本節書摘來自華章出版社《機器人作業系統ros原理與應用》一 書中的第1章，第1.3節，作者：周興社 楊剛 王岚，更多章節内容可以通路雲栖社群“華章計算機”公衆号檢視。
智能機器人依據其活動方式可分為固定型和移動型兩大類。前者是其整體位置固定，主要是靠機器人臂自主活動，自動完成指定任務；而後者是機器人整體可依據任務需求自主活動。更多情況下則是依據智能機器人的用途進行分類，因為不同用途的智能機器人，其組成結構、實作功能、活動形态等都具有較大差别。據此，一般可将其分為工業智能機器人、農業智能機器人、探索智能機器人、服務智能機器人等。
（1）工業智能機器人
工業智能機器人依據具體應用的不同，通常又可以細分為焊接機器人、裝配機器人、噴漆機器人、碼垛機器人、搬運機器人等多種類型。作為具有智能的工業機器人，它們在很多方面已經超越了傳統機器人。焊接機器人包括點焊和電弧焊機器人，其用途是實作自動的焊接作業。裝配機器人比較多地用于電子部件及電器等裝配。噴漆機器人代替人進行噴漆作業。碼垛、上下料、搬運機器人的功能則是根據一定的速度和精度要求，将物品從一處搬運到另一處。在工業生産中應用各種機器人，可以友善迅速地改變作業的内容或方式，以适應生産要求的變化。例如，改變焊縫軌迹、改變噴漆位置、變更裝配部件或位置，等等。随着對工業生産線柔性的要求越來越高，對各種機器人的需求也就越來越強烈。
（2）農業智能機器人
随着機器人技術的進步，以定型物、無機物為作業對象的工業智能機器人正在向更高層次的以動、植物之類複雜作業對象為目标的農業機器人發展，農業智能機器人或機器人化的農業機械的應用範圍正在逐漸擴大。農業智能機器人的應用不僅能夠大大減輕甚至代替人們生産勞動，進而解決勞動力不足的問題，而且可以提高勞動生産率，改善農業的生産環境，防止農藥、化肥等對人體的傷害，提高作業品質。但是由于農業智能機器人所面臨的是非結構、不确定、不宜預估的複雜環境和工作對象，是以與工業智能機器人相比，其研究開發的難度更大。農業智能機器人的研究開發目前主要集中于耕種、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、株苗移栽、收獲、灌溉、養殖和各種輔助操作等方面。日本是機器人普及最廣泛的國家，目前已經有多種智能機器人應用于農業領域。
（3）探索智能機器人
機器人除了在工農業上得到廣泛應用之外，還越來越多地應用于極限探索，即在惡劣或不适于人類工作的環境中執行任務。例如，在水下（海洋）、太空及在放射性、有毒或高溫等環境中進行作業。人類借助潛水器具潛入深海之中探秘已有很長的曆史，然而由于危險很大、費用極高，是以水下機器人就成為代替人在這一危險環境中工作的最佳工具。空間機器人是指在大氣層内和大氣層外從事各種作業的機器人，包括在内層空間飛行并進行觀測、可完成多種作業的飛行機器人，到外層空間其他星球上進行探測作業的星球探測機器人和在各種航天器裡使用的機器。
（4）服務智能機器人
機器人技術不僅在工農業生産、科學探索中得到了廣泛應用，而且已經逐漸滲透到人們的日常生活領域，服務智能機器人就是這類機器人的總稱。國際機器人聯合會給服務智能機器人的一個初步定義是：一種以自主或半自主方式運作，能為人類的生活、康複提供服務的機器人，或者是能對裝置運作進行維護的一類機器人。盡管服務智能機器人的起步較晚，但應用前景十分廣泛，目前主要應用在清潔、護理、執勤、救援、娛樂和代替人對裝置進行維護保養等場合。
1.?服務智能機器人的發展曆程
