智能机械的现状_不足及发展趋势半岛体育机械

　　半岛体育机械尽管智能机械与传统机械相比有一些 不足之处，但这并不影响智能机械的发展 步伐，反而会促进智能机械的发展。认识 到不足是好事，因为这至少为我们指明了 前进的方向。不足越多，说明改进的潜力 越大。作为非传统的机械，在日新月异的 电子设备的支持下，智能机械一定会逐步 取代传统机械，占领机械市场，并在大部分 领域得到广泛的应用。

　　可以看出，智能机械与传统机械的区 别非常显著，有许多传统机械不具有的某 些特性。而恰恰是这些特性使智能机械在 高科技领域中占有一席之地，成为众人瞩 目的焦点。智能机械是机械发展的前沿领 域，可以说它的出现使机械发展的历史跨 越了一座里程碑。

　　根据青年科学家论坛讨论的结果，２１ 世纪初半岛体育机械，我国在自然科学基金的各类项目， 在国防预研项目等国家级科研项目中都对 智能材料半岛体育机械、智能机械与结构这一学科的研 究和发展给予了相当大的投入，在这方面 的研究也取得了相当的成果和进展。但也 存在着低水平重复研究、材料研究和应用 研究相脱节的问题。总体看来，我国学者 在这一方面的应用研究在国际上占有一席 之地，但仍有一定差距［４］。

　　由前面的几个例子可以看出，智能机 械（相对于传统机械）的发展有以下几个趋 势 ： 柔 性 化 —— 使 工 艺 装 备 与 工 艺 路 线 能 适用于生产各种产品的需要，能适用于迅 速更换工艺、更换产品的需要；灵捷化— —使生产推向市场准备时间缩为最短，使 机械制造厂机制能灵活转向；智能化—— 柔性自动化的重要组成部分，它是柔性自 动化的新发展和延伸；信息化——机械制 造业将不再是由物质和能量借助于信息的 力量生产出价值，而是由信息借助于物质 和能量的力量生产出价值［９］。

　　２）农业机械智能化 英国科学家研制出一种激光拖拉机， 利用激光计算机导航装置，不仅能够准确 无误地测定其所在位置及其运行方向，使 误差不超过 ２５ 厘米，而且能够根据送人农 场计算机中的电子图表，查出该处土地的 湿度、化学成分、排水沟位置和其他一些 特点，并能够准确计算出最佳种植方案及 所需种子、肥料和农药数量等。只需一人 在室内荧屏前便可操纵多台激光拖拉机耕 作，耕作速度快，且可减少种子、化肥和农 药消耗，可节约生产成本 ５０％，提高作物产 量 ２０％。 法国科学家开发出的一种摘苹果机器 人，能够辨出苹果是否成熟，摘一只苹果仅 需 ６ 秒钟的时间，比人工节省一半时间。美 国科学家还发明了一种采蘑菇的机器人， 可按蘑菇伞最小直径进行采摘，平均每 ６ 秒钟采摘一个蘑菇，还不会使蘑菇受损。６ ３）基于人工智能的机械系统多学科优化 作为人工智能科学和认知科学领域的 最新发展，计算智能（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，简称ＣＩ）如今正日益受到重视， 它包括人工神经网络（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ，简称 ＡＮＮ）、模糊系统 （ＦｕｚｚｙＳｙｓｔｅｍ，简称 ＦＳ）、进化计算 （ＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，简称 ＥＣ）和专 家系统（ＥｘｐｅｒｔＳｙｓｔｅｍ，简称 ＥＳ）等，这些新 方法的优越性给复杂机械系统多学科优化 设计的发展带来了可能。人工神经网络具 有拟人化的智能特性，不需要精确的数学 模型，很适合多学科优化中经验性强、信

　　２）智能机械和结构主要由驱动元件、 传感元件、信息处理方法和控制系统等组 成，系统等组成，目前的应用主要是在智能 控制、智能诊断和智能修复等方面，尤其 是在减振降噪，智能机械结构，智能表层结 构特性控制，智能自适应机械等方面的研 究很活跃［３］；

　　３）传感器、致动器和控制器是智能机 械结构重要的三个组成部分。传感器要求 具有高度感受结构力学状态的能力，能够 将应变或位移直接转换成电信号输出，它 担负着感知外界环境变化，收集外界信息 的任务。用作传感器有光纤传感器、电阻 应变片传感器、压电材料传感器等。致动

