机器人安全性研究现状及发展趋势*
随着机器人技术的不断发展，机器人逐渐被应用于地面运输、航空及核环境探测、医疗服务等众多领域。与传统的、仅应用于固定环境下的工业机器人相比，现有机器人具有功能多样化、运动环境复杂、智能化程度高、人机交互性强等特点[1]。由于机器人运动灵活性高、工作空间大，且部分机器人具有高刚度、高负载、高运动速度的特点，当其遇到紧急突发情况时，很难像一般自动系统那样通过人工去采取应急的急停措施，这就极易引起重大安全事故，对生命财产造成严重的损害[2-6]。因此，在非结构化及动态环境中的安全性已经成为机器人所应具备的重要性能之一，同时也是机器人在人类生产生活领域应用的首要问题和强制性约束[7]。
随着机器人安全性问题的日益突出，许多学者参与制定了机器人安全性标准，以对机器人安全性进行有效评估。例如，ISO10218即为针对工业机器人所制定的安全标准，其对工业机器人在使用过程中安全判定、风险评估及降低风险的措施进行了详细的说明[8-9]。随着个人护理机器人的发展及与人交互的日益紧密，安全性标准ISO13482：2014对个人护理机器人安全问题产生的原因及相应的处理措施进行了分析[10]。此外，相关专家制定了协作机器人安全标准ISO15066：2016，该标准对人机协作过程中的速度和距离监控、压强和力度限制等问题进行了详细的说明，为机器人的安全应用提供了参考[11]。除了工业机器人及护理机器人外，部分学者还对医疗机器人的安全性标准进行了研究[12]。基于上述安全性标准，研究人员还对机器人的故障及安全性评价方法进行了进一步分析。例如，机器人潜在的安全隐患可用故障树分析(FaultTreeAnalysis，FTA)方法对故障模式逻辑关系作演绎分析[13-14]，通过定性或定量的方法来判断机器人是否处于安全状态。影响及危害性分析(FailureModeandEffectsAnalysis，FMEA)也是一种常见的方法，其通过分析元器件的故障模式、故障影响及故障原因，对机器人的安全性进行评估[15]。此外，许多学者还提出了其他机器人安全可靠性的评估方法，以保障机器人的运行安全[16-18]。
根据机器人的应用环境与功能需求，其安全性可分为2类：自身安全性和交互安全性。机器人自身安全性是指其在运动过程中不会因为突发情况造成机器人本体的损坏。该类安全性研究的对象集中在机器人本身，主要研究机器人尚未与周围环境发生接触碰撞前对自身安全的保护。随着工业机器人、服务机器人的快速发展，机器人不可避免地会与周围环境发生交互，这不仅要求机器人能够保证自身安全运行，还需要保证其在与周围物体或人发生交互时，不会对其造成伤害，这就需要进一步对机器人交互安全性进行研究[19-21]。交互安全性侧重于同时考虑机器人和人的安全性，是机器人即将或已经与周围人员发生接触后所采取的保护性措施。
在安全保护方式方面，由于普通人的反应时间大多为0.15~0.40s[22]，所以当系统出现故障时，依靠人来解决安全性问题是不实际的。机器人最初多通过安全保护结构(如离合器、限位机构等)以提高其安全性。随着机器人应用环境的复杂程度不断提高，新型的控制方法被逐渐应用于机器人安全性研究中，并通过机械机构与新型控制算法的共同作用，最终保证机器人的安全性。
目前，许多学者已经针对机器人安全性这一问题展开了研究，并取得了一系列的成果[1,23]。本文从机器人自身安全性及交互安全性2方面详细阐述了国内外研究现状，并从机械结构和控制算法2方面分别阐述了现有技术的发展历程。在此基础上，分析了机器人安全性研究目前存在的问题及未来的发展趋势。
1机器人自身安全性1.1基于机械结构的自身安全性机械结构是机器人设计的基础，同时也是实现机器人安全性的重要方式，可以使得机器人在突发情况下具有限位、急停等功能。相对于电气保护而言，安全结构具有可靠性高、响应时间短的特点，从而起到安全保护的作用。