在過去，服務智能機器人隻是存在于科幻電影當中，發展到當代，服務智能機器人在軍事、服務和娛樂各個領域都發揮着越來越重要的作用，正在逐漸取代人類的一些工作。目前世界上有近50個國家在發展服務智能機器人，其中以美國、德國、法國、日本和南韓為代表的發達國家在該領域處于領先地位。代表性服務智能機器人如美國的面向家庭養老陪護的機器人、日本開發的家務機器人，以及與小孩進行教育溝通娛樂的機器人，其應用已經較為廣泛。我國在20世紀80年代已出現了各種服務型機器人雛形，90年代國家863項目給予了重點支援，進入21世紀，尤其是近年來，我國的服務智能機器人在應用需求牽引和國家支援下也得到了快速發展，如國家電網的巡檢機器人、比較火熱的送餐機器人等。服務智能機器人的市場化程度目前處于起步階段，但随着勞動力不足及老齡化的影響，未來應用會有很大的發展，人們會在生活當中遇到形形色色、各種各樣的服務智能機器人。從發展趨勢來看，我國專業服務機器人有望先于個人/家用機器人實作産業化，特别是醫療機器人、危險特殊環境巡檢、救援機器人等。随着我國進入老齡化社會，醫療、護理和康複的需求逐漸增加，同時由于人們對生活品質追求的提高，個人/家用機器人在未來也是以具有了更為廣闊的市場空間。
2.?服務智能機器人的分類
服務智能機器人具有廣泛的應用範圍，可分為專用服務智能機器人和家用服務智能機器人兩大類。前者指康複、助殘機器人，危險特殊環境巡檢、救援機器人等具有專業用途的服務智能機器人，後者是指家庭環境中應用的清潔、教育、娛樂等服務智能機器人。無論是哪類服務智能機器人，随着智能化水準的不斷提升，服務智能機器人是其主要發展方向。服務智能機器人的類别如圖1-4所示。
3.?人形服務智能機器人
人形服務智能機器人是指機器人形态與人相似的服務機器人，如圖1-5所示，其發展可在未來真正使人類的生活産生深刻變革。因為從人們對機器人的認識來說，類人形機器人在外觀上與人更為相近，是以人們更易接受。是以未來真正的服務智能機器人可能朝着類人形态發展。人形機器人發展以注重自然的人機互動為重點，即不僅是具有人的形狀，更要與人進行自然的溝通和交流。面向消費級使用者來說，高成本效益和持續服務能力也應是人形服務機器人追求的目标之一。從更接近人類的角度研發高逼真度的服務智能機器人，其未來在迎賓服務和娛樂影視方面會有較大的發展。
4.?服務智能機器人的關鍵技術
服務智能機器人的發展不僅應重點突破生機電感覺與融合、定位導航與路徑規劃等通用關鍵技術，而且應注重面向不同使用者、不同環境的服務智能機器人的高柔韌性及安全控制等專用技術，如圖1-6所示。作為未來與人類合作共存的服務智能機器人，其核心是為了感覺、了解和幫助人的自然人機互動與智能合作能力，這就需要服務智能機器人不僅具有視覺互動與語音識别的能力，還要能夠自主學習和主動學習。
除此之外，标準不統一是目前困擾服務機器人發展的主要問題之一，各家采用的系統語言、硬體（核心控制器、傳感器、驅動器）和軟體構件不統一，沒有形成機器人通用的控制硬體與軟體平台，缺乏支援通用性的定制能力，制約了服務機器人的大規模發展。是以标準化、平台化也是服務智能機器人發展的關鍵。
1.?工業智能機器人的發展曆程
工業機器人是先進的電氣自動化、機電一體化的數字化裝備，集機械、電子、控制、計算機、傳感器等多學科高新技術于一體的現代機器，其是一種仿人操作、自動控制、可重複程式設計、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生産裝置，既具有人類對環境狀态的快速反應和分析判斷能力，又具有機器可長時間持續工作、精确度高、抗惡劣環境的能力，目前廣泛應用于工業領域的各行各業，特别适合于多品種、變批量的柔性生産。它對穩定産品品質，提高生産效率，改善勞動條件和産品快速更新換代起着十分重要的作用。
