1 智能机器人的概念

1.1 智能机器人定义与发展背景

1.1.1 定义

智能机器人是能够自主感知环境、自主逻辑判断、自主控制执行和自主学习的人造机器或机械电子装置，核心是具备“自主决策与执行”能力，而非单纯依赖外部指令。

1.1.2 发展背景与关键事件

• 1920年：捷克剧作家卡佩克在剧本《罗萨姆的万能机器人》中首次创造“Robot”一词；
• 1940年：科幻作家阿西莫夫发表《罗比Robbie》，探讨机器人与人类的关系；
• 1942年：阿西莫夫在《转圈圈Runaround》中提出“机器人三原则”，成为机器人伦理的核心基础：
  1. 机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观；
  2. 机器人必须服从人类的命令，除非该命令与第一条矛盾；
  3. 机器人必须保护自己，除非这种保护与前两条矛盾；
• 2016年：深圳高交会上，机器人“小胖”因故障自主破坏展台、划伤路人，凸显机器人安全与控制的重要性。

1.2 智能机器人的三要素

智能机器人的核心能力由“感觉、反应、思考”三要素构成，三者协同实现自主智能：

• 感觉要素：通过传感器（视觉、听觉、触觉等）感知外部环境信息；
• 反应要素：通过执行机构（机械臂、轮子等）做出动作响应；
• 思考要素：通过计算机系统进行逻辑判断、决策与学习。

1.3 核心技术与应用框架

智能机器人的技术体系围绕“核心技术-应用技术-业务场景”展开，形成完整落地链路：

• 核心技术：定位与导航、人机交互、环境交互（三大核心），配套传感器技术、语音识别、语义理解、机械臂控制、实时环境定位等；
• 应用技术：自主地图构建、情感交互、物流配送、外科手术、防爆抢险、仓储搬运等；
• 业务场景：工业生产、农业、家政、陪伴、教育、军用、医疗、水下作业、景点导游、高空作业等。

1.4 智能机器人的分类

根据“应用领域”和“智能程度”，智能机器人可分为不同类型：

1.4.1 按应用领域分类

• 工业机器人：用于工业生产场景（如焊接、搬运、装配）；
• 服务机器人：用于服务人类生活或专业领域（如家政、医疗、军事）；
• 无人驾驶汽车：具备自主行驶能力的轮式移动机器人。

1.4.2 按智能程度分类

类型	核心特点	功能边界
传感型智能机器人	无本体智能单元，仅含执行机构与感应机构，依赖外部控制	可利用传感信息（视觉、听觉）处理简单任务，无自主决策能力
交互型智能机器人	含计算机系统，可与人机对话，具备部分处理/决策功能	能独立实现避障等简单操作，但仍需外部干预（如操作员控制）
自主型智能机器人	本体集成感知、处理、决策、执行模块，无需人工干预	可在复杂环境下自动完成拟人任务，如自主导航、独立解决问题

1.5 关键技术

智能机器人的自主能力依赖六大关键技术支撑，覆盖“感知-决策-执行-交互”全流程：

1. 多传感器信息融合：综合多个传感器数据（如视觉、触觉、雷达），生成更可靠、全面的环境信息，具备冗余性、互补性、实时性、低成本性；
2. 导航与定位：通过环境理解（识别人为路标/实物）实现全局定位，实时检测障碍物/目标，保障工作安全；
3. 路径规划：依据“路径最短、时间最少、代价最低”等准则，在工作空间中规划避开障碍物的最优路径；
4. 机器人视觉：由摄像机、图像采集卡、计算机组成，核心任务是图像获取、处理分析、特征提取、图像分割与辨识，是机器人智能化的核心标志；
5. 智能控制：提升机器人速度与精度，但存在局限（如模糊控制规则库庞大则推理慢，规则简单则精度低）；
6. 人机接口技术：实现“人-机自然交流”，要求机器人具备文字识别、语音交互、多语言翻译能力，依赖友好的人机界面与知识表示方法。

1.6 重点发展领域（《机器人产业发展规划》）

国家《机器人产业发展规划》明确十大标志性产品，聚焦工业与服务机器人中高端领域：

• 工业机器人领域（6类）：弧焊机器人、真空（洁净）机器人、全自主编程智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重载AGV，推动智能生产与物流；
• 服务机器人领域（4类）：消防救援机器人、手术机器人、智能型公共服务机器人、智能护理机器人，推进专业服务机器人系列化、家用机器人商品化。

