作品相關 湊字數3
實用上,機器人(Robot)是自動執行工作的機器裝置.機器人可接受人類指揮,也可以執行預先編排的程序,也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動.機器人執行的是取代或是協助人類工作的工作,例如制造業,建築業,或是危險的工作.

機器人可以是高級整合控制論,機械電子,計算機,材料和仿生學的產物.目前在工業,醫學甚至軍事等領域中均有重要用途.

歐美國家認為:機器人應該是由計算機控制的通過編排程序具有可以變更的多功能的自動機械,但是日本不同意這種說法.日本人認為"機器人就是任何高級的自動機械",這就把那種尚需一個人操縱的機械手包括進去了.因此,很多日本人概念中的機器人,並不是歐美人所定義的.

現在,國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致.一般說來,人們都可以接受這種說法,即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器.聯合國標准化組織采納了美國機器人協會給機器人下的定義:"一種可編程和多功能的,用來搬運材料,零件,工具的操作機;或是為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統."

機器人能力的評價標准包括:智能,指感覺和感知,包括記憶,運算,比較,鑒別,判斷,決策,學習和邏輯推理等;機能,指變通性,通用性或空間占有性等;物理能,指力,速度,連續運行能力,可靠性,聯用性,壽命等.因此,可以說機器人是具有生物功能的空間三維坐標機器.

機器人發展史

1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中,根據Robota(捷克文,原意為"勞役,苦工")和Robotnik(波蘭文,原意為"工人"),創造出"機器人"這個詞.

1939年美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人Elektro.它由電纜控制,可以行走,會說77個字,甚至可以抽煙,不過離真正干家務活還差得遠.但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體.

1942年美國科幻巨匠阿西莫夫提出"機器人三定律".雖然這只是科幻小說里的創造,但後來成為學術界默認的研發原則.

1948年諾伯特·維納出版《控制論》,闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經,感覺機能的共同規律,率先提出以計算機為核心的自動化工廠.

1954年美國人喬治·德沃爾制造出世界上第一台可編程的機器人,並注冊了專利.這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作,因此具有通用性和靈活性.

1956年在達特茅斯會議上,馬文·明斯基提出了他對智能機器的看法:智能機器"能夠創建周圍環境的抽象模型,如果遇到問題,能夠從抽象模型中尋找解決方法".這個定義影響到以後30年智能機器人的研究方向.

1959年德沃爾與美國發明家約瑟夫·英格伯格聯手制造出第一台工業機器人.隨後,成立了世界上第一家機器人制造工廠——Unimation公司.由于英格伯格對工業機器人的研發和宣傳,他也被稱為"工業機器人之父".

1962年美國AMF公司生產出"VERSTRAN"(意思是萬能搬運),與Unimation公司生產的Unimate一樣成為真正商業化的工業機器人,並出口到世界各國,掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮.

1962年-1963年傳感器的應用提高了機器人的可操作性.人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器,包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器,托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的"靈巧手"上用到了壓力傳感器,而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺傳感系統,並在1965年,幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器,能識別並定位積木的機器人系統.

1965年約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制出Beast機器人.Beast已經能通過聲納系統,光電管等裝置,根據環境校正自己的位置.20世紀60年代中期開始,美國麻省理工學院,斯坦福大學,英國愛丁堡大學等陸續成立了機器人實驗室.美國興起研究第二代帶傳感器,"有感覺"的機器人,並向人工智能進發.

1968年美國斯坦福研究所公布他們研發成功的機器人Shakey.它帶有視覺傳感器,能根據人的指令發現並抓取積木,不過控制它的計算機有一個房間那麼大.Shakey可以算是世界第一台智能機器人,拉開了第三代機器人研發的序幕.

1969年日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發出第一台以雙腳走路的機器人.加藤一郎長期致力于研究仿人機器人,被譽為"仿人機器人之父".日本專家一向以研發仿人機器人和娛樂機器人的技術見長,後來更進一步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO.

1973年世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作,就誕生了美國CincinnatiMilacron公司的機器人T3.

1978年美國Unimation公司推出通用工業機器人PUMA,這標志著工業機器人技術已經完全成熟.PUMA至今仍然工作在工廠第一線.