當今工業機器人技術正在逐漸向着具有行走能力、多種感覺能力、較強的對作業環境自适應能力的智能化方向發展，進而形成工業智能機器人。工業智能機器人集現代制造技術、新型材料技術和資訊控制技術為一體，是智能制造的代表性産品，對其的研發、制造、應用成為衡量一個國家科技創新和制造業水準的重要标志，引起了世界制造強國的高度重視。目前美國在工業智能機器人技術的綜合研究水準上仍處于領先地位，而日本生産的工業智能機器人在數量、種類方面則居世界首位，德國在工業智能機器人研發與應用方面具有領先優勢。我國開展工業機器人的研發與應用也有十餘年的曆史，取得了多項标志性創新成果，《中國制造2025》也将工業智能機器人技術自主研發和工業領域應用作為重點之一。
2.?工業智能機器人的主要特點
從工業智能機器人的外在表現和重要作用出發，其具有以下主要特點。
1）技術先進：工業智能機器人是集精密化、柔性化、智能化、軟體應用開發等先進制造技術于一體，全面延伸人的體力和智力的新一代生産工具，是實作生産數字化、自動化、網絡化及智能化的重要手段，通過對過程實施檢測、控制、優化、排程、管理和決策，可實作增加産量、提高品質、降低成本、減少資源消耗和環境污染，是工業自動化水準的最高展現。
2）技術綜合性強：工業智能機器人與自動化成套技術集中并融合了多個學科，涉及多項技術領域，包括工業機器人控制技術、機器人動力學及仿真、機器人建構有限元分析、雷射加工、實時軟體設計、智能測量、模組化設計一體化、工廠自動化及精細物流等先進資訊與制造技術，技術綜合性強。
3）應用領域廣泛：工業智能機器人與自動化成套裝備是生産過程的關鍵裝置，可用于制造、安裝、檢測、物流等生産環節，并廣泛應用于汽車整車及汽車零部件、工程機械、軌道交通、ic裝備、軍工、煙草、醫藥、冶金及印刷出版等衆多行業，應用領域非常廣泛。
從工業智能機器人内在特性和技術實作的角度分析，其具有以下主要特點。
1）高性能機電一體化：工業智能機器人技術基礎是機械學和微電子學結合而成的機電一體化技術，如圖1-7所示。工業智能機器人可達到低于0.1毫米的運動精度，抓取重達一噸的物體，伸展也可達三四米等。這些性能對絕大部分的工業應用來說，足以圓滿完成任務。随着機器人機電性能的逐漸提升，以前一些不可能完成的任務也變得可行起來，例如雷射焊接或切割，曾需要專門的高精度裝置來指導雷射的走向，但随着機器人精度的提升，現在也變得可直接依賴機器人本身的準确運動來完成。工業智能機器人具有擷取外部環境資訊的各種傳感器、具有記憶及圖像識别與推理判斷等智能化功能，它們均以高性能機電一體化和微電子技術為基礎，并與嵌入式計算機技術應用密切相關。是以，工業智能機器人技術的發展帶動了新一代機電一體化等技術的發展。
2）人機合作與拟人化：傳統的工業機器人基于成本與技術考慮，不會內建額外的傳感器感覺諸如突然有人觸碰等特殊情況，隻會“傻傻”地依據人類編寫的程式日複一日的動作着，不能随機應變，隻适用于結構化環境，完成重複性的作業任務。而現代機器人則希望同人類一起在相同的非結構化空間和環境中協同作業，實時線上完成非确定性的任務，是以工業智能機器人應以能安全地與人一起工作“為榮”，工業智能機器人不僅在機械結構上有類似人的行走、轉腰、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器、視覺與聲覺傳感器等，以提高自身對周圍環境的自适應能力。例如，光線變暗影響圖像識别；傳送帶上物品有損壞需要特殊處理的自動适應能力；通過觸覺、視覺、聽覺等感覺自主判斷零部件的裝配品質，等等，如圖1-8所示。
3）注重通用和易用性：除了專門設計的專用工業機器人之外，一般工業智能機器人在執行不同的作業任務時應具有較好的通用性。因為不同用途的工業智能機器人的設計要求各不相同。例如，有的需要高速手臂、有的需要慢速、有的需要扭力大、有的需要很高的精密度等，這些可以通過更換末端操作器執行不同的作業任務；具有友善快捷的程式設計能力，支援多自由度運動，使其具有更強的應用場景适應性；通用性還展現在具有統一的運作時平台和軟體開發環境，友善應用領域開發者的高效開發；工業智能機器人的易用性也開始得到重視，如何能使得應用者不經教育訓練或少許教育訓練，就能像玩iphone一樣很快掌握應用工業智能機器人的技巧，已經變成重要的發展方向。
