身影，隨著智能機(jī)器人的功能日益豐富，越來(lái)越多的崗位被智能機(jī)器人占據(jù)，部分崗位甚至不再需要人類，這時(shí)很多人開(kāi)始擔(dān)心自己的就業(yè)問(wèn)題。
七、智能機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景
7.1智能機(jī)器人在商業(yè)方面的應(yīng)用
智能機(jī)器人在商業(yè)方面的應(yīng)用最為普遍的就是掃地機(jī)器人，掃地機(jī)器人運(yùn)用了信息融合技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，能夠自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作，從而完成地面清理。其通過(guò)自身雷達(dá)對(duì)房間布局進(jìn)行測(cè)繪，并自動(dòng)規(guī)劃最佳清掃路線，在電量不足的情況下也能夠自動(dòng)回到充電處進(jìn)行充電。
快遞分揀也是智能機(jī)器人比較典型的應(yīng)用領(lǐng)域，最近一些快遞公司的全自動(dòng)快遞分揀機(jī)器人引起廣泛關(guān)注?？爝f分揀機(jī)器人主要對(duì)長(zhǎng)不超60cm，寬不超50cm，重量在5kg以下的小件包裹進(jìn)行分揀。分揀員只需要將貨物放置在分揀機(jī)器人上，剩下的由分揀機(jī)器人處理。分揀機(jī)器人能夠自動(dòng)對(duì)貨物進(jìn)行掃碼、稱重，并能根據(jù)貨物的投送地點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃最佳的投送路徑。
7.2智能機(jī)器人在軍事方面的應(yīng)用
智能軍用機(jī)器人可在戰(zhàn)場(chǎng)上更高效地執(zhí)行各種各樣的任務(wù)以及取代人類從事笨重或高危險(xiǎn)作業(yè)。智能機(jī)器人在軍事方面有著廣泛的應(yīng)用前景，因而受到世界各國(guó)的重視?！叭馈眰刹闄C(jī)器人在戰(zhàn)場(chǎng)上可被用于對(duì)核沾染、化學(xué)染毒和生物污染進(jìn)行偵測(cè)、識(shí)別、標(biāo)記和取樣。
智能機(jī)器人在軍事方面用的比較多的是在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，北航研發(fā)的融合了更先進(jìn)的飛控系統(tǒng)的天鷹無(wú)人機(jī)在偵查時(shí)能自動(dòng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索和跟蹤；電子對(duì)抗時(shí)，只需要地面控制人員發(fā)送一條指令，天鷹無(wú)人機(jī)就能自動(dòng)綜合處理目標(biāo)位置、自身人物設(shè)備性能以及自身飛行高度和速度等信息，自動(dòng)生成最佳航線，并自動(dòng)進(jìn)入攻擊狀態(tài)或?qū)範(fàn)顟B(tài)，也具備了自動(dòng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行打擊的能力。
7.3智能機(jī)器人在醫(yī)療方面的應(yīng)用
智能機(jī)器人在醫(yī)療方面可用于疾病診斷，如對(duì)醫(yī)療圖像進(jìn)行分析、對(duì)疾病的判斷、通過(guò)對(duì)相似病例的比對(duì)提出治療方案等。在諸如癌癥治療等這樣信息復(fù)雜且規(guī)模巨大的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，人類難以全面分析所有信息，因而誤診時(shí)有發(fā)生。全面分析各方面信息，從而減少誤診率，就是智能機(jī)器人疾病診斷的價(jià)值所在。據(jù)IBM稱，沃森也許比此前任何一臺(tái)機(jī)器處理信息更快速，提出診療建議更智能。沃森可以通過(guò)詢問(wèn)病人的病癥、病史，通過(guò)使用人工智能技術(shù)等，綜合從各渠道獲取的信息，迅速給出診斷提示和治療意見(jiàn)。沃森對(duì)病人的診斷甚至能比高資歷醫(yī)生更準(zhǔn)確。
手術(shù)是救治病人的一類重要手段，而需要手術(shù)的病人多的時(shí)候，人類有限的體力、眼力和精力往往難以應(yīng)付。手術(shù)機(jī)器人的誕生則大大減輕了人類的負(fù)擔(dān)，高倍率的三維鏡頭讓人看得更清楚，從而提高手術(shù)精度，利用機(jī)械臂可以使切出來(lái)的傷口更細(xì)小，主刀醫(yī)生操控機(jī)械臂進(jìn)行手術(shù)也避免了手術(shù)過(guò)程中流汗的麻煩，控制系統(tǒng)的智能減震也避免了因醫(yī)生手抖而造成的誤操作。
前幾年出現(xiàn)的“達(dá)芬奇”手術(shù)機(jī)器人對(duì)葡萄皮進(jìn)行縫合的畫面讓人們?yōu)槭中g(shù)機(jī)器人的精準(zhǔn)而驚嘆，它能將精準(zhǔn)、不知疲倦的手術(shù)機(jī)器人勢(shì)必會(huì)成為人類醫(yī)療領(lǐng)域的好幫手。
八、智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)
8.1人機(jī)交互技術(shù)
人機(jī)交互就是通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人與計(jì)算機(jī)之間的對(duì)話語(yǔ)言更加的多種多樣，它可以是聲音信號(hào)、動(dòng)作信號(hào)，甚至是腦電波信號(hào)等。
傳統(tǒng)的機(jī)器人只能夠按照已經(jīng)編好的程序指令執(zhí)行動(dòng)作，需要改變?nèi)蝿?wù)的話就需要對(duì)程序進(jìn)行改動(dòng)，甚至是重新編寫一整套程序，而如今的智能機(jī)器人通過(guò)先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)已經(jīng)可以做到隨時(shí)修改任務(wù)指令，而且不需要對(duì)程序進(jìn)行編寫，只需要一句話或者一個(gè)動(dòng)作就可以讓機(jī)器人去執(zhí)行另外的指令。與傳統(tǒng)機(jī)器人相比較，智能機(jī)器人的交互方式更方便也更靈活。
