工业机器人与人工智能研究与发展综述

吴峻州

摘要：工业机器人是一种面向工业领域的多关节机械手或多自由度机械装置。它可以自动执行工作。它是一种依靠自身的动力和控制能力来实现各种功能的机器。工业机器人是机器人产业快速发展和高需求的重要组成部分。随着工业生产向自动化、集成化、柔性化方向发展，工业机器人已成为高端制造装备的重要组成部分，其智能化水平也与人工智能结合在一起不断提高。它可以由人类指挥，也可以按照预先编程的程序运行。现代工业机器人也可以根据人工智能技术制定的原理来工作。

关键词：工业机器人;人工智能;发展前沿

引言

工业机器人起源于美国能源实验室开发的操作机械手。之后，第一代教学与再现工业机器人、第二代具有基本感知功能的工业机器人、第三代智能机器人相继问世。随着工业生产向自动化、集成化、柔性化方向发展，工业机器人已成为高端制造装备的重要组成部分，其智能水平也在不断提高。工业机器人技术和产品的创新推动了智能制造技术的进步，体现了一个国家机器人技术的实力和在自动化与智能技术水平上的竞争力。在制造业转型升级和人口老龄化的双重压力下，我国积极发展工业机器人，已进入工业化初期阶段。随着科学理论和工程技术的发展、操作性能的不断提高、推动应用于新领域的需要，这些引领了新时代机器人发展的新方向和新趋势。人工智能的定义可以分为两部分：“人工”和“智能”。“人造的”很容易理解，也很有争议。有时我们不得不考虑人类能做什么和制造什么，或者人类的智能水平是否高到足以创造人工智能，等等。但一般来说，“人工系统”是指一般意义上的人工系统。随着人工智能融入工业机器人，人们的生活和生产操作发生了巨大的变化。

一、 目前存在的问题和解决方案

工业机器人和人工智能的技术和产品在世界各地发展迅速，大大满足了工业的生产与需要、国民经济建设以及人民的日常生活，在社会各个行业体现了工业机器人在机器人行业的重要地位。然而，工业机器人的发展还存在一些有待解决的问题。

1. 目前存在的问题

工业机器人综合了计算机技术、机械技术、结构技术等技术内容。它们全面而聪明。许多企业根据自身特点将其应用于自动化行业，并取得了显著的效果。但经过几十年的发展和应用，仍有许多不足之处。

（1）在传统应用中，工业机器人多采用离线编程或教学方式，要求机器人严格按照规定工作，功能单一，不能满足柔性制造的要求。

（2）国内外研究多集中于单个机器人，其技术相对成熟，效率、性能和可靠性都有了显著提高，但仍不能满足先进制造和智能制造的要求，许多复杂的任务无法由单个机器人独立完成。

（3）缺乏人才，由于从事工业机器人制造和技术的厂商在自主研发能力方面较差，提供的工作岗位较少，使大学生缺乏对这个行业的热情，导致缺乏专业人才。

（4）工业机器人视觉系统不能自适应地感知周围环境信息，从而对周围环境的变化不能做出合理的决策。

（5）人工智能的问题在于物理现实中的一些规则是不可改变的，即物理定律。我们用语言来描述它们，用它们来预测和建立文明。但是为了在这个物理环境中运作，地球上的每一个生物都掌握了这些法则，不需要语言。

（6）视觉统计模型是非常不完善的，因为它们只依赖于一定时间内的事物和人类指定的抽象标签进行识别。例如，深度神经网络可以看到数百万苹果挂在树上的图像，但它永远找不到万有引力定律。

2.拟解决方案

具有人工智能的工业机器人技术可以有效提高生产精度，解放劳动力。针对以上问题，提出改进工业机器人的解决方案如下：

（1）随着基于视觉的工业机器人应用领域的不断扩展，不同应用环境中的不同任务对机器人视觉系统提出了越来越高的要求。开发适合不同应用领域的视觉系统，将大大提高工业机器人在工业环境中的竞争力。

（2）开发多机器人协调系统。多机器人协调系统具有时间并行、空间分布、灵活性好、容错能力强、效率高等优点。

（3）工业机器人的视觉系统可以与语音智能识别相结合。将短时语音识别转化为目标参数信号的设置，可以降低使用成本，达到最佳的参数设置值，促进机器视觉系统在工业上的应用。

（4）从投资机会上看，我国人工智能的基层缺乏重要的原创性科研成果和有竞争力的技术与人才;技术层面即将进入产业整合阶段，其核心是提升团队的技术实力和创新能力;应用层是由于中国巨大的人口和市场优势，我们更应该把握住这个市场。

二、未来的发展方向

自21世纪以来，随着计算机技术的快速发展，光学机电一体化技术、网络技术、自动控制理论和人工智能，以及全自动化的无人生产也逐渐迅猛发展，机器人的智能和协调操作的复杂已成为一个关键问题。

此外，由于工业机器人是一个非线性多变量控制对象，需要对工业机器人的运动学、动力学和力控制进行深入研究，以适应高速、高精度、高负荷的运行。在医疗、救灾、深海探测等领域，机器人需要在动态、未知、非结构化的复杂环境中完成不同类型的任务，这对机器人的环境适应性、环境感知、自主控制和人机交互提出了更高的要求。

与机器人本体技术相比，中国在人工智能领域相对领先，具体体现在人工智能领域发表的论文数量和质量均居世界前两名;它对深入学习的基础设施作出了重要贡献;知名科研机构和高校处于世界一流水平;它在各种人工智能竞赛中都名列前茅。

在实践中，随着家用机器人成本性能的提高，机器人企业创造性地应用人工智能技术和机器人技术，根据特定的行业或应用场景，提出解决方案，实现相应的产品，这也是创业和创新的重要方向。

结语：

总的来说，虽然中国是世界上最大的机器人市场，但与发达国家相比，国内工业机器人技术的理论研究和工程应用水平还有相当大的差距。由于其新兴的产业，人工智能还需要很好的被人控制，所以国产机器人和人工智能的发展前景还很长。

参考文献：

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