Choi等[24]提出了一种具有安全关节和多自由度重力补偿装置的机械臂结构，如图1所示。安全关节(弹簧离合器)是由弹簧、凸轮和一个关节扭矩传感器组成，当施加的扭矩低于预先设定的阈值时，弹簧离合器作为输入和输出之间的刚性连接；当施加的扭矩超过阈值时，弹簧离合器释放，关节变为自由转动关节。由于关节扭矩与机械臂姿态直接相关，因此具有恒定阈值的弹簧离合器不能够最大限度地保证使用的安全性。为解决这一问题，研究人员设计了一种重力补偿装置，以进一步保证机器人运动的安全性。考虑到弹簧离合器尺寸较大，不适合应用于机器人关节，吕宁[25]提出了一种新型的关节保护模块，如图2所示，其包括动力输出模块、动力传递模块、接口模块3部分。当电机的速度有较大突变或外负荷过载时，关节模块的下接口会有脱离上接口的轴向位移，当接口模块分离到一定程度时，放置在下接口下端的电机急停按钮会被触发，电机停止运转，从而实现安全保护功能。徐丰羽等[26]针对缆绳监测机器人，提出了一种基于反电动势理论的安全节能回收方法，应用曲柄滑块驱动气缸设计了气体阻尼机构。实验表明，气体阻尼下降是一种机械式的下滑方式，其具有很高的可靠性，可以确保机器人在发生电气故障时的安全性，避免很大的速度冲击对机器人造成损坏。
图1具有弹簧离合器和重力补偿装置的机械臂结构[24]Fig.1Structureofmechanicalarmwithspringclutchesandgravitycompensator[24]图选项图2关节模块整体结构[25]Fig.2Overallstructureofjointmodule[25]图选项通过机械结构保证突发情况下的安全性是机器人设计中较为常见的思路。该类方法几乎不考虑环境因素的影响，只考虑机器人在特定条件下是否能够实现急停等运动。安全保护结构增加了机器人的复杂程度，且该类装置大多仅能应用于机器人内部某一零部件的安全性，当机器人整体结构遇到突然状况时，很难通过机械结构进行安全保护。
1.2基于控制算法的自身安全性目前，人-机混合系统逐渐在中小型企业得到广泛应用，大大提高了车间的加工装配效率，但周围复杂的环境对机器人的安全性带来了新的挑战[27-29]。当机器人遇到紧急情况时，多需要通过控制算法避免风险。该类方法主要考虑到环境特征，研究对象包括2类：机架固定的机器人和可自由运动的移动机器人。此外，安全性的实现还需要与传感器进行配合，以实时对周围环境和机器人运动数据进行监测。相比较通过机械结构实现机器人安全性而言，该类方法应用范围更广、适用性更强。
为避免机器人与周围物品发生碰撞，研究人员对安全性影响因素进行了分析。例如，文献[30-31]提出了机器人非接触条件下的危险指数，可表示为
(1)式中：fD、fV和fI分别为机器人与周围环境的距离、机器人相对运动速度和运动惯量，这也是影响安全性的3个重要因素。危险指数越高，机器人越容易与周围环境发生碰撞，机器人的潜在安全风险越高。Lacevic等[32-33]通过分析机器人的构型和速度，指出了影响安全性的因素及避免措施。
对于工业机器人而言，其机架位置固定不动，因此，安全性指标体现在能够完成既定任务的同时，不会由于与周围物体发生碰撞而影响其安全性，而研究的核心是保证机器人末端与周围环境的相对距离。这就需要机器能够通过轨迹规划以实现避障[34]。针对这一问题，德国的Gecks和Henrich[35]为避免机器人与人发生碰撞，在工作区域设置多台摄像机(见图3)，通过差分图像法对摄像机采集的图像进行处理，以此检测障碍物的位置。当检测到障碍物时，机器人运动路径则相应的改变，该算法通过图像处理实现机器人的高效避障，最终实现了机器人的运动安全性。意大利的Pedrocchi等[36]根据传感器融合技术，在对周围环境信息进行采集的基础上，提出了能使人与机器人实现安全空间共享的控制算法。该技术依托于安全的网络环境，可使得机器人在运动过程中根据环境实时规划运动轨迹，避免发生碰撞。Polverini等[4,37]综合考虑了机器人及人的位置、速度等因素的情况下，提出了一种安全性评价原则，并对机器人避障控制算法进行了研究。此外，加拿大的Najmaei和Kermani[38]、意大利的Calinon等[39]也提出了相应的控制策略，以避免机器人与人发生碰撞。
图3人-工业机器人交互环境[35]Fig.3Human-industrialrobotinteractiveenvironment[35]图选项在国内，祁若龙等[40]提出并实现了在关节空间内基于遗传算法的轨迹避障方法，最终得到了一条速度和加速度连续、关节扭矩不超过机器人关节扭矩极限、关节和末端运动行程较短、运动时间较短，并且能够使整个机械臂成功避开障碍的一条理想轨迹，如图4所示。台湾大学Lo等[41]采用了虚拟阻抗控制算法，实现了机器人有效避免碰撞。除了刚性单一机械臂避障运动外，部分学者还对柔性机械臂[42]、双机械臂[43]的避障方法进行了研究。