　　其次，较易损坏。智能机械系统庞大， 各部件本身精密细致，连接精巧繁多，因此 对于一部智能机械来说出一个小错误的概

　　率是比较高的，这个错误无论大小，总会对 整个机械的运行情况有影响，因此智能机械 在实际应用中的表现不能达到像传统机械 那样的经久耐用，换言之，使用寿命不高。

　　再次，维修困难。智能机械种类繁多， 形态各异，驱动软件与设备各不相同，缺乏 统一的标准。一旦某个零件失效，基本上 只能去找原配厂家。无法做到生产规格的 规范化，就无法形成产品的共通性，相应配 套产品（比如替换零件）的研制就会比较困 难，生产这类产品的厂家就会比较少，直接 的后果就是很难找到可以替换的零件，这 也影响了智能机械的推广应用。

　　虽然智能机械有非常广泛的应用范围 与无可限量的发展前景，但由于它是新兴 的学科门类，因此也具有一些软肋。

　　首先，成本高昂。智能机械由于采用 了大量高科技元件，制作成本比较高，而且 其组装工艺的愈加精湛也会使其成本增 高。这大大的限制了智能机械的应用范 围，影响了智能机械的推广普及。难以形 成规模化生产，就无法创造规模化效益。 而且，由于智能机械自动化程度很高，依靠 人力监管其运作不仅效率低而且不符合智 能机械的发展趋势。然而由于智能机械一 般自成体系，很难用一种统一的应用软件 加以管理，往往是一套设备配一种软件，所 以设计制作成本很高。因此，智能机械往 往是企业为了宣扬其品牌而作的一桩“赔 本 买 卖 ”。 也 就 是 说 ， 智 能 机 械 本 身 不 赚 钱，甚至入不敷出的，但由此产生的品牌效 应可以使企业在其他产品的销售上取得好 的业绩，这本身也影响了智能机械的普及 与推广半岛体育机械。

　　针对上述不足，应采取有效措施以减 小或消除不利的因素，发挥优势因素。具 体来说，可以在全社会各公司募集高科技 元件，即帮助企业提高其声名，也能节省成 本费用。清华大学建筑系节能楼就是广泛 接受各大公司的捐赠，使每平米成本较常 规节能楼大幅降低。如果把一座楼比做一 个超大型智能机械，那么从理论上讲这种 做法是可行的。另外，还应该统一规范，例 如在某类机械中统一接口、电源参数等， 这样可以在一定程度上解决零件不匹配的 问题。

　　机械结构的振动、噪声、疲劳、损伤、 断裂、破坏以及环境的自适应性，影响机 械及运载器的安全、可靠、舒适、节能、省 料，这是机械设计的主要问题。自有机械 以来，机械都是按照力学原理设计的，没有 生命、没有智能，因此环境变化与人为因 素会使机械的运行难以预测，可能导致机 械损坏，使人民生命财产受到严重威胁。 为了尽可能保证机械的运行安全，设计者 往往采用保守设计，比如增大尺寸与重量， 从而增加了能耗，减小了机械的有效载荷 １。因此，为了减少上述不利影响，即减小 尺寸与重量来降低能耗，增加机械的有效 载荷，必须对机械的构造做出重大改进，或 者是附加一些设备（可以不是机械或机构）。 由此智能机械应运而生。

　　然而，虽然前途一片光明，但道路并不 平坦。要实现上述宏图伟业，还需从脚下 做起。具体地讲，就是逐步降低生产成本， 最终降到与传统机械持平或更低；增加设 备系统运行的稳定性，在不增加或只增加

　　小幅成本的前提下尽量使用先进工艺制 作、安装、连接零件；编写运用功能强大的 专业机械软件，进一步提高智能机械的使 用效率，防范预警可能发生的风险，合理安 排智能机械的运作；统一制订行业规范，鼓 励配套增值零件的生产，等等。

　　智能机械是相对于传统机械定义的， 目前还没有智能机械的严格统一的定义， 但各类说法大体相同。下面列出三种对智 能机械所具有的基本结构的解读：

　　１）智能结构，就是在基体中嵌人或粘贴 传感器和致动器，并具有对致动器有控制 作用的控制装置，从而能感知外界环境的 变化及自身的实际状态，并能通过自身的 感知，做出判断，发出指令，执行和完成动 作，实现动态或在线状态下的自检测、自 诊断、自监控、自修复及自适应等多种功 能［２］。