1984年英格伯格再推機器人Helpmate,這種機器人能在醫院里為病人送飯,送藥,送郵件.同年,他還預言:"我要讓機器人擦地板,做飯,出去幫我洗車,檢查安全".

1998年丹麥樂高公司推出機器人(Mind-storms)套件,讓機器人制造變得跟搭積木一樣,相對簡單又能任意拼裝,使機器人開始走入個人世界.

1999年日本索尼公司推出犬型機器人愛寶(AIBO),當即銷售一空,從此娛樂機器人成為目前機器人邁進普通家庭的途徑之一.

2002年丹麥iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba,它能避開障礙,自動設計行進路線,還能在電量不足時,自動駛向充電座.Roomba是目前世界上銷量最大,最商業化的家用機器人.

2006年6月,微軟公司推出MicrosoftRoboticsStudio,機器人模塊化,平台統一化的趨勢越來越明顯,比爾·蓋茨預言,家用機器人很快將席卷全球.

機器人分類篇

誕生于科幻小說之中一樣,人們對機器人充滿了幻想.也許正是由于機器人定義的模糊,才給了人們充分的想象和創造空間.

操作型機器人:能自動控制,可重複編程,多功能,有幾個自由度,可固定或運動,用于相關自動化系統中.

程控型機器人:按預先要求的順序及條件,依次控制機器人的機械動作.

示教再現型機器人:通過引導或其它方式,先教會機器人動作,輸入工作程序,機器人則自動重複進行作業.

數控型機器人:不必使機器人動作,通過數值,語言等對機器人進行示教,機器人根據示教後的信息進行作業.

感覺控制型機器人:利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作.

適應控制型機器人:機器人能適應環境的變化,控制其自身的行動.

學習控制型機器人:機器人能"體會"工作的經驗,具有一定的學習功能,並將所"學"的經驗用于工作中.

智能機器人:以人工智能決定其行動的人.

我國的機器人專家從應用環境出發,將機器人分為兩大類,即工業機器人和特種機器人.所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人.而特種機器人則是除工業機器人之外的,用于非制造業並服務于人類的各種先進機器人,包括:服務機器人,水下機器人,娛樂機器人,軍用機器人,農業機器人,機器人化機器等.在特種機器人中,有些分支發展很快,有獨立成體系的趨勢,如服務機器人,水下機器人,軍用機器人,微操作機器人等.目前,國際上的機器人學者,從應用環境出發將機器人也分為兩類:制造環境下的工業機器人和非制造環境下的服務與仿人型機器人,這和我國的分類是一致的.

空中機器人又叫無人機,近年來在軍用機器人家族中,無人機是科研活動最活躍,技術進步最大,研究及采購經費投入最多,實戰經驗最豐富的領域.80多年來,世界無人機的發展基本上是以美國為主線向前推進的,無論從技術水平還是無人機的種類和數量來看,美國均居世界之首位.

機器人品種篇

"別動隊"無人機

縱觀無人機發展的曆史,可以說現代戰爭是推動無人機發展的動力.而無人機對現代戰爭的影響也越來越大.一次和二次世界大戰期間,盡管出現並使用了無人機,但由于技術水平低下,無人機並未發揮重大作用.朝鮮戰爭中美國使用了無人偵察機和攻擊機,不過數量有限.在隨後的越南戰爭,中東戰爭中無人機已成為必不可少的武器系統.而在海灣戰爭,波黑戰爭及科索沃戰爭中無人機更成了主要的偵察機種.

法國"紅隼"無人機

越南戰爭期間美國空軍損失慘重,被擊落飛機2500架,飛行員死亡5000多名,美國國內輿論嘩然.為此美國空軍較多地使用了無人機.如"水牛獵手"無人機在北越上空執行任務2500多次,超低空拍攝照片,損傷率僅4/.AQM-34Q型147火蜂無人機飛行500多次,進行電子竊聽,電台干擾,拋撒金屬箔條及為有人飛機開辟通道等.

高空無人偵察機

在1982年的貝卡谷地之戰中,以色列軍隊通過空中偵察發現.敘利亞在貝卡谷地集中了大量部隊.6月9日,以軍出動美制E-2C"鷹眼"預警飛機對敘軍進行監視,同時每天出動"偵察兵"及"猛犬"等無人機70多架次,對敘軍的防空陣地,機場進行反複偵察,並將拍攝的圖像傳送給預警飛機和地面指揮部.這樣,以軍准確地查明了敘軍雷達的位置,接著發射"狼"式反雷達導彈,摧毀了敘軍不少的雷達,導彈及自行高炮,迫使敘軍的雷達不敢開機,為以軍有人飛機攻擊目標創造了條件.