2 工业机器人及应用

2.1 工业机器人定义

根据国际标准化组织（ISO）定义，工业机器人是能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，可通过搬运材料、工件或操持工具完成各类工业作业（如焊接、装配、分拣）。

2.2 工业机器人的特点

工业机器人具备四大核心特点，适配工业生产的自动化、柔性化需求：

1. 拟人化：机械结构模拟人类手臂或其他作业结构（如多关节机械臂）；
2. 通用性：可通过修改程序执行不同任务，适应多场景作业；
3. 独立性：完整系统工作时无需人工干预，实现全自动生产；
4. 智能性：具备不同程度的智能（如路径规划、故障自检）。

2.3 典型示例：移动机器人（AGV）

AGV（Automated Guided Vehicle）是工业机器人的重要类型，核心特点与应用如下：

• 核心功能：由计算机控制，具备移动、自动导航、多传感器控制、网络交互能力；
• 应用行业：机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等，用于柔性搬运、传输；
• 具体场景：自动化立体仓库、柔性加工/装配系统（作为活动装配平台）、车站/机场/邮局的物品分拣运输。

2.4 工业机器人的未来趋势

• 智能化升级：智能工业机器人成为技术制高点与经济增长点，融合AI技术提升自主决策与适应能力；
• 市场增长：中国是全球机器人行业增长最快的市场，预计未来两年内超越日本，成为全球最大工业机器人市场；
• 巨头布局：谷歌等科技公司通过收购机器人技术公司加大投入，推动行业技术突破。

3 服务机器人及应用

3.1 服务机器人定义

根据国际机器人联合会定义，服务机器人是半自主或全自主工作的机器人，核心功能是完成“有益于人类健康的服务工作”（不含工业生产设备），分为两类：

• 专业领域服务机器人：用于医疗、军事、太空等专业场景；
• 个人/家庭服务机器人：用于家政、陪伴等家庭场景。

3.2 服务机器人的典型应用场景

3.2.1 军事领域

• 山地仿生四足机器人（中国北方工业公司）：适应复杂山地地形，执行侦察、运输任务；
• 履带式军用机器人：可在恶劣战场环境中执行排爆、巡逻任务。

3.2.2 太空领域

• 先进太空机械臂：用于航天器维护、舱外作业（如空间站设备安装与维修）。

3.2.3 医疗领域

• 达芬奇手术机器人：具备高精度操作能力，可完成复杂外科手术（如缝合葡萄皮，体现超高精细度）。

3.2.4 家政领域

• 功能覆盖：炒菜、洗衣、送餐等家庭服务，减轻家务劳动负担。

4 自动驾驶汽车

4.1 自动驾驶汽车定义与核心原理

4.1.1 定义

自动驾驶汽车（又称无人驾驶汽车、轮式移动机器人）是通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车，曾参与2022年北京冬奥会火炬接力活动。

4.1.2 核心原理

• 感知层：通过车载传感器（视觉摄像头、雷达、监控装置）感知周围环境；
• 决策层：依赖人工智能、视觉计算、全球定位系统（GPS）协同合作，分析环境信息并制定行驶策略；
• 执行层：无需人类操作，自动控制车辆行驶（加速、刹车、转向）。

4.2 自动驾驶分级（SAE标准）

美国汽车工程师学会（SAE）将自动驾驶分为5级，明确不同等级的“驾驶操作、周边监控、支援责任”与应用场景，目前量产车最高接近L3级：

分级	等级名称	驾驶操作主体	周边监控主体	支援责任主体	应用场景	量产车现状
L0	人工驾驶	驾驶员	驾驶员	无	-	-
L1	辅助驾驶	车辆	驾驶员	驾驶员	-	常规量产车
L2	部分自动驾驶	车辆	驾驶员	驾驶员	限定场景（如高速）	多数智能汽车
L3	条件自动驾驶	车辆	车辆	驾驶员	特定场景	接近L3（如特斯拉）
L4	高度自动驾驶	车辆	车辆	车辆	多数场景	测试阶段
L5	完全自动驾驶	车辆	车辆	车辆	所有场景	研发阶段