《中国人工智能学会通讯》——5.10 移动操作机器人简要回顾

5.10 移动操作机器人简要回顾

移动操作机器人是一种由传感器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有移动功能和操作功能，在代替人从事危险、恶劣（如辐射、有毒等）环境下作业和人所不及的（如宇宙空间、水下等）环境作业方面，比一般机器人有更好的机动性、灵活性[7-8] 。

智能移动操作机器人是最近几年快速发展的机器人研究和应用领域 [9] ，根植于传统机器人学研究方向，如感知、规划、操作、控制、智能等，具有新的特点和挑战。传统的机器人学研究，往往从理论出发，开发出算法或者工具使得机器人具备从事某种特定任务的技能，如生产线上的上下料、机器人足球比赛中的射门等。这些技能经过充分的测试或调试，均能达到理想的实验或实践效果。而智能移动操作机器人的目标是，围绕真实人类社会环境中机器人的应用，开发综合性机器人系统集成方案，如 DARPA 所模拟重建的福岛灾难场景。因此，开展移动操作机器人的研究，不仅需要深刻理解和运用传统机器人技术，更要紧密结合新技术和新工具。移动操作机器人的概念出现在20世纪90年代。当时，科学家试图通过将机械臂安装在移动平台上，以便结合机器人的移动性（Mobility）和操作性（Manipulation）开展一些科学实验。移动性使得机器人能够脱离实验室的结构化环境（ConstructedEnvironment），进入真实世界的非结构化环境（Unconstructed Environment）。因此，基于传统的结构化环境的方法（如大量的先验知识假设）模型基本可预测，系统相对稳定，将不再适用。

目前移动操作机器人在工厂车间和实验室的应用，几乎都处于相对结构化环境中。当前，非结构化环境虽然对机器人的应用性和稳定性要求更高，由于依然寻找到基于结构化环境设定的大量假设，使得很多原有的移动操作机器人技术可以直接转换，从而大大降低了技术和应用门槛。事实上，我们面临的非结构化环境中远比想象的复杂，移动操作机器人也往往被要求从事更加多样的任务，通过预设场景来实现尽可能多的结构化环境，或是对原有技术的简单转换，都不能满足需要。因为任何一项任务的执行，都会伴随技术上的多重挑战。如，让机器人去图书馆取书，就会包含开门、上台阶、进电梯、躲开人群障碍、问路等多种机器人系统技术方面的挑战。具有如此多种机能且完备的机器人，目前相当少见。

几大机器人竞赛的经验证明，移动操作机器人技术无法通过简单捆绑现有的移动操作技术来实现。应在自主性，鲁棒性和任务执行层面着重研究，从而逐步降低机器人对环境先验知识的依赖。因此，智能移动操作机器人的主要研究目标是，最大化任务的一般性，最小化对先验知识的依赖，提高机器人的整体性能。

我们很难把历史上的移动操作机器人都列举出来，图 4 结合移动操作机器人的应用方向（如服务机器人、空间机器人、特种机器人和工业机器人），列举了各应用方向最常见的机器人[10-16] 。军用排爆机器人可谓是最早的，也是大众相对熟悉的移动操作机器人应用领域，主要运作在远程操控的模式之下。服务型移动操作机器人是近几年伴随仿人机器人研究和机器人竞赛而兴起。工业领域也在逐步引入移动操作机器人，以期提高工业生产自动化水平。