鬼怪式無人機

1991年爆發了海灣戰爭,美軍首先面對的一個問題就是要在茫茫的沙海中找到伊拉克隱藏的飛毛腿導彈發射器.如果用有人偵察機,就必須在大漠上空往返飛行,長時間暴露于伊拉克軍隊的高射火力之下,極其危險.為此,無人機成了美軍空中偵察的主力.在整個海灣戰爭期間,"先鋒"無人機是美軍使用最多的無人機種,美軍在海灣地區共部署了6個先鋒無人機連,總共出動了522架次,飛行時間達1640小時.那時,不論白天還是黑夜,每天總有一架先鋒無人機在海灣上空飛行.

為了摧毀伊軍在沿海修築的堅固的防禦工事,2月4日密蘇里號戰艦乘夜駛至近海區,先鋒號無人機由它的甲板上起飛,用紅外偵察儀拍攝了地面目標的圖像並傳送給指揮中心.幾分鍾後,戰艦上的406毫米的艦炮開始轟擊目標,同時無人機不斷地為艦炮進行校射.之後威斯康星號戰艦接替了密蘇里號,如此連續炮轟了三天,使伊軍的炮兵陣地,雷達網,指揮通信樞紐遭到徹底破壞.在海灣戰爭期間,僅從兩艘戰列艦上起飛的先鋒無人機就有151架次,飛行了530多個小時,完成了目標搜索,戰場警戒,海上攔截及海軍炮火支援等任務.

發射Brevel無人機

在海灣戰爭中,先鋒無人機成了美國陸軍部隊的開路先鋒.它為陸軍第7軍進行空中偵察,拍攝了大量的伊軍坦克,指揮中心,及導彈發射陣地的圖像,並傳送給直升機部隊,接著美軍就出動"阿帕奇"攻擊型直升機對目標進行攻擊,必要時還可呼喚炮兵部隊進行火力支援.先鋒機的生存能力很強,在319架次的飛行中,僅有一架被擊中,有4~5架由于電磁干擾而失事.

除美軍外,英,法,加拿大也都出動了無人機.如法國的"幼鹿"師裝備有一個"馬爾特"無人機排.當法軍深入伊境內作戰時,首先派無人機偵察敵情,根據偵察到的情況,法軍躲過了伊軍的坦克及炮兵陣地.

1995年波黑戰爭中,因部隊急需,"捕食者"無人機很快就被運往前線.在北約空襲塞族部隊的補給線,彈藥庫,指揮中心時,"捕食者"發揮了重要的作用.它首先進行偵察,發現目標後引導有人飛機進行攻擊,然後再進行戰果評估.它還為聯合國維和部隊提供波黑境內主要公路上軍車移動的情況,以判斷各方是否遵守了和平協議.美軍因而把"捕食者"稱作"戰場上的低空衛星".其實衛星只能提供戰場上的瞬間圖像,而無人機可以在戰場上空長時間盤旋逗留,因而能夠提供戰場的連續實時圖像,無人機還比使用衛星便宜得多.

1999年3月24日,以美國為首的北約打著"維護人權"的幌子對南聯盟開始了狂轟濫炸,爆發了震驚世界的"科索沃戰爭".在持續78天的轟炸過程中,北約共出動飛機3.2萬架次,投入艦艇40多艘,扔下炸彈1.3萬噸,造成了二戰以來歐洲空前的浩劫.

南聯盟多山,多森林的地形以及多陰雨天的氣候條件,大大影響了北約偵察衛星及高空偵察機的偵察效果,塞軍的防空火力又很猛,有人偵察機不敢低飛,致使北約空軍無法識別及攻擊云層下面的目標.為了減少人員的傷亡,北約大量使用了無人機.科索沃戰爭是世界局部戰爭中使用無人機數量最多,無人機發揮作用最大的戰爭.無人機盡管飛得較慢,飛行高度較低,但它體積小,雷達及紅外特征較小,隱蔽性好,不易被擊中,適于進行中低空偵察,可以看清衛星及有人偵察機看不清的目標.

