曲道奎張念哲，中國科學院沈陽自動化研究所
壹、國外機器人的最新發展
從機器人誕生到80年代初，機器人學經歷了壹個漫長而緩慢的發展過程。20世紀90年代，隨著計算機技術、微電子技術和網絡技術的飛速發展，機器人技術也得到了迅速發展。除了工業機器人的不斷進步，各種用於非制造業的先進機器人系統也取得了長足的進步。接下來將按照工業機器人和先進機器人兩條技術發展路線來描述機器人的最新進展。
1.工業機器人
(1)機器人機械手:通過有限元分析、模態分析、仿真設計等現代設計方法的應用，實現了機器人機械手的優化設計。以德國庫卡為代表的機器人公司，將機器人的平行平行四邊形結構改為開鏈結構，擴大了機器人的工作範圍，並隨著輕質鋁合金材料的應用，大大提高了機器人的性能。此外，先進的RV減速器和交流伺服電機使機器人機械手幾乎成為免維護系統。
(2)並聯機器人:利用並聯機構和機器人技術實現高精度測量和加工，是機器人技術向數控技術的拓展，為未來機器人與數控技術的融合奠定基礎。意大利的柯馬公司、日本的FANUC公司和其他公司已經開發了這種產品。
(3)控制系統:控制系統的性能得到了進壹步提高。從過去標準控制的6軸機器人發展到現在能夠控制21軸甚至27軸，實現了軟件伺服和全數字控制。人機界面更加友好，基於圖形操作的界面也出來了。示教編程仍然是主要的編程方法，但離線編程在某些領域已經實用化。
(4)傳感系統:激光傳感器、視覺傳感器、力傳感器在機器人系統中成功應用，實現了自動焊縫跟蹤、自動生產線上物體的自動定位和精確裝配作業，大大提高了機器人的工作性能和對環境的適應能力。日本的川崎、安川、FANUC、瑞典的ABB、德國的庫卡、萊斯等公司都推出了這類產品。
(5)網絡通訊功能:日本安川、德國庫卡最新的機器人控制器，實現了與Canbus、Profibus和部分網絡的連接，使機器人從過去的獨立應用向網絡化應用邁出了壹大步，也使機器人從過去的專用設備向標準化設備發展。
(6)可靠性:由於微電子技術的飛速發展和大規模集成電路的應用，機器人系統的可靠性有了很大的提高。以前機器人系統的可靠性MTBF壹般是幾千小時，現在已經達到了5萬小時，可以滿足冬季任何場合的需要。
2.高級機器人
近年來，人類活動的領域不斷擴大，機器人的應用也從制造業發展到非制造業領域。海洋開發、太空探索、采礦、建築、醫療、農林、服務、娛樂等行業都提出了自動化和機器人化的要求。與制造業相比，這些行業的特點是工作環境的非結構化和不確定性，因此要求機器人具有行走功能、外部感知能力和局部自主規劃能力，這是機器人學的壹個重要發展方向。
(1)水下機器人:美國的AUSS、俄國的MT-88、法國的EPAVLARD等水下機器人已應用於海洋石油開采、海底勘探、打撈作業、管道鋪設和檢測、電纜鋪設和維護、大壩檢查等。，形成兩大水下機器人:有線水下機器人和自主水下機器人。
(2)空間機器人:空間機器人壹直是先進機器人的重要研究領域。目前，美國、俄羅斯、加拿大等國家都研制了各種空間機器人。比如美國美國國家航空航天局公司的太空機器人Sojanor。Sljanor是壹款自主移動汽車，重量11.5kg，尺寸630~48mm，六個車輪。它在火星上的成功應用引起了全世界的關註。
(3)核工業用機器人:國外的研究主要集中在機構靈巧、動作準確可靠、響應迅速、重量輕、剛性好、易於搬運和維護的高性能伺服手，以及半自主和自主移動機器人。典型系統已完成，如美國基於ORML機器人的放射性儲罐清洗系統、反應堆用雙臂機械手、加拿大研制成功的輻射監測與故障診斷系統、德國C7靈巧手等。
(4)地下機器人:地下機器人主要包括采礦機器人和地下管道維護機器人。主要研究內容有:機械結構、行走系統、傳感器和定位系統、控制系統、通信和遙控技術。目前，日本、美國、德國等發達國家已經開發出用於修復地下管道和石油、天然氣等大型管道的機器人，各種采礦機器人和自動化系統正在研發中。
