智能材料与智能机器人的智能化

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1、智能材料与智能机器人的智能化随着科技的发展与进步，一些人类不愿意甚至不能够做的事情(如工作环境差、劳动强度大、危险程度高等的工种或工序)已经开始利用机器人去实现，例如汽车制造工业中应用的焊接机器人，完成减速器壳体、汽车座椅、汽车燃油箱、汽车车身等的焊接工作[1]。生产力的发展使机器人得到快速的发展，智能科技化程度也越来越高，不仅部分解放了人类的双手，而且提高了生产效率，降低生产成本。智能机器人除在工业生产中的广泛应用外，在一些服务行业也越来越受到人类的青睐。2016年5月媒体报道，河北保定一家餐厅引进智能送餐机器人当“跑堂”，机器人“服务员”每次充电后可持续工作

2、约8h，具备自动送餐、空盘回收、菜品介绍等功能[2]。机器人甚至可以深入到深海地区探测海底情况，完成人类根本做不到的事情。据新华社报道，我国自主研发的水下机器人“潜龙二号”成功地对西南印度洋脊上的热液活动区开展了试验性应用探测。在这种被称为“海底黑烟囱”的复杂地带，“潜龙二号”获得了热液区的地形地貌数据、发现多处热液异常点，拍摄到硫化物、玄武岩和海洋生物等大量照片，取得了大洋热液探测的突破[3]。由此，机器人从最初的仅仅可以完成一些简单动作发展到能够感知环境的变化，并根据外部环境做出反应，完成相应动作，即人们所说的智能机器人。而智能材料可以通过自身表层或内部结构

3、获取关于环境条件及其变化的信息，随后进行分析、判断、处理，通过组织结构的改变实现功能的更新，实现与外部环境相适应的目标，所以其具有类似于生物智慧的系统或结构。故这类材料可以为机器人智能化的实现提供更多的可能。一、智能机器人的结构组成自从1959年世界上第1台工业机器人由美国人英格伯格和德沃尔制造成功以后，机器人经历了由完成简单操作功能的机械手到智能机器人的变革。目前的智能机器人已经具有了类似人的思维、判断能力，拥有强大的感知系统，并可以根据外部环境的变化实现自主学习和自我调整，并根据经验的积累进行自我安排，完全独立的工作[4]。智能机器人主要由机械装置、信息采集

4、与智能控制等部分组成[5]。机械结构系统是机器人的主体，由基座、手臂、末端执行器3大件组成。基座一般由金属材料加工制造而成，要求具有一定的强度、刚度及稳定性，研制强度高、质量轻的材料可以既保证其强度、刚度要求，又降低其质量，节约能源消耗，同时新型材料的使用使得智能机器人在较恶劣环境下工作成为可能，拓宽其应用领域，减轻人类负担。信息的采集主要依赖于传感技术，传感器的使用使得智能机器人可以像人类一样拥有“眼睛”、“耳朵”、“鼻子”，对看到的、听到的、感受到的、接触到的环境信息如温度、压力、声音、障碍物等信息进行采集，通过对比行动的目标信息，对采集到的数据进行分析、筛

5、选，获得完成指令所需的信息。而传感器材料的优劣直接影响了传感器性能的好坏，传感器材料是智能机器人智能化的重要支撑。控制部分的功能是实现机器人接收从传感器反馈回来的信息并形成作业指令以及驱动机器人执行相应任务。控制技术是智能机器人将信息采集与分析、形成行动规范的核心，是智能机器人完成各项任务的重要组成部分。而智能控制系统的智能程度与控制器的材料密不可分，也是智能机器人实现灵活行动、复杂动作等的重要支撑。综上，智能机器人的智能化与智能材料的功能化密不可分，智能材料不仅要具备良好的力学性能，同时又需要具备一些特殊功能，即能感知所处的内外部环境变化，并能通过改变自身的物

6、理性能或形状，从而实现自诊断、自适应、自修复等功能。智能材料的快速发展与应用促使智能机器人在实现动作、对外界刺激的快速反应等方面取得了明显的进步，对智能机器人智能化的实现发挥着巨大作用。二、智能材料的发展智能材料是一种可以利用组织变化或形态变化反映对外部环境刺激的感应并汇总成可靠的信息，然后进行自我调整以适应外部环境的刺激的材料。智能材料是高科技材料，代表了材料科学发展的前沿技术，是智能机器人实现智能化的重要手段，是功能材料和结构材料的有机结合[6]。智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命，随着智能材料功能的逐步深入研究，智能材料的应用领域也在逐

7、步扩大。1.智能材料的特征智能材料的开发与研究源于仿生材料，因此智能材料系统具有或部分具有生命运动的一些特征：①传感功能：即对外界环境及其它信息的接受能力，如感知到外界及自身所处的环境条件，如温度、载荷、声音、水压、障碍物等。②反馈功能：如同人体的神经系统，能够对采集到的信息与设定指令进行对比与分析，形成合理的判断并反馈给控制系统。③信息识别与积累功能：主要是对采集信息的分辨能力以及汇总和储存的功能。④响应功能：对接收的信息进行判断与分析后形成初步的行为规范并指导动作过程。⑤自诊断能力：将系统目前状况与常规状态进行对比分析，发现故障并进行校正。⑥自修复能力：对一

8、些系统损伤或破坏能够进行