在科索沃戰爭中,美國,德國,法國及英國總共出動了6種不同類型的無人機約200多架,它們有:美國空軍的"捕食者"(Predator),陸軍的"獵人"(Hunter)及海軍的"先鋒"(Pioneer);德國的CL-289;法國的"紅隼"(Crecerelles),"獵人",以及英國的"不死鳥"(Phoenix)等無人機.

無人機在科索沃戰爭中主要完成了以下一些任務:中低空偵察及戰場監視,電子干擾,戰果評估,目標定位,氣象資料搜集,散發傳單以及營救飛行員等.

科索沃戰爭不僅大大提高了無人機在戰爭中的地位,而且引起了各國政府對無人機的重視.美國參議院武裝部隊委員會要求,10年內軍方應准備足夠數量的無人系統,使低空攻擊機中有三分之一是無人機;15年內,地面戰車中應有三分之一是無人系統.這並不是要用無人系統代替飛行員及有人飛機,而是用它們補充有人飛機的能力,以便在高風險的任務中盡量少用飛行員.無人機的發展必將推動現代戰爭理論和無人戰爭體系的發展.

機器警察

所謂地面軍用機器人是指在地面上使用的機器人系統,它們不僅在和平時期可以幫助民警排除炸彈,完成要地保安任務,在戰時還可以代替士兵執行掃雷,偵察和攻擊等各種任務,今天美,英,德,法,日等國均已研制出多種型號的地面軍用機器人.

英國的"手推車"機器人

在西方國家中,恐怖活動始終是個令當局頭疼的問題.英國由于民族矛盾,飽受爆炸物的威脅,因而早在60年代就研制成功排爆機器人.英國研制的履帶式"手推車"及"超級手推車"排爆機器人,已向50多個國家的軍警機構售出了800台以上.最近英國又將手推車機器人加以優化,研制出土撥鼠及野牛兩種遙控電動排爆機器人,英國皇家工程兵在波黑及科索沃都用它們探測及處理爆炸物.土撥鼠重35公斤,在桅杆上裝有兩台攝像機.野牛重210公斤,可攜帶100公斤負載.兩者均采用無線電控制系統,遙控距離約1公里.

"土撥鼠"和"野牛"排爆機器人

除了恐怖分子安放的炸彈外,在世界上許多戰亂國家中,到處都散布著未爆炸的各種彈藥.例如,海灣戰爭後的科威特,就像一座隨時可能爆炸的彈藥庫.在伊科邊境一萬多平方公里的地區內,有16個國家制造的25萬顆地雷,85萬發炮彈,以及多國部隊投下的布雷彈及子母彈的2500萬顆子彈,其中至少有20/沒有爆炸.而且直到現在,在許多國家中甚至還殘留有一次大戰和二次大戰中未爆炸的炸彈和地雷.因此,爆炸物處理機器人的需求量是很大的.

排除爆炸物機器人有輪式的及履帶式的,它們一般體積不大,轉向靈活,便于在狹窄的地方工作,操作人員可以在幾百米到幾公里以外通過無線電或光纜控制其活動.機器人車上一般裝有多台彩色CCD攝像機用來對爆炸物進行觀察;一個多自由度機械手,用它的手爪或夾鉗可將爆炸物的引信或雷管擰下來,並把爆炸物運走;車上還裝有獵槍,利用激光指示器瞄准後,它可把爆炸物的定時裝置及引爆裝置擊毀;有的機器人還裝有高壓水槍,可以切割爆炸物.

德國的排爆機器人

在法國,空軍,陸軍和警察署都購買了Cyberics公司研制的TRS200中型排爆機器人.DM公司研制的RM35機器人也被巴黎機場管理局選中.德國駐波黑的維和部隊則裝備了Telerob公司的MV4系列機器人.我國沈陽自動化所研制的PXJ-2機器人也加入了公安部隊的行列.