3.?工業智能機器人的關鍵技術
随着智能機器人在工業生産領域應用的不斷擴充，為适應更加複雜、精細、快節拍的作業，工業智能機器人在高速度、高精度、重載荷、智能化、低噪聲、超潔淨、多機協調等方面需要進一步提升，涉及的關鍵技術較多，主要展現在以下幾點。
（1）三維環境實時感覺
通過多類高精度的傳感器及其多傳感器資訊融合，實作機器人操作對象和運作環境的線上實時感覺能力；不僅要注重對已有傳感器的高效合理利用，而且要加強新型傳感器的研制和開發，新型傳感器研發的着重點不僅是開發新的傳感器種類，更是努力改善已有傳感器的精度、可靠度和成本，以及大幅提高傳感器的性能價格比；多傳感器資訊融合是指綜合來自多個傳感器的感覺資料，以産生更可靠、更準确或更全面的資訊，經過融合的多傳感器系統能夠更加完善、精确地反映檢測對象的特性，消除資訊的不确定性，提高資訊的可靠性，為機器人在各種複雜、動态、不确定和未知的環境中執行任務提供一種有效的技術解決途徑。
（2）智能精準控制
工業智能機器人是一個非線性、多變量的控制對象，結合了位置、力矩、視覺等資訊回報，柔順控制、力位混合控制、視覺伺服控制等，面對高速度、高精度、重載荷的作業需求，機器人的智能控制方法成為研究重點，其是智能機器人能夠自主獨立完成各項任務的基礎，可使機器人的行動更加靈活友善、複雜多樣，并能夠有效克服随機擾動，增加機器人的自由獨立性。例如，模糊數學、計算機科學、知識工程等多學科互相滲透形成的模糊控制在機器人的模組化、控制、柔性臂的控制、補償控制及移動機器人路徑規劃等方面得到了廣泛應用；神經網絡控制技術及基于遺傳算法的控制技術等分别借鑒了生物領域相關理論，能更好地處理多變量、非線性系統的精準控制問題，也成為工業智能機器人智能控制的研究重點，更進階的智能控制是實作工業機器人的類人靈巧操作。
（3）智能規劃與精确導航
工業智能機器人的各種能力最終隻能依靠機器人末端嚴格按照預定軌迹運動完成作業，是以軌迹規劃的結果将直接影響工業智能機器人的工作效能和效率，軌迹規劃的效率和自動化程度則将直接影響生産準備時間。為了提高工業智能機器人的智能規劃與精确導航，圖像識别、神經網絡、機器學習、視覺處理等智能方法研究成為重點，随着大資料、雲計算技術的發展，也将會為工業智能機器人的智能規劃與精确導航提供更多新的思路。
（4）行為安全保障
随着工業智能機器人越來越多地應用于柔性生産線，而生産線多是工業智能機器人與人的協同操作，高度安全并智能規避對人類傷害的機器人是協作順利展開的基本前提。是以，在對工業智能機器人的設計中，必須在具有友好“人-機”互動的同時，充分考慮和保護操作人員安全，這樣才能保障實作“人-機”合作、“人-機”融合的目标。需要研究自主碰撞檢測、安全區域和障礙物自動規避、輕量化人機協同及系統安全設計等。
（5）開放式可定制軟體平台
工業智能機器人不僅可實作搬運、焊接、噴漆、裝配、碼垛等自動化工業生産功能，而且具有多機協同、人機融合等能力。随着智能化程度的不斷提升，其軟體規模不斷增長，軟體結構日趨複雜，軟體成為決定機器人運動位置、姿态軌迹、操作順序及動作時間等功能和性能的主要因素之一。各大工業機器人廠商均開發了各自的機器人軟體系統，使得系統內建、應用開發、使用者教育訓練、領域推廣難度增大，而采用構件化、平台化的軟體系統不僅有益開發和推廣，也有利于系統成本降低。是以，工業智能機器人的開放式可定制的軟體平台成為發展方向和關鍵技術。這将涉及基于agent的機器人軟體結構、可複用和共享的标準化軟構件集及可定制的機器人智能化運作支撐平台等。