图4机械臂避障实验运动过程Fig.4Motionprocessofobstacleavoidancetestofmechanicalarm图选项上述算法均能够实现机器人的避障，保证自身安全性。但更多的考虑了机器人与障碍物的相对距离，对于包含有相对速度、运动惯量以及环境意图识别的安全性综合控制算法还有待于进一步研究。
除了机架固定的机械臂系统，近年来，移动机器人已经越来越多地出现在日常生产生活中，如家庭护理、工业物流等，其使用特点与工业机械臂相差较大，安全性需要进一步进行分析[44-46]。该类安全性主要是指机器人在移动过程中不会与环境中的物品发生碰撞，这就需要解决精确的环境建模、机器人自定位以及基于障碍物的路径规划3个问题[47]。而上述技术的实现都是基于良好的环境感知，包括信息拼接、特征提取等。例如，意大利的Meddahi和Chellali[48]提出了一种基于实时粒子群算法的移动机器人控制多目标优化方法，该方法可以保证机器人在执行任务的同时实现实时避障。国内，黑龙江工业学院的Du等[49]设计了一种基于遗传算法的安全巡逻机器人路径规划算法，该算法具有很强的鲁棒性，可以减小移动机器人定位精度敏感性高、对环境信息的依赖性强等缺点，其路径规划的仿真结果如图5所示。为了适应火场侦察的要求，上海交通大学的钱钧等[50]针对消防侦察机器人提出了自动回撤算法。当无线通信中断后，机器人可根据侦察过程中记录的传感器数据，快速、精确地自动回撤到运动的起始位置，保证了运动的安全性。考虑到单个超声传感器只能探测一定方向范围内的障碍物，不能发现其他方向上的障碍物[51-52]，且由于幻影的存在，极易导致机器人对障碍物距离判断发生较大偏差，从而影响运动安全性[53-54]，刘喜昂和周志宇[55]提出了基于多超声传感器的机器人安全避障技术，从而获得了良好的实验结果，其避障轨迹如图6所示。
图5移动机器人路径规划的仿真结果Fig.5Simulationresultsofmobilerobotpathplanning图选项图6机器人避障轨迹Fig.6Obstacleavoidancetrajectoryofrobot图选项上述研究分别对机架固定的机械臂和移动机器人的安全避障方法进行了阐述。然而，对于可移动机械臂，其既具有灵活的移动底盘，又具有多自由度机械臂[56]，大大增加了机器人的灵活性，对其运动安全性也提出了新的要求[57]。
除了常见的机械臂及移动机器人外，特种作业机器人由于特殊的结构形式及工作环境，其安全性也具有新的特点。例如，Schmidt和Berns[58]采用负压吸附和驱动系统相结合的方法，分析了爬壁机器人的运动安全性问题。王太勇等[59]将冗余控制理论应用于负压式壁面爬行机器人的真空吸附系统中，提出了一种双真空泵冗余系统以提高其安全性。
上述研究均通过控制与感知策略实现了机器人的自身安全性。而随着机器人工作环境复杂程度的不断提高，如障碍物不再为静止物体且数量较多，通过控制算法实现机器人安全性的难度也不断增加。这就要求进一步使得机器人具有智能化程度高、运动精度高、环境感知能力强的特点。
无论是通过机械结构保证机器人安全性，还是通过控制策略实现机器人安全性，研究的目的均是防止机器人在突发情况下由于过载、超过运动极限、与周围环境发生碰撞而对机器人自身造成损害。然而，当机器人不可避免地与人发生交互甚至接触时，机器人应能够避免或减小碰撞冲击力，或进一步解除人-机之间的约束力，从而保证接触交互的安全性。