美國Remotec公司的Andros系列機器人受到各國軍警部門的歡迎,白宮及國會大廈的警察局都購買了這種機器人.在南非總統選舉之前,警方購買了四台AndrosVIA型機器人,它們在選舉過程中總共執行了100多次任務.Andros機器人可用于小型隨機爆炸物的處理,它是美國空軍客機及客車上使用的唯一的機器人.海灣戰爭後,美國海軍也曾用這種機器人在沙特阿拉伯和科威特的空軍基地清理地雷及未爆炸的彈藥.美國空軍還派出5台Andros機器人前往科索沃,用于爆炸物及子炮彈的清理.空軍每個現役排爆小隊及航空救援中心都裝備有一台AndrosVI.

我國研制的排爆機器人

排爆機器人不僅可以排除炸彈,利用它的偵察傳感器還可監視犯罪分子的活動.監視人員可以在遠處對犯罪分子晝夜進行觀察,監聽他們的談話,不必暴露自己就可對情況了如指掌.

1993年初,在美國發生了韋科莊園教案,為了弄清教徒們的活動,聯邦調查局使用了兩種機器人.一種是Remotec公司的AndrosVA型和AndrosMarkVIA型機器人,另一種是RST公司研制的STV機器人.STV是一輛6輪遙控車,采用無線電及光纜通信.車上有一個可升高到4.5米的支架,上面裝有彩色立體攝像機,晝用瞄准具,微光夜視瞄具,雙耳音頻探測器,化學探測器,衛星定位系統,目標跟蹤用的前視紅外傳感器等.該車僅需一名操作人員,遙控距離達10公里.在這次行動中共出動了3台STV,操作人員遙控機器人行駛到距莊園548米的地方停下來,升起車上的支架,利用攝像機和紅外探測器向窗內窺探,聯邦調查局的官員們圍著熒光屏觀察傳感器發回的圖像,可以把屋里的活動看得一清二楚.

機器人指揮

其實並不是人們不想給機器人一個完整的定義,自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什麼是機器人.但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來,機器人所涵蓋的內容越來越豐富,機器人的定義也不斷充實和創新.

1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為"安德羅丁"(android),它由4部分組成:

1,生命系統(平衡,步行,發聲,身體擺動,感覺,表情,調節運動等);

2,造型解質(關節能自由運動的金屬覆蓋體,一種盔甲);

3,人造肌肉(在上述盔甲上有肉體,靜脈,性別等身體的各種形態);

4,人造皮膚(含有膚色,機理,輪廓,頭發,視覺,牙齒,手爪等).

1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》.在劇本中,卡佩克把捷克語"Robota"寫成了"Robot","Robota"是奴隸的意思.該劇預告了機器人的發展對人類社會的悲劇性影響,引起了大家的廣泛關注,被當成了機器人一詞的起源.在該劇中,機器人按照其主人的命令默默地工作,沒有感覺和感情,以呆板的方式從事繁重的勞動.後來,羅薩姆公司取得了成功,使機器人具有了感情,導致機器人的應用部門迅速增加.在工廠和家務勞動中,機器人成了必不可少的成員.機器人發覺人類十分自私和不公正,終于造反了,機器人的體能和智能都非常優異,因此消滅了人類.

但是機器人不知道如何制造它們自己,認為它們自己很快就會滅絕,所以它們開始尋找人類的幸存者,但沒有結果.最後,一對感知能力優于其它機器人的男女機器人相愛了.這時機器人進化為人類,世界又起死回生了.

卡佩克提出的是機器人的安全,感知和自我繁殖問題.科學技術的進步很可能引發人類不希望出現的問題.雖然科幻世界只是一種想象,但人類社會將可能面臨這種現實.

為了防止機器人傷害人類,科幻作家阿西莫夫于1940年提出了"機器人三原則":

1,機器人不應傷害人類;

2,機器人應遵守人類的命令,與第一條違背的命令除外;

3,機器人應能保護自己,與第一條相抵觸者除外.

這是給機器人賦予的倫理性綱領.機器人學術界一直將這三原則作為機器人開發的准則.

在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上,就提出了兩個有代表性的定義.一是森政弘與合田周平提出的:"機器人是一種具有移動性,個體性,智能性,通用性,半機械半人性,自動性,奴隸性等7個特征的柔性機器".從這一定義出發,森政弘又提出了用自動性,智能性,個體性,半機械半人性,作業性,通用性,信息性,柔性,有限性,移動性等10個特性來表示機器人的形象.另一個是加藤一郎提出的具有如下3個條件的機器稱為機器人:

1,具有腦,手,腳等三要素的個體;

2,具有非接觸傳感器(用眼,耳接受遠方信息)和接觸傳感器;

3,具有平衡覺和固有覺的傳感器.

