1.4 机器人学的研究领域

1.4.1 机器人学的知识图谱

机器人学有着极其广泛的研究和应用领域，这些领域体现出广泛的学科交叉性，涉及众多课题，如机器人体系结构、机构、控制、智能、传感，机器人装配，恶劣环境下的机器人以及机器人语言等^[9]。机器人已在工业、农业、商业、旅游业、空间、海洋及国防等领域得到越来越广泛的应用。下面是一些比较重要的研究领域。

（1）传感器与感知系统

包括：各种新型传感器的开发，如视觉、触觉、听觉、接近觉、力觉、临场感等传感器；多传感器系统与传感器融合；传感器数据集成；主动视觉与高速运动视觉；传感器硬件模块化；恶劣工况下的传感器技术；连续语言理解与处理；传感器系统软件；虚拟现实技术。

（2）驱动、建模与控制

包括：超低惯性驱动；直接驱动与间接驱动；离散事件驱动系统的建模、控制与性能评价；控制机理（理论），如分级递阶智能控制、专家控制、学习控制、模糊控制、基于人工神经网络的控制、基于Petri网络的控制、感知控制，以及这些控制与最优、自适应、自学习、自校正、预测控制和反馈控制等组成的混合控制；控制系统结构；控制算法；分组协调控制与群控；控制系统动力学分析；控制器接口；在线控制和实时控制；自主操作和自主控制；声音控制和语音控制。

（3）自动规划与调度

包括：环境模型的描述；控制知识的表示；路径规划；任务规划；非结构环境下的规划；含有不确定性的规划；协调操作（运动）规划；装配规划；基于传感器信息的规划；任务协商与调度；制造（加工）系统中机器人的调度。

（4）计算机系统

包括：控制智能机器人的计算机体系结构；通用与专用计算机语言；标准化接口；神经计算机与并行处理；人机通信；多智能体系统。

（5）应用研究

包括：机器人在工业、农业、建筑业中的应用；机器人在服务业中的应用；机器人在核能、高空、水下和其他危险环境中的应用；采矿机器人；军用机器人；灾难救援机器人；康复机器人；排险机器人及抗暴机器人；机器人在计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）和柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）中的应用。

（6）其他

包括：机电一体化的设计与超微型机器人；产品及其自动加工的协同设计。

1.4.2 机器人学的研究方向

近些年，机器人学的研究主要是在移动机器人、类人机器人、人机交互、实时响应和路径规划等细分领域展开的。

（1）移动机器人

移动机器人是最常见的应用机器人之一，无论家庭日常所用的机器人，如自动扫地机器人，还是在工厂里作业的机器人，如物流机器人，移动机器人技术都是机器人学研究的一个技术要点。

（2）类人机器人

类人机器人是指具备人类的外形特征和行动能力的智能机器人。类人机器人需要解决机器人的行走问题、感知问题、交互与智能化三大问题，而这三大问题的解决与机构学、控制技术、传感器技术、人工智能等的发展息息相关，这些技术的发展直接影响着类人机器人的发展。

（3）人机交互

随着信息技术的发展，人机交互的模式也在不断丰富，人机交互的发展可以分为四个阶段：①基本交互；②图形式交互；③语音式交互；④感应式交互（体感交互）。当前机器人的发展越来越强调人机交互的智能化，体感交互将成为未来人机交互发展的新方向。

（4）实时响应

不论早期的工业机器人，还是现在的服务机器人，都要求机器人对现实情况做出快速的反应。机器人的工作，归根到底就是人类活动的拓展和延伸。人能够快速地对各种不可预知的突发情况做出实时的响应，这就要求机器人也必须有此能力才能保证工作任务的完成。

（5）路径规划

机器人路径规划是指在有障碍物的环境中，如何寻找一条从起点到终点的适当运动路径，使机器人能安全、无碰撞地绕过所有的障碍物。