2机器人交互安全性2.1基于机械结构的交互安全性医疗康复机器人是典型的人-机一体化系统，机器人通过与患者肢体直接接触，带动患者实现康复训练。因此，保证人-机接触安全性是康复机器人研究的重要目标之一。由于人体肢体运动规律较为复杂，康复机器人不可避免地会与人体运动规律产生差异，这会使得康复运动过程中机器人与患者肢体产生干涉现象，从而对患者造成不必要的伤害，严重影响交互安全性[60]。许多科研人员通过结构设计减小或解除了人-机之间的干涉，实现了灵活的运动。Dehez等[61-62]设计了一种肩关节康复机器人，如图7所示。该机器人没有采用机械关节与人体关节一一对应的设计方法，而是将2个主动关节通过多个被动关节与人体相连，并以此对机械结构进行优化分析，提高了人-机交互的安全性和运动的灵活性。李剑锋等[60,63]通过分析康复机器人的结构形式对安全性与舒适性的影响，从人-机相容性的角度对机器人机构进行了构型综合，通过在人-机连接位置添加被动关节以解除人-机之间的消极约束(见图8)，得到了所有能够满足人-机相容性及运动安全性的机器人构型及机构中运动副的约束条件，并对运动性能进行了分析，最终实现了运动的安全性。然而，上述设计方法主要应用于康复机器人系统，但设计增加了结构的复杂程度，且对控制精度存在较大的影响。该方法仅适用于人-机持续接触过程，无法在突发情况下人-机接触时保证运动的安全性。
图7具有被动关节的肩关节康复机器人Fig.7Shoulderjointrehabilitationrobotwithpassivejoints图选项图8基于安全性的上肢外骨骼机构设计Fig.8Mechanismdesignofupper-limbexoskeletonbasedonsafety图选项考虑到刚性结构柔顺性不足且在使用过程中易使患者受到二次伤害，科研人员逐渐将柔性结构应用于康复机器人领域，以通过结构的柔性变形实现康复运动的安全性。例如，哈佛大学Wyss实验室研发了一款基于硅橡胶材料的软体结构型手功能康复机器人，如图9所示，通过给各手指软体结构的气腔充放气体来实现其弯曲与伸展，从而带动手指完成康复动作[64-65]。2015年，新加坡国立大学设计了一款可穿戴软体康复手套，如图10所示，可实现握拳、勾拳等多种手部姿态，该康复手套不仅可以更好地贴合手指轮廓，而且可以实现不同手指尺寸的个性化定制[66]。上述柔性结构的设计大大提高了老年人使用的安全性。然而，该类柔性结构存在刚度较低、控制精度不足等问题，有待于进一步解决。
图9手功能软体康复机器人Fig.9Handsoftrehabilitationrobot图选项图10康复手套Fig.10Rehabilitationgloves图选项机器人除了抓取动作外，与周围环境的接触更多属于瞬间接触碰撞。机器人应在意外地与周围物体发生碰撞时，能够在第一时间对碰撞进行化解，保证机器人及人的安全性。根据机器人与人体撞击时手臂刚度与头部受伤程度的关系曲线可知[67-68]，发生碰撞的瞬间接触刚度越大，则所受到的冲击载荷越大，因此，保证交互安全性最有效的方法为降低机器人的结构刚度，使得机器人具有良好的柔顺性。例如，Wolf和Hirzinger[69]设计了一种变刚度关节，具有质量轻、结构紧凑、功能强大的特点，如图11所示。通过调整关节凸轮的姿态，机械臂可实现良好的被动柔顺性，这使得机器人与人发生碰撞后有良好的缓冲性能，且能够大幅降低扭矩峰值，提高机器人使用的安全性。此外，Morita和Sugano[70]、Pratt和Williamson[71]也对变刚度关节进行了研究。
图11变刚度机器人关节Fig.11Variablestiffnessrobotjoint图选项部分科研人员还采用了增加接触面弹性(降低接触刚度)的方法，通过在机器人连杆上包裹一层黏弹性材料[72-74]，以提高人-机接触的安全性。黏弹性材料包裹机械臂连杆不仅可以大幅降低撞击时的接触力，而且由于黏弹性材料与人体接触面积变大，伤害程度会进一步降低[31]。
采用软体或弹性结构能够有效地减少冲击力，提高机器人的交换安全性，但接触力和接触刚度难以精确控制，定量对接触过程进行分析的难度较大。