禮儀機器人

該定義強調了機器人應當仿人的含義,即它靠手進行作業,靠腳實現移動,由腦來完成統一指揮的作用.非接觸傳感器和接觸傳感器相當于人的五官,使機器人能夠識別外界環境,而平衡覺和固有覺則是機器人感知本身狀態所不可缺少的傳感器.這里描述的不是工業機器人而是自主機器人.

機器人的定義是多種多樣的,其原因是它具有一定的模糊性.動物一般具有上述這些要素,所以在把機器人理解為仿人機器的同時,也可以廣義地把機器人理解為仿動物的機器.

1988年法國的埃斯皮奧將機器人定義為:"機器人學是指設計能根據傳感器信息實現預先規劃好的作業系統,並以此系統的使用方法作為研究對象".

1987年國際標准化組織對工業機器人進行了定義:"工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能,能完成各種作業的可編程操作機."

我國科學家對機器人的定義是:"機器人是一種自動化的機器,所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力,規劃能力,動作能力和協同能力,是一種具有高度靈活性的自動化機器".在研究和開發未知及不確定環境下作業的機器人的過程中,人們逐步認識到機器人技術的本質是感知,決策,行動和交互技術的結合.隨著人們對機器人技術智能化本質認識的加深,機器人技術開始源源不斷地向人類活動的各個領域滲透.結合這些領域的應用特點,人們發展了各式各樣的具有感知,決策,行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器,如移動機器人,微機器人,水下機器人,醫療機器人,軍用機器人,空中空間機器人,娛樂機器人等.對不同任務和特殊環境的適應性,也是機器人與一般自動化裝備的重要區別.這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業機器人所具有的形狀,更加符合各種不同應用領域的特殊要求,其功能和智能程度也大大增強,從而為機器人技術開辟出更加廣闊的發展空間.

中國工程院院長宋健指出:"機器人學的進步和應用是20世紀自動控制最有說服力的成就,是當代最高意義上的自動化".機器人技術綜合了多學科的發展成果,代表了高技術的發展前沿,它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響.

我國的機器人專家從應用環境出發,將機器人分為兩大類,即工業機器人和特種機器人.所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人.而特種機器人則是除工業機器人之外的,用于非制造業並服務于人類的各種先進機器人,包括:服務機器人,水下機器人,娛樂機器人,軍用機器人,農業機器人,機器人化機器等.在特種機器人中,有些分支發展很快,有獨立成體系的趨勢,如服務機器人,水下機器人,軍用機器人,微操作機器人等.目前,國際上的機器人學者,從應用環境出發將機器人也分為兩類:制造環境下的工業機器人和非制造環境下的服務與仿人型機器人,這和我國的分類是一致的.

古代機器人

機器人一詞的出現和世界上第一台工業機器人的問世都是近幾十年的事.然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的曆史.人類希望制造一種像人一樣的機器,以便代替人類完成各種工作.

機器馬車

西周時期,我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人,這是我國最早記載的機器人.

春秋後期,我國著名的木匠魯班,在機械方面也是一位發明家,據《墨經》記載,他曾制造過一只木鳥,能在空中飛行"三日不下",體現了我國勞動人民的聰明智慧.

公元前2世紀,亞曆山大時代的古希臘人發明了最原始的機器人──自動機.它是以水,空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像,它可以自己開門,還可以借助蒸汽唱歌.

1800年前的漢代,大科學家張衡不僅發明了地動儀,而且發明了計里鼓車.計里鼓車每行一里,車上木人擊鼓一下,每行十里擊鍾一下.

後漢三國時期,蜀國丞相諸葛亮成功地創造出了"木牛流馬",並用其運送軍糧,支援前方戰爭.

1662年,日本的竹田近江利用鍾表技術發明了自動機器玩偶,並在大阪的道頓堀演出.

1738年,法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發明了一只機器鴨,它會嘎嘎叫,會游泳和喝水,還會進食和排泄.瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫學上的分析.