　　用于深潜救生艇水下对接的智能机械 手拥有开合和缓冲、手臂主动伸缩和被动 柔顺等功能，在深潜救生艇水下对接过程 中，四只机械手通过自主作业和上位机的 协调控制，完成与失事艇目标环的初联接、 救生艇对接裙与失事艇对接平台的自动对 中和精确对接等作业。机械手的主动伸缩 和被动柔顺功能，为协调控制机械手、实 现对接创造了条件；机械手的缓冲和柔顺 功能，可以保护机械手、缓冲惯性力，避免 机械手因冲击而损坏。该智能机械手能够 在失事艇有纵横倾的条件下，完成救生艇 与 失 事 艇 的 对 接 。［ ８ ］

　　ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ

　　摘 要：智能机械是机械发展的前沿领域，可以说它的出现使机械发展的历史跨越了一座里程碑。智能机械与传统机械的区别非常显著， 有许多传统机械不具有的特性。由于是新兴事物， 很多人对智能机械不是很了解， 因此简要的介绍一下智能机械的有关情况是十分有益 的。为此本文列举了智能机械的几种定义， 介绍了智能机械的某些应用， 阐释了制约其发展的瓶颈所在， 并对智能机械的前景做出了展 望。 关键词：智能机械现状应用发展趋势 中图分类号：ＴＨ１ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００９）０８（ａ）－０２４１－０２

　　器的功能是执行信息处理单元发出的控制 指令，并按照规定的方式对外界或内部状 态与特性变化做出合理的反应，能直接将 控制器输出的电信号转变为结构的应变或 位移，具有改变智能结构形状、刚度、位 置、固有频率、阻尼及其它机械特性的能 力。致动器有压电材料致动器、电致伸缩 材料致动器、磁致伸缩材料致动器、形状 记忆合金致动器、电流变体致动器等。控 制器是智能结构的神经中枢，智能结构的 控制器集成于结构之中，其控制对象是结 构本身。控制器应具有很强的鲁棒性、实 时性和在线性。

　　人在走路时多消耗 ３０％ 的能量。而这种机 械脚重量轻、行动灵活，它有肌腱一样的 弹簧，可将使用者向前移动时产生的动力 储存在弹簧中，然后在使用者做抬脚动作 时将其释放。机械脚上安装的电动机可推 动使用者向前自然移动。此外，机械脚内 还装有一个微型电脑，可以对使用者的行 动进行预测和计算，让机械脚做出合理的 反应，使使用者能够以一种更自然更舒适 的方式行走或奔跑，这是传统的假肢所做 不到的。［５］

　　智能机械是时代发展的产物，不以个 人意志为转移，其强大的生命力决定了它 不可能因为一些不足而停止发展，其改进 与普及是大势所趋。希望在各企业、学校、 研究机构的共同努力下，智能机械能够得 到更长远的发展，为人类的文明进步做出 更大的贡献。

　　为了具体说明国内外智能机械的研究 现状，下面具体举一些例子。通过这些例 子使读者了解什么是智能机械、智能机械 大致有哪几类、智能机械在现阶段的应用 有哪些等等。

　　１）智能机械脚 美国麻省理工学院的科学家休·赫尔 和他的研究小组发明了全球第一只智能机 械脚。传统的假脚只能在人走路的时候提 供一种被动的弹簧反应，它们迫使截肢病 人呈现一种不自然的步态，而且要比正常

　　科技创新导报 ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ

　　科技创新导报 ２００９ＮＯ．２２ ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ

　　息不足等特点，训练成功后的 ＡＮＮ 具有自 学习能力和并行计算能力，且推理速度快， 有联想功能，能滤去输入的噪声，但缺乏透 明性，不能解释推理过程；而专家系统有明 确的知识表示和解释推理过程，但不能从 实例中学习，知识获取十分困难。因此，在 多学科优化中，将人工神经网络、专家系 统、模糊决策等人工智能技术结合起来， 构成互补系统，可以取长补短，克服目前难 以处理的混合（离散）变量优化问题、对不 同问题适应性差、难以进行方案优选等优 化 方 法 的 不 足 。［ ７ ］