2.2基于控制算法的交互安全性对于应用于家庭护理等领域的机器人，由于其与人的交互更加频繁(如需要给使用者抓取物品等[21])，机器人不仅要能够在工作空间内避免碰撞，还需要能够避免对使用者产生潜在危害，这就需要进一步考虑机器人的惯量及刚度等因素对安全性的影响，通过控制算法保证人机交互的安全性。针对这一问题，加拿大的Kulic和Croft[75-76]综合考虑机器人的运动惯量、质心位置及运动速度，提出了一种基于最小化危险标准的提高人机交互安全性的方法。通过最小危险化标准可以在运动规划阶段控制机器人的构型，以减小机器人与人发生碰撞的概率。图12为机器人的2种构型，如果采用普通的轨迹规划方法，则机器人多处于高惯性构型(见图12(a))，若使用者在人-机混合空间内移动，很容易发生碰撞风险。利用Kulic和Croft[75-76]提出的方法，机器人在与人交互时处于低惯性构型状态(见图12(b))，人-机交互的安全性能得到了提高。吴海彬等[77]基于人机之间的距离、机器人惯量、人机之间相对运动速度等因素，对每一阶段进行危险程度的评估，得到危险指数，以危险指数最小化为目标规划各阶段机器人的运动，可以有效确保人在机器人工作环境中的安全性。清华大学的Liu等[78]提出了一种将移动障碍物映射到C空间的机器人规划方法，以实现在变化环境中人臂与机械臂之间的安全交互，有效保证了运动的安全性。
图12人-机安全交互过程Fig.12Human-robotsafeinteractionprocess图选项当机器人与人发生接触时，需要进一步通过控制算法保证交互安全。例如，韩国的Oh等[79]提出的一种频域阻抗控制(FISC)方法、Sharifi等[80]提出的无模型阻抗控制的方法都可以较好地实现接触的安全性。而对于大部分控制算法而言，其控制对象多为变刚度柔性驱动器，控制的主要目标为机器人的接触刚度。
柔顺驱动器是相对于刚性驱动器而言的，其在外力作用下可偏离平衡位置，实现了机器人在运动过程中的刚度可调，使得机器人在运动过程中具有良好的柔顺性[81-82]。变刚度驱动器结构本身为柔性结构，通过驱动元件进行配合。一般情况下，变刚度驱动器机械结构多采用弹簧装置，可通过改变弹簧的压缩量来对刚度进行调节[83]。此外，还有学者采用改变弹簧与负载传动比[84-85]或增加阻尼结构等原件的方式来对驱动器的刚度进行调节[86-87]。
串联弹性驱动器(SeriesElasticActuator,SEA)是一类常见的弹性驱动器，许多学者从弹性元件、机构设计、驱动方式、运动性能等方面对其进行了相关研究。例如，Kong等[88]针对机器人与人体之间的交互，设计了一种转动串联弹性驱动器，并对其控制算法进行了研究，使得串联弹性驱动器在变化的条件下产生精确的扭矩。通过实验可知，该弹性驱动器能够产生可变的刚度并能够对扭矩进行精确控制。此外，Kong等[89]为了适应肢体辅助机器人空间有限的特点，设计了一种用于膝关节辅助运动的紧凑型串联弹性驱动器，如图13所示。在考虑摩擦影响的前提下，提出了一种鲁棒控制算法，以保证非线性条件下对扭矩的精确控制，实验证明了该驱动器设计的有效性。
图13用于膝关节辅助运动的紧凑型串联弹性驱动器[89]Fig.13Compactserieselasticactuatordesignedforassistingkneejointmotion[89]图选项Tonietti等[90]设计了一种变刚度驱动器，如图14所示，其通过改变弹簧压缩量来改变关节刚度。通过实验可知，该设计可大大降低机器人在快速运动过程中对周围使用人员产生伤害的风险，保证了使用的安全性。在此基础上，Bae等[91]针对现有驱动方式扭矩的精确控制较难、控制影响因素较多等问题，提出了一种针对变刚度驱动式的非线性控制算法，以实现精确的扭矩控制，并采用边界层平滑的滑模控制方法提高了模型不确定性的鲁棒性，且无抖振现象，将该变刚度弹性驱动器控制算法应用于膝关节矫形器上，通过实验证明了算法的可行性。Choi等[92]设计了一种变刚度关节，该关节包括板簧和2个驱动器，如图15所示。2个驱动器连接在弹簧上，通过改变弹簧的有效长度以改变机构的刚度，实现机器人的柔顺性。在此基础上，研究人员还提出了一种控制算法，通过非线性控制器以有效地对关节位置进行控制。实验表明，机器人关节的刚度和位置可单独控制，且该设计有效地提高了使用的安全性。此外，Paine[93]、Tsagarakis[94]等也对柔性驱动器及控制算法进行了研究。
图14变刚度驱动器[90]Fig.14Variablestiffnessactuator[90]图选项图15具有4个板簧的变刚度机器人关节Fig.15Variablestiffnessrobotjointwithfourleafsprings图选项通过上述方法，可以在机器人与周围环境发生接触时减小或解除约束力、改变接触刚度，以保证交互运动的安全性。但接触刚度及交互力的精确控制还有待于进一步提高，变刚度关节及变刚度驱动器的设计方法还需要进一步明确。