寫字機器人

在當時的自動玩偶中,最傑出的要數瑞士的鍾表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯.1773年,他們連續推出了自動書寫玩偶,自動演奏玩偶等,他們創造的自動玩偶是利用齒輪和發條原理而制成的.它們有的拿著畫筆和顏色繪畫,有的拿著鵝毛蘸墨水寫字,結構巧妙,服裝華麗,在歐洲風靡一時.由于當時技術條件的限制,這些玩偶其實是身高一米的巨型玩具.現在保留下來的最早的機器人是瑞士努薩蒂爾曆史博物館里的少女玩偶,它制作于二百年前,兩只手的十個手指可以按動風琴的琴鍵而彈奏音樂,現在還定期演奏供參觀者欣賞,展示了古代人的智慧.

19世紀中葉自動玩偶分為2個流派,即科學幻想派和機械制作派,並各自在文學藝術和近代技術中找到了自己的位置.1831年歌德發表了《浮士德》,塑造了人造人"荷蒙克魯斯";1870年霍夫曼出版了以自動玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》;1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問世;1886年《未來的夏娃》問世.在機械實物制造方面,1893年摩爾制造了"蒸汽人","蒸汽人"靠蒸汽驅動雙腿沿圓周走動.

進入20世紀後,機器人的研究與開發得到了更多人的關心與支持,一些適用化的機器人相繼問世,1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機器人"電報箱",並在紐約舉行的世界博覽會上展出.它是一個電動機器人,裝有無線電發報機,可以回答一些問題,但該機器人不能走動.1959年第一台工業機器人(可編程,圓坐標)在美國誕生,開創了機器人發展的新紀元.

現代機器人

現代機器人的研究始于20世紀中期,其技術背景是計算機和自動化的發展,以及原子能的開發利用.

自1946年第一台數字電子計算機問世以來,計算機取得了驚人的進步,向高速度,大容量,低價格的方向發展.

大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展,其結果之一便是1952年數控機床的誕生.與數控機床相關的控制,機械零件的研究又為機器人的開發奠定了基礎.

另一方面,原子能實驗室的惡劣環境要求某些操作機械代替人處理放射性物質.在這一需求背景下,美國原子能委員會的阿爾貢研究所于1947年開發了遙控機械手,1948年又開發了機械式的主從機械手.

鉚接機器人

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念,並申請了專利.該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節,利用人手對機器人進行動作示教,機器人能實現動作的記錄和再現.這就是所謂的示教再現機器人.現有的機器人差不多都采用這種控制方式.

作為機器人產品最早的實用機型(示教再現)是1962年美國AMF公司推出的"VERSTRAN"和UNIMATION公司推出的"UNIMATE".這些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似,但外形特征迥異,主要由類似人的手和臂組成.

1965年,MIT的Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的,能識別與定位簡單積木的機器人系統.

機器狗

1967年日本成立了人工手研究會(現改名為仿生機構研究會),同年召開了日本首屆機器人學術會.

1970年在美國召開了第一屆國際工業機器人學術會議.1970年以後,機器人的研究得到迅速廣泛的普及.

1973年,辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型計算機控制的工業機器人,它是液壓驅動的,能提升的有效負載達45公斤.

到了1980年,工業機器人才真正在日本普及,故稱該年為"機器人元年".

隨後,工業機器人在日本得到了巨大發展,日本也因此而贏得了"機器人王國的美稱".

自治潛水器

隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發展,使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高,移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表.由于這些技術的發展,推動了機器人概念的延伸.80年代,將具有感覺,思考,決策和動作能力的系統稱為智能機器人,這是一個概括的,含義廣泛的概念.這一概念不但指導了機器人技術的研究和應用,而且又賦予了機器人技術向深廣發展的巨大空間,水下機器人,空間機器人,空中機器人,地面機器人,微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世,許多夢想成為了現實.將機器人的技術(如傳感技術,智能技術,控制技術等)擴散和滲透到各個領域形成了各式各樣的新機器——機器人化機器.當前與信息技術的交互和融合又產生了"軟件機器人","網絡機器人"的名稱,這也說明了機器人所具有的創新活力.

機器人的手

機器人要模仿動物的一部分行為特征,自然應該具有動物腦的一部分功能.機器人的大腦就是我們所熟悉的電腦.但是光有電腦發號施令還不行,最基本的還得給機器人裝上各種感覺器官.我們在這里著重介紹一下機器人的"手"和"腳".

