王 慧

（1.安徽理工大学 机械工程学院，安徽 淮南 232001；2.霍山职业学校，安徽 六安 237200）

智能制造与新一代机器人技术的探讨

王 慧1，2

（1.安徽理工大学 机械工程学院，安徽 淮南 232001；2.霍山职业学校，安徽 六安 237200）

在现代制造和信息技术领域，语言识别与理解、图像识别与处理、计算机视觉、机器人规划、多信息传感与控制、知识表达获取与处理、推理与决策、专家系统、智能优化控制等智能技术应用越来越广泛，其智能化成果最终体现为新一代机器人——智能机器人的产生，智能机器人有相当发达的“大脑”。文章将对智能制造和新一代机器人技术进行简单的探讨。

科技时代；智能化；智能机器人；推动作用；技术

21世纪是以信息化为基础的科技时代，而智能化是信息化发展的高级阶段。随着基因、脑神经、认知等生命科学研究的逐步深入，生物科技不断得到发展，智能科学正一步步成为21世纪基础科学的推动力。在现代制造和信息技术领域，语言识别与理解、图像识别与处理、计算机视觉、机器人规划、多信息传感与控制、知识表达获取与处理、推理与决策、专家系统、智能优化控制等智能技术应用越来越广泛，其智能化成果最终体现为新一代机器人——智能机器人的产生，智能机器人有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的是中央，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。

1 新一代智能技术对智能制造的推动过程

当今世界，新一轮经济发展需要新一轮工业革命的推动，而新一轮工业革命的根本动力在于新一轮科技革命。因此新一轮经济发展的四大根本要素即成为信息技术飞速增长、数字化与网络化的普及应用、系统集成式创新和人工智能技术。

（1）信息技术飞速增长。50年来半导体行业的不断发展促进了整个信息行业的大飞跃，除了芯片之外，还有计算机、网络、通讯等信息技术，也都有不同程度的发展。尤其是过去十几年间，移动互联、物联网、大数据、云计算等新一代的信息技术几乎同时实现了巨大的突破，全都呈现出飞速增长的趋势。

（2）数字化、网络化的普及应用。数字化和网络化应用的范围几乎渗透到社会各领域，十分广泛，使得信息服务进入了普惠计算和网络时代，真正引发了一场信息革命。

（3）系统集成式创新。系统集成式创新是一种全新的创新方法，集成创新是利用各种信息技术、管理技术与工具等，对各个创新要素和创新内容进行选择、集成和优化，形成优势互补的有机整体的动态创新过程。集成创新强调灵活性，重视质量和产品多样化。集成创新的主体是企业，集成创新的目的是有效集成各种要素，更多地占有市场份额，创造更大的经济效益。苹果智能手机、特拉斯电动汽车就是系统集成式创新的成功典范。

（4）新一代人工智能技术。近十几年来，人工智能在世界范围内得到指数式的发展，不仅在量上有巨大的突破，在质上也有极大的飞跃。因为目前智能机器的学习能力不断提高，执行任务也在日趋复杂，所以人工智能新技术的发展和普及应用速度将会大大超过前几次科技革命的速度。新一代的人工智能技术，成为新的科技革命和产业革命的核心技术，将成为下一个数十年颠覆经济发展和人类社会的核心技术。

2 智能制造技术与系统架构

（1）智能制造技术的概念。智能制造技术利用计算机模拟制造业领域专家的分析、判断、推理、构思和决策等智能活动，并将这些智能活动和智能机器融合起来，贯穿应用于整个制造企业的子系统(经营决策、采购、产品设计、生产计划、制造装配、质量保证和市场销售等)，以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和高度集成化，从而取代或延伸制造环境领域专家的部分脑力劳动，并对制造业领域专家的智能信息进行收集、存储、完善、共享、继承和发展，是一种极大提高生产效率的先进制造技术。

（2）智能制造系统架构。智能制造系统架构主要包括三个方面，即生命周期、系统层级和智能功能。智能制造系统主要用来对智能制造标准体系结构和框架进行建模研究。生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。系统层级包括设备层、控制层、车间层、企业层和协同层，共五层。智能制造的系统层级体现了装备的智能化和互联网协议（IP）化，以及网络的扁平化趋势。智能功能包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态五层。

3 新一代机器人技术

新一代机器人区别于传统机器人，是一种可以进行自主学习，并且具备一定适应环境能力的智能设备，它主要的工作原理是凭借自身携带的传感器去感知和熟悉已知或未知的环境，执行分配好的任务，进行作业。如下图1所示。

图1 新一代机器人示意图

一般来说，智能机器人应当至少具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。感觉要素包括能感知视觉、接近、距离等非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉等接触型传感器。这些要素实质上就是相当于人的眼、鼻、耳等五官，它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传成器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。对运动要素来说，智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括有位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制、伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是人们要赋予机器人必备的要素。思考要素包括有判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。在国内外，智能机器人的发展现状如下表1所示。

表1 智能机器人的发展现状

智能机器人根据智能程度可分为传感型机器人、交互型机器人和自主型机器人。传感型机器人的本体上没有智能单元，只有执行机构和感应机构，它具有利用传感信息（包括视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声及激光等）进行传感信息处理、实现控制与操作的能力。受控于外部计算机，在外部计算机上具有智能处理单元，处理由受控机器人采集的各种信息以及机器人本身的各种姿态和轨迹等信息，然后发出控制指令指挥机器人的动作。目前机器人世界杯的小型组比赛使用的机器人就属于这样的类型。交互型机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人——机对话，实现对机器人的控制与操作。虽然具有了部分处理和决策功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能，但是还要受到外部的控制。自主型机器人在设计制作之后，无需人的干预，能够在各种环境下自动完成各项拟人任务，其本体上具有感知、处理、决策、执行等模块，可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。全自主移动机器人最重要的特点在于它的自主性和适应性，自主性是指它可以在一定的环境中，不依赖任何外部控制，完全自主地执行一定的任务。适应性是指它可以实时识别和测量周围的物体，根据环境的变化，调节自身的参数，调整动作策略以及处理紧急情况。

新一代机器人核心技术主要有：①传感器技术。机器人利用传感器感知和了解自身情况和外部环境；②伺服技术。智能机器人的基本运动单元是伺服系统，伺服技术主要指伺服电机及驱动器、精密减速器、液压泵、伺服阀、运动控制器技术；③控制技术。控制技术是在复杂的环境中，把分配的任务转变成相应机器人的机械运动。目前我国重点发展的是自主控制技术；④交互技术。以计算机为核心的人机界面交互技术；脑机远程交互与通讯技术；大量采用虚拟现实交互技术。⑤网络信息技术。将各机器人互联成为网络系统，促进智能机器人的分工协作能力，从而提高生产效率。

4 结语

目前我国的智能制造不断发展，初步形成了以新一代机器人、传感器、自动化生产线为代表的智能制造装备体系。但目前依旧存在一定的问题，比如创新技术的能力相对较弱、智能制造的产业缺乏基础和核心竞争力以及产业规模比较小等。智能制造是未来制造的发展趋势，必须大力发展新一代智能机器人技术，从而加快我国制造业的转型升级，减少能源的消耗，提高产业的生产效率，既要实现量的突破，也要追求质的飞跃，最终实现由“中国制造”向“中国智造”的重要转变。

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王慧（1985-），女，安徽霍山人，大学本科，硕士研究生，主要研究方向：机电专业课教学教研。