3存在问题及发展趋势目前，国内外学者从机械结构、控制算法等方面对机器人安全性开展了相关研究，以保证机器人在突然情况下自身运动安全及周围使用人员的人身安全。然而，随着机器人在生产生活中的逐渐普及，机器人安全性的研究还存在以下几个问题：①机器人安全结构设计方法有待提高。目前，机器人多通过刚性结构以应对自身运动安全，并通过弹簧-阻尼等系统保证人-机接触安全性。然而，该类安全机构普遍存在结构复杂、质量较大、缺乏系统的设计方法等问题，在保证了机器人安全性的同时，限制了机器人向着轻量化、小型化方向发展的趋势。②机器人对突发情况的判断能力有待提高。随着机器人应用领域的不断拓展，机器人已经逐渐应用于医疗卫生、军事侦察、救援救灾等领域，机器人运动环境也由原有的简单的结构化环境向着复杂多变的非结构化环境发展。这就要求机器人能够对复杂工作环境下的突发情况进行高效精准的判断，并作出快速的响应，为机器人的有效应对提供条件。虽然有学者已经对机器人环境识别进行了深入的研究，但判断精度和速度以及与安全性措施的协调配合还有待于进一步提高。③柔顺控制算法需要进一步深入研究。目前，柔顺控制还存在接触刚度精度不高、控制目标单一等问题，人-机交互柔顺控制机理有待于进一步研究。
根据国内外研究现状，机器人安全性的研究向着以下3个方面发展：
1)微小型化的刚柔耦合一体化安全结构。随着材料科学、仿生学的不断发展，安全结构应逐渐向着刚柔耦合一体化结构方向发展，既能够保证机器人具有一定的刚度，又能够保证机器人具有良好的柔性，并具有小型化、轻量化的特点。最终通过研究形成系统的安全结构设计方法。
2)准确、快速的环境判断及反应能力。机器人应能够实现多传感器信息有效融合，对动态环境信息进行快速、准确的判断，以保证机器人不会因为判断失误而对机器人的安全性造成威胁。并将外部信息与安全系统有机结合，实现机器人安全的运动。
3)智能化的柔顺控制系统。柔顺控制算法将进一步建立准确的数学模型，实现精确的刚度及交互力控制；进一步面向复杂环境及多任务空间，通过与安全结构、传感器高度融合，综合考虑机器人速度、构型、惯量、位置等多安全目标，形成完善、高效的突发情况处理机制，切实保证机器人运动安全性。
4结论1)机器人的安全性可分为自身安全性和交互安全性2方面。本文从上述2点较为全面地综述了国内外研究现状，并从机械结构和控制算法2方面阐述了保证机器人运动安全性的方法。
2)对目前机器人安全性研究存在的问题进行了阐述，并指出机器人安全性的研究将向着微小型化的刚柔耦合一体化的安全结构、准确快速的环境判断和反应能力以及智能化的柔顺控制系统3个方向发展。这为后续机器人安全性研究提供了参考。
智能机器人的发展历程
机器人有两个发展阶段：普通机器人和智能机器人。普通机器人只能准确地重复执行某些简单的规定动作；智能机器人则可以完成像开车这样一类复杂任务。智能机器人的要害是“智能”。与“力大无穷”和“坚不可摧”这些令人敬畏的字眼相比，“智能”是更令人向往和更为有用的能力。
同宇宙起源和生命起源一样，智能也是一种非常复杂的研究对象，所以有人戏称“需要N个爱因斯坦才能应对智能的研究”。智能机器人的研究非常复杂和深奥，而且是非常典型的交叉科学研究，涉及到脑科学、生理神经科学、神经解剖学、医学、认知科学、人工智能、信息科学、机械工程、材料科学、人机工程等众多领域。
思维的机制和原理是什么？人类大脑思维的机理真的可以被机器人复制吗？
从1961年世界上第一个真正意义上的实用普通机器人在美国问世以来，世界各国都前赴后继地奔跑在“研究利用人工智能发展机器人”这条新路上，特别是美国和日本已经发展成为“机器人强国”。
从20世纪80年代至今，随着智能科学技术、智能控制、智能传感器及计算机技术的飞速发展，我国智能机器人的发展也步入了启动期。
现在，各种各样的机器人在生产领域发挥着重要的作用：高速操作的集成电路板打孔机器人，准确到位的金属焊接机器人，快捷稳健的材料搬运机器人，为摩天大楼擦洗玻璃的清洁机器人，还有许多在极端环境（高温、高压、低温、真空、水下）代替人类工作的特种机器人……