人機(jī)交互的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如應(yīng)用于可穿戴式計(jì)算機(jī)的動(dòng)作識(shí)別技術(shù)，應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、遙控機(jī)器人及遠(yuǎn)程醫(yī)療等的觸覺(jué)交互技術(shù)，應(yīng)用于智能手機(jī)的智能語(yǔ)音輸入技術(shù)等。
8.2信息融合技術(shù)
信息融合就是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測(cè)信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合處理，以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過(guò)程。綜合處理各種各樣的信息是智能機(jī)器人的價(jià)值之一，當(dāng)智能機(jī)器人收集到如氣壓、溫度、濕度等多種信息后，需要解決信息冗余的問(wèn)題，就必須進(jìn)行信息融合。
在軍事領(lǐng)域上，飛機(jī)的飛行受風(fēng)速、風(fēng)向、海拔等因素的影響，我們需要綜合考慮這一系列信息從而做出決策，這時(shí)就會(huì)使用到信息融合技術(shù)。如上文說(shuō)到的天鷹無(wú)人機(jī)對(duì)自身任務(wù)設(shè)備、目標(biāo)位置、飛行高度及速度等信息的綜合處理，就是將這一系列參數(shù)進(jìn)行信息融合，自動(dòng)生成最佳航線便是對(duì)信息融合后的決策。
8.3機(jī)器視覺(jué)技術(shù)
機(jī)器需要感知外界環(huán)境，最重要的就是通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)獲取外界信息。機(jī)器視覺(jué)是指把視覺(jué)信息作為輸入，并對(duì)信息進(jìn)行處理，進(jìn)而提取出有用的信息提供給機(jī)器。
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。如在醫(yī)療圖像分析上，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，醫(yī)療系統(tǒng)可以將圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信號(hào)，從而能進(jìn)行對(duì)圖像的血細(xì)胞分類計(jì)數(shù)、染色體狀況分析等操作；在金屬探傷方面，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，對(duì)金屬內(nèi)部狀況進(jìn)行分析。
一些涉及不適宜人類工作的環(huán)境或人類視覺(jué)的精度不足以滿足要求的領(lǐng)域，常常會(huì)用到機(jī)器視覺(jué)，類似于金屬板表面自動(dòng)控傷系統(tǒng)、汽車車身檢測(cè)系統(tǒng)、智能交通管理系統(tǒng)、汽車生產(chǎn)流水線檢測(cè)系統(tǒng)等與機(jī)器視覺(jué)技術(shù)密切相關(guān)。
結(jié)語(yǔ)
本文就智能昆蟲機(jī)器人的工作原理與相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究分析，并深入探究了該類型機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中所具有的優(yōu)勢(shì)與具體適用場(chǎng)景?；谝陨涎芯糠治?，對(duì)昆蟲機(jī)器人的總體架構(gòu)、核心模塊、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提出了具體的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障、遠(yuǎn)程控制、集群通信交互、智能提示等功能，并通過(guò)在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中測(cè)試進(jìn)行了驗(yàn)證。
另外，單片機(jī)技術(shù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器、機(jī)電產(chǎn)品、家用電器等領(lǐng)域，是自動(dòng)控制技術(shù)的核心之一。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)變得更為協(xié)調(diào)了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造變得更為簡(jiǎn)化了，因?yàn)閱纹瑱C(jī)技術(shù)在機(jī)器人控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用所以提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性。當(dāng)前，我國(guó)機(jī)器人控制系統(tǒng)中對(duì)單片機(jī)技術(shù)的運(yùn)用還處在起步階段，智能機(jī)器人的發(fā)展也將隨著單片機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和完善實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
智能機(jī)器人的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)造成了不小的沖擊，卻也催生出了類似于“機(jī)器人助手”新的職業(yè)，就像是在工業(yè)革命中誕生的傳統(tǒng)機(jī)械替代了手工，卻也帶來(lái)了新的職業(yè)一樣。人類的工作將會(huì)由簡(jiǎn)單重復(fù)的工作過(guò)渡到更有創(chuàng)造性的工作上，智能機(jī)器人的普及是無(wú)法避免的，我們只能不斷提高自己的綜合素質(zhì)來(lái)避免自己被替代。
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