(5)醫療機器人:醫療機器人的主要研究內容包括:醫療手術的規劃與仿真、機器人輔助手術、微創手術、臨場感手術等。美國已經研究了臨場感手術，用於戰場模擬、手術訓練、解剖教學等。法國、英國、意大利、德國等國家聯合開展了遠程信息處理、生物醫學和機電外科手術工具等項目的研究，並取得了壹些豐碩成果。
(6)建築機器人:日本開發了20多種建築機器人。如高層建築抹灰機器人、預制構件安裝機器人、室內裝修機器人、地面拋光機器人、玻璃清洗機器人等。，而且實際上已經和好了。卡內基梅隆大學、麻省理工學院等。都在開發管道挖埋機器人、內墻安裝機器人等模型，開展傳感器、移動技術、系統自動化施工方法等基礎研究。英國、德國、法國等國家也在開展這方面的研究。
(7)軍用機器人:近年來，美、英、法、德等國研制了第二代軍用智能機器人。其特點是自主控制模式，可以完成偵察、作戰、後勤保障等任務。具有戰場視、嗅、觸能力，能自動跟蹤地形、選擇道路，具有自動搜索、識別和摧毀敵方目標的功能。比如美國Navplab自主導航車、SSV半自動地面戰車、法國自主快速運動偵察車(DARDS)、德國MV4爆炸物處理機器人等。目前，美國ORNL正在開發各種用途的軍用機器人，如艾布拉姆斯坦克、愛國者導彈和電池。
可以預見，在21世紀，各種先進的機器人系統將進入人類生活的各個領域，成為人類的好助手和親密夥伴。
二、當前的研究熱點和發展趨勢
目前，國際機器人界正在加緊科學研究，開展機器人技術研究，向智能化和多樣化發展。主要研究內容集中在以下10方面:
1.工業機器人機械手結構優化設計技術:探索新型高強度輕量化材料，進壹步提高載荷/自重比，同時機構向模塊化、可重構方向發展。
2.機器人控制技術:專註於開放式、模塊化的控制系統，人機界面更加友好，語言和圖形編程接口正在開發中。基於PC的機器人控制器和網絡控制器的標準化和網絡化已成為研究熱點。除了進壹步提高在線編程的可操作性，離線編程的實用性將成為研究重點。
3.多傳感器系統:為了進壹步提高機器人的智能性和適應性，多傳感器的使用是解決其問題的關鍵。研究的重點是有效可行的多傳感器融合算法，尤其是在非線性、非平穩、非正態分布的情況下。另壹個問題是傳感系統的實用性。
4.機器人結構靈巧，控制系統越來越小，兩者向集成化發展。
5.機器人遠程控制和監控技術，機器人半自主和自主技術，多個機器人和操作者之間的協調控制，通過網絡建立大型機器人遠程控制系統，建立預顯示以便在時間延遲的情況下進行遠程控制。
6.虛擬機器人技術:基於多傳感器、多媒體、虛擬現實和臨場感技術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。
7.多智能體控制技術:這是機器人研究的壹個新領域。本文主要研究了多智能體群體體系結構、相互交流和協商機制、感知和學習方法、建模和規劃、群體行為控制等。
8.微/微型機器人:這是機器人研究的新領域和重點發展方向。過去在這壹領域的研究幾乎是空白，因此這壹領域的進步將引發機器人技術的革命，並將對社會進步和人類活動的方方面面產生不可估量的影響。微型機器人技術的研究主要集中在系統結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術和行走技術等方面。
9.軟機器人:主要用於醫療、護理、休閑娛樂。傳統的機器人設計沒有考慮與人的密切關系，因此其結構材料多為金屬或硬質材料。軟機器人技術要求在機器人與環境或人發生意外碰撞時，其結構、控制方式和傳感系統是安全的，機器人對人是友好的。
10.仿人仿生技術:這是機器人技術發展的最高境界，目前只是在某些方面進行壹些基礎研究。