当然，到目前为止，机器人的智能远远不能和人的智能相比，还处在十分初级的阶段，与文学和科幻作品中的机器人相去甚远。即便如此，人们还是对机器人特别是智能机器人的发展寄予热切的期望。这是因为，哪怕智能机器人的智能程度取得微小的进步，也会给人类的生产活动和社会生活带来巨大的利益。
智能机器人何时才能进入日常生活，为百姓服务？
史上最全手机发展史
GSM手机时代
第二代移动通信，简称2G。
GSM数字网具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大、频率资源利用率高、接口开放、功能强大等优点。
GSM时代后，各大手机生产商看好了这一新的商机，争相拓展这一市场上的份额，摩托罗拉不肯舍弃已有的地盘抱死了模拟网络，以至于没能及时调整市场战略，其霸主地位迅速下滑。与此同时，诺基亚、爱立信等厂商后来居上，成三国鼎立之势。
2007年开启智能手机新时代
2007年，手机经过多年的发展，已经基本成型，各个生产商基本确定了自己的风格。在iPhone带来革命性冲激之前，大家在各自的市场驰骋。同时大家又互相兼容并收，一个品牌的成功经验立刻被复制到另外一个品牌，你超薄我也超薄，你智能我也智能，你拍照我也拍照。
苹果在Mp3市场取得巨大成功后，把手伸向了手机市场。600MHz的arm11处理器，3.5存真彩电容屏幕，比市面竞争对手先进5年的操作系统iPhone，带来的体验是革命性的，它的出现颠覆了整个手机市场，手机进入了一个新时代。
你方唱罢我登场，智能手机发展到今天，手机市场已经发生了天翻复地的变化，以前以摩托罗拉、诺基亚、西门子、爱立信、索爱、RIM(黑莓)、多普达、飞利浦、夏普、松下、索尼、三星、LG等为主流品牌，现在华为、苹果、OPPO、vivo、小米等一统天下。
智能手机操作系统发展史
流行的智能手机操作系统有SymbianOS、AndriodOS、WindowsPhone、iOS、Blackberry等。按照源代码、内核和应用环境等的开放程度划分，智能手机操作系统可分为开放型平台(基于Linux内核)和封闭型平台(基于UNIX和Windows内核)两大类。
1996年，微软发布了WindowsCE操作系统，微软开始进入手机操作系统。
2001年6月，塞班公司发布了SymbianS60操作系统，作为S60的开山之作，把智能手机提高了一个概念，塞班系统以其庞大的客户群和终端占有率称霸世界智能手机中低端市场。
2007年6月，苹果公司的iOS登上了历史的舞台，手指触控的概念开始进入人们的生活，iOS将创新的移动电话、可触摸宽屏、网页浏览、手机游戏、手机地图等几种功能完美地融合为一体。
2008年9月，当苹果和诺基亚两个公司还沉溺于彼此的争斗之时，AndroidOS,，这个由Google研发团队设计的小机器人悄然出现在世人面前，良好的用户体验和开放性的设计,让AndroidOS很快地打入了智能手机市场。
塞班操作系统（SymbianOS）
Symbian(中文译音“塞班”)的前身是1980年成立的Psion公司开发的EPOC操作系统。Psion公司1998年由诺基亚、索尼爱立信、摩托罗拉、西门子等几家大型移动通讯设备商共同出资组建的一个合资公司，专门研发手机操作系统。
SymbianOS(塞班操作系统)是一个实时、多任务的32位操作系统，具有功耗低、内存占用少等特点，非常适合手机等移动设备使用。它最大的特点就是采用了系统内核与人机界面分离技术，对硬件的要求低，经过不断完善，可以支持GPRS(GeneralPacketRadioService)、蓝牙、SyncML(SynchronizationMarkupLanguage)以及3G技术。
采用SymbianOS的手机主要来自诺基亚，但2013年1月24日，诺基亚在当日财报电话会议中宣布，诺基亚808将是最后一款塞班手机。
安卓操作系统（AndroidOS）
Android英文原意为“机器人”，AndyRubin于2003年在美国创办了一家名为Android的公司，其主要经营业务为手机软件和手机操作系统。Google斥资4000万美元收购了Android公司。
