浅析机器人的发展进程以及机器人控制

【摘要】人类始终渴望制造向人一样的机器，从古至今一直在发展机器人。虽然当今机器人的功能十分有限，但它正在迅速发展，并对人类生产生活的各方面产生影响。

【关键词】工业机器人；机器人控制；机器人发展

从古至今，人类一只想要创造一种像人一样的机器，以便帮助人完成繁重的、枯燥的、危险的工作。西周时期，出现了能歌善舞的伶人，那是我国最早有记载的机器人。公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人——自动机，可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。汉代大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。1773年，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏音乐供参观者欣赏。19世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派。

我国工业机器人自兴起以来，发展非常迅速。70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。1972年开始研制自己的工业机器人。“七五”期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、电焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施。上世纪90年代初期起，形成了一批机器人产业化基地，进入本世纪，我国在工业机器人方面投入增加，取得了显著成果。

我国从事机器人研发和应用工程的单位200多家，拥有量为3500台左右，其中国产占20%，其余都是从日本、美国、瑞典等40多个国家引进的。2000年已经生产各种类型工业机器人和系统300台套，机器人销售额6.74億元，机器人产生对国民经济的年收益额为47亿元。弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多；其次是搬运、上下料（冲压、压铸、铸锻、注塑等）；再次是包装、码垛、拆垛机器人和密封涂胶机器人。就行业而言，汽车行业以焊接、喷涂、涂胶作业较多，冲压搬运、装配次之；电子电器行业集中在装配，工程机械行业集中用于弧焊，喷涂其次。

机器人系统通常分为机构本体和控制系统两大部分。控制系统的作用是根据用户的指令对机构本体进行操作和控制完成作业的各种动作。机器人控制系统有如下特点：一是机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。机器人的状态可以在各种坐标下描述，应当根据实际要求选择不同的基准坐标系，并做适当的坐标变换，因此多会运用运动学正问题和逆问题。二是一个简单的机器人有3至5个自由度，比较复杂的机器人有十几个，甚至几十个自由度，一般每个自由度包含一个伺服机构。为了完成一个共同的任务，它们必须协调运动，组成一个多变量控制系统。三是把多个独立的伺服系统有机地协调起来，使其按照人的意志行动，甚至赋予机器人一定的“智能”，这个任务只能由计算机完成。因此机器人控制系统必然是一个计算机控制系统，计算机软件担负着艰巨的任务。四是机器人动力学模型是一个非线性模型，随着状态的不同和外力的变化，其参数也在变化，而且各变量之间还存在耦合。因此在控制时经常使用重力补偿、前馈、解耦或现代控制方法。五是机器人动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，因此存在一个“最优”的问题。较高级的机器人可以用人工智能的方法，用计算机建立起庞大的信息库，借助信息库进行控制、决策、管理和操作；还可以通过传感器和模式识别的方法去获得对象及环境的信息，按照给定的指标要求，自动地选择最佳的控制规律。

工业机器人的控制系统一般分为两个控制层次：上级为组织级，其任务是将期望的任务转化成运动轨迹或适当的操作，并随时监测机器人各部分的运动及工作情况，处理意外事件；下级为实时控制级，它根据机器人动力学特性及机器人当前运动情况，综合出适当的控制指令，驱动机器人机构完成指定的运动和操作。

如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明。

索菲亚（Sophia）机器人是与人类极其相似的人类机器人，也是世界上首个获得公民身份的机器人。她的大脑采用人工智能技术和谷歌语音识别技术，能够识别人类面部、理解语言、记住与人类的互动。2017年10月26日，沙特阿拉伯机器人索菲亚公民身份。作为首个获得公民身份的机器人，她表示希望能够帮助人类生活得更美好，她也希望自己有朝一日能够上学，经商，她甚至希望将来能够组建自己的家庭。可见机器人与人工智能技术正在迅速发展，在未来也许真的会出现人与机器人和谐生活的一幕。

参考文献

[1]孙树栋.工业机器人技术基础[M].西安：西北工业大学出版社，2006.

作者简介：孟冠彤（1997.01—），女，汉族，河北石家庄人，本科在读，研究方向：机械电子工程。