机器人视觉系统、智能控制与人机接口技术详解及应用

am928 · 发表于 2025-3-9 18:17:21

4、机器人视觉

视觉系统是自主机器人的重要构成部分。它一般由摄像机、图像采集卡以及计算机构成。机器人视觉系统的工作包含图像的获取，还有图像的处理与分析，以及输出和显示。其核心任务有特征提取、图像分割以及图像辨识。

5、智能控制

机器人技术在不断发展。传统控制理论对于那些无法精确解析建模的物理对象以及信息不足的病态过程，暴露出了自身的缺点。近年来，许多学者纷纷提出了各种不同的机器人智能控制系统。

6、人机接口技术

智能机器人的研究目标并非要完全取代人。目前，复杂的智能机器人系统仅仅依靠计算机来控制是有一定困难的。即便能够做到依靠计算机控制，也因为缺乏对环境的适应能力而不实用。智能机器人系统不能完全排斥人的作用，而是需要借助人机协调来实现系统控制。所以，设计良好的人机接口成为了智能机器人研究的重点问题之一。

四.智能机器人的主要分类

（一）.按功能分类

1、传感型机器人

有外部受控的机器人。这种机器人的本体上不存在智能单元，仅有执行机构和感应机构。它能够利用诸如视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉以及红外、超声、激光等传感信息，进行传感信息处理，从而具备实现控制与操作的能力。它是受控于外部计算机的，目前机器人世界杯的小型组比赛所使用的机器人就属于这种类型。

2、自主型机器人

机器人在设计制作完成后，无需人的介入，能在各种环境中自动完成各项拟人的任务。自主型机器人的本体具备感知、处理、决策、执行等模块，能够像自主的人那样独立活动和处理问题。许多国家都对全自主移动机器人的研究极为重视。智能机器人的研究始于 60 年代初，历经几十年的发展。如今，基于感觉控制的智能机器人（即第二代机器人）已步入实际应用阶段。同时，基于知识控制的智能机器人（也就是自主机器人或下一代机器人）也取得了显著进展，并且已经研制出了多种样机。

3、交互型机器人

机器人借助计算机系统与操作员或程序员展开人-机对话，以此来达成对机器人的控制与操作。它具备了部分处理和决策的功能，能够独自实现诸如轨迹规划、简单避障等一些功能。然而，它依然需要受到外部的控制。

（二）.按智能程度分类

1、工业机器人

它只能按照人规定的程序死板地工作，外界条件无论怎样变化，它自身都无法对程序以及所做的工作进行相应调整。若要改变机器人所做的工作，就必须由人对程序作出相应改变，所以它是没有智能的。

2、初级智能机器人

具有类似人的感受、识别、推理和判断的能力。能够依据外界条件的变化，在一定的范围之内自行对程序进行修改，也就是说它能够适应外界条件的变化，从而对自身作出相应的调整。然而，修改程序的原则是由人预先设定好的，这种具备初级智能的机器人已经拥有了一定的智能。

3、高级智能机器人

具备感觉、识别、推理和判断的能力，还能依据外界条件的变化，在一定范围内自行对程序进行修改。不同之处在于，修改程序的原则并非由人来规定，而是机器人通过自身学习、总结经验从而获得修改程序的原则。因此，它的智能要高于初能智能机器人。此类机器人已经具备一定的自动规划能力，能够自行安排自身的工作。这种机器人无需人的照料，能够完全独立地进行工作，因此被称为高级自律机器人。并且，这种机器人也开始步入实用阶段。

五．当今智能机器人的主要类型

1、工业生产型机器人

现阶段，“机器换人”的观念越来越受到生产、加工型企业的青睐。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，它能够仿人操作、自动控制，还可重复编程，能在三维空间完成各种作业，是一种机电一体化的自动化生产设备，特别适合多品种、变批量的柔性生产。它对于产品的快速更新换代有着重要作用。机器人并非单纯地代替人工劳动。它是一种拟人的电子机械装置，综合了人的特长与机器的特长。它既有快速反应和分析判断环境状态的能力，又能长时间持续工作、精确度高且抗恶劣环境。从某种意义上讲，它是机器的进化过程产物。它是工业以及非产业界重要的生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可或缺的自动化设备。

2、日本拟在特殊灾害现场使用机器人

该技术主要用于核电站事故以及 NBC（核、生物、化学）恐怖袭击等情形。远程操控的机器人配备有轮带，能够跨越瓦砾，对现场周围的辐射量、细菌、化学物质、有毒气体等状况进行测定，并将数据传输给指挥中心。指挥者能够依据这些数据来选择污染程度较轻的进入路线。现场人员会携带能够测定辐射量、呼吸、心跳、体温等数据的机器开展相关活动。这些数据会即刻传送到指挥中心。如果发现有中暑的危险，或者对精神压力进行测定且发现危险性较高，就可以立刻指挥撤退。

3、医用胶囊内镜机器人

“胶囊内镜机器人”外形与普通胶囊一样。它由上海安翰医疗技术有限公司和安翰光电技术（武汉）有限公司研发。该机器人采用了国际首创的遥控胶囊内窥镜控制系统。借助这个系统，医生能够通过软件来操控胶囊机器人在胃内的运动，还能改变胶囊的姿态，按照所需角度对病灶进行重点拍摄照片，以此达到全面观察胃黏膜并作出诊断的目的。图像在这个过程中被无线传输到了便携记录器。数据导出之后，还能够继续回放，这样做可以提高诊断的准确率。与传统胃镜相比较，它具有数据采集更为精确、完全没有痛苦、一次性使用不会有交叉感染等优势。到目前为止，一共有 321 位患者自愿同意并且参与了磁控胶囊内镜的临床研究。对研究结果进行初步分析后，证明了遥控胶囊内镜系统是安全的，其诊断准确率达到了 92.8%。这对于提高百姓消化道健康检查的比例以及消化道早期疾病的发现比例，还有降低恶性消化道疾病晚期发病率都有着重要意义。

4、达芬奇高清晰三维成像机器人

它是当今全球唯一获得 FDA 批准应用于外科临床治疗的智能内窥镜微创手术系统。2000 年开始投入临床应用，2006 年北京解放军总医院率先引入。达芬奇 500 多年前设计了机器人的雏形。它有三大组成部分：一是按人体工程学设计的医生操作系统；二是由 3 个器械臂和 1 个镜头臂组成的 4 臂床旁机械臂系统；三是高清晰三维视频成像系统。

5、“阿尔法”智能人形机器人

2014 年 9 月下旬，有一场足球比赛在北京工人体育馆举行。一对机器人球迷因这场比赛而走红。它们拥有一个别具深意的名字，叫做“阿尔法”。“阿尔法”是深圳优必选科技有限公司研发的机器人产品之一，公司内部用“阿尔法”来称呼它。这款机器人具有编辑动作等智能化的扩展学习能力，是一款智能型机器人。

总结：机器人是由多学科交叉而成的。它集成了运动学与动力学方面的内容，也集成了机械设计与制造方面的内容，还集成了计算机硬件与软件方面的内容，以及控制与传感器方面的内容和模式识别与人工智能方面的内容等学科领域的先进理论与技术。同时，它属于一类典型的自动化机器，是专用自动机器和数控机器的延伸与发展。当前，社会需求以及技术进步都在不断对机器人向智能化发展提出新的要求。

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