AndroidOS是Google与由包括中国移动、摩托罗拉、高通、宏达和T-Mobile在内的30多家技术和无线应用的领军企业组成的开放手机联盟合作开发的基于Linux的开放源代码的开源手机操作系统。并于2007年11月5日正式推出了其基于Linux2.6标准内核的开源手机操作系统，命名为Android，是首个为移动终端开发的真正的开放的和完整的移动软件。
Android平台最大优势是开发性，允许任何移动终端厂商、用户和应用开发商加入到Android联盟中来，允许众多的厂商推出功能各具特色的应用产品。平台提供给第三方开发商宽泛、自由的开发环境，由此会诞生丰富的、实用性好、新颖、别致的应用。
苹果操作系统（iOS）
iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统。苹果公司于2007年1月9日的Macworld大会上公布这个系统，以Darwin(Darwin是由苹果电脑的一个开放源代码操作系统)为基础，属于类Unix的商业操作系统。
微软手机操作系统（WindowsPhone）
2010年10月微软公司正式发布了智能手机操作系统WindowsPhone，将谷歌的AndroidOS和苹果的iOS列为主要竞争对手。
手机设计产业发展史
自1990年，中国邮电部杭州通信设备厂与摩托罗拉签定一项代工合同，杭州通信设备厂以SKD(主要零组件方式)为摩托罗拉代工手机，拉开了中国手机产业发展的序幕。
1993年到1999年6月，手机大厂陆续进入中国，中国本土手机品牌东方通信、厦华、科建、TCL和波导市场占有率也从1999年的3%快速成长至2002年的30%，中国手机品牌的持续增长带动手机代工产业的快速发展，其合作模式一种是采用手机模块加上外围元件，另一种就是直接贴牌。
台湾手机ODM（委托设计与制造）产业发展初期从PC行业切入手机行业，依托于笔记本和EMS产业链的优势，通过子公司的方式切入手机代工行业，包括广达、仁宝、华冠、伟创力和鸿海(FIH)等。主要服务国际一线品牌厂商如Nokia(诺基亚)、Motorola(摩托罗拉)、Ericsson(爱立信)、Sony(索尼)、HP(惠普)，以及少部分国内品牌客户。
2G时代，Nokia、Motorola、Sony、Ericson等一线品牌掌控硬件开发平台，中国大陆手机品牌波导和夏新等主要借助于中国市场销售的优势，通过贴牌的方式，在大陆迅速起量，主要是与韩国公司进行OEM/ODM合作。
2.5G时代智能机，借助于TI平台+Intelchipset模式，英特尔和微软切入手机产业，宏达电(HTC)是最大的受益者，借助于微软的大力支持，在windowsphone平台智能机/PDA市场占比最大。随后MTKturnkey方案的推出，解决了中国手机设计公司的平台选择的困扰，推动中国手机产业在2.5G时代智能机的崛起，中国设计公司闻泰、龙旗和希姆通的高速增长是其主要的支撑。
3G时代由于中国运营商的积极推动和芯片平台厂商的本土支持，3G智能手机在中国大陆增长迅速，联想、华为、酷派和中兴借助于运营商补贴政策和与手机设计公司闻泰、龙旗、希姆通和华勤的合作在中国市场迅速崛起。
2007年苹果进入手机市场，在高端市场对于Nokia、Motorola、Sony、Ericsson等冲击明显，台湾的ODM产业受到的波及最大，产业链开始出现分化转型，手机ODM产业重心开始逐步从台湾公司向中国大陆公司转移。
中国手机市场4G智能机从2013年开始起步，由于运营商补贴开始逐步减少，运营商渠道智能机销量占比开始下滑，华为、OPPO、vivo和小米开始借助于公开市场渠道开始迅速增长，其中千元智能机产品研发设计主要通过与闻泰、华勤、与德和龙旗等ODM公司合作。
未来的5G手机
科技越来越发达，时代前进的步伐越来越快。早期的手机只有拨打电话的功能，尔后慢慢增加了短信、彩信、照相、游戏等功能，屏幕也由黑白变为彩色。然而在几年后，当手机连接互联网后，整个世界有了意想不到的大转变，手机摇身一变成为了智能手机，APP应用让人们的生活变得更加多彩。此时，手机不再是通话的工具，它与人类的欲望和科技互相搭载，其变化与价值更是惊人。
面对5G来临，在5G超高速和超低时延网络能力的支持下，智能手机必将与高清视频、虚拟现实、增强现实、全息视频、边缘计算、物联网等深度融合，激发出更多的应用，进一步史无前例的丰富人们的生活，提高社会生产效率。返回搜狐，查看更多