機器人必須有"手"和"腳",這樣它才能根據電腦發出的"命令"動作."手"和"腳"不僅是一個執行命令的機構,它還應該具有識別的功能,這就是我們通常所說的"觸覺".由于動物和人的聽覺器官和視覺器官並不能感受所有的自然信息,所以觸覺器官就得以存在和發展.動物對物體的軟,硬,冷,熱等的感覺就是靠的觸覺器官.在黑暗中看不清物體的時候,往往要用手去摸一下,才能弄清楚.大腦要控制手,腳去完成指定的任務,也需要由手和腳的觸覺所獲得的信息反饋到大腦里,以調節動作,使動作適當.因此,我們給機器人裝上的手應該是一雙會"摸"的,有識別能力的靈巧的"手".

機器人的手一般由方形的手掌和節狀的手指組成.為了使它具有觸覺,在手掌和手指上都裝有帶有彈性觸點的觸敏元件(如靈敏的彈簧測力計).如果要感知冷暖,還可以裝上熱敏元件.當觸及物體時,觸敏元件發出接觸信號,否則就不發出信號.在各指節的連接軸上裝有精巧的電位器(一種利用轉動來改變電路的電阻因而輸出電流信號的元件),它能把手指的彎曲角度轉換成"外形彎曲信息".把外形彎曲信息和各指節產生的"接觸信息"一起送入電子計算機,通過計算就能迅速判斷機械手所抓的物體的形狀和大小.

現在,機器人的手已經具有了靈巧的指,腕,肘和肩胛關節,能靈活自如的伸縮擺動,手腕也會轉動彎曲.通過手指上的傳感器還能感覺出抓握的東西的重量,可以說已經具備了人手的許多功能.

在實際情況中有許多時候並不一定需要這樣複雜的多節人工指,而只需要能從各種不同的角度觸及並搬動物體的鉗形指.1966年,美國海軍就是用裝有鉗形人工指的機器人"科沃"把因飛機失事掉入西班牙近海的一顆氫彈從七百五十米深的海底撈上來.1967年,美國飛船"探測者三號"就把一台遙控操作的機器人送上月球.它在地球上的人的控制下,可以在兩平方米左右的范圍里挖掘月球表面四十厘米深處的土壤樣品,並且放在規定的位置,還能對樣品進行初步分析,如確定土壤的硬度,重量等.它為"阿波羅"載人飛船登月當了開路先鋒.

機器人的眼睛

人的眼睛是感覺之窗,人有80%以上的信息是靠視覺獲取,能否造出"人工眼"讓機器也能象人那樣識文斷字,看東西,這是智能自動化的重要課題.關于機器識別的理論,方法和技術,稱為模式識別.所謂模式是指被判別的事件或過程,它可以是物理實體,如文字,圖片等,也可以是抽象的虛體,如氣候等.機器識別系統與人的視覺系統類似,由信息獲取,信息處理與特征抽取,判決分類等部分組成.

機器認字

大家知道,信件投入郵筒需經過郵局工人分揀後才能發往各地.一人一天只能分揀2-3千封信,現在采用機器分揀,可以提高效率十多倍.機器認字的原理與人認字的過程大體相似.先對輸入的郵政編碼進行分析,並抽取特征,若輸入的是個6字,其特征是底下有個圈,左上部有一直道或帶拐彎.其次是對比,即把這些特征與機器里原先規定的0到9這十個符號的特征進行比較,與哪個數字的特征最相似,就是哪個數字.這一類型的識別,實質上叫分類,在模式識別理論中,這種方法叫做統計識別法.

機器人認字的研究成果除了用于郵政系統外,還可用于手寫程序直接輸入,政府辦公自動化,銀行合計,統計,自動排版等方面.

機器識圖

現有的機床加工零件完全靠操作者看圖紙來完成.能否讓機器人來識別圖紙呢?這就是機器識圖問題.機器識圖的方法除了上述的統計方法外,還有語言法,它是基于人認識過程中視覺和語言的聯系而建立的.把圖像分解成一些直線,斜線,折線,點,弧等基本元素,研究它們是按照怎樣的規則構成圖像的,即從結構入手,檢查待識別圖像是屬于哪一類"句型",是否符合事先規定的句法.按這個原則,若句法正確就能識別出來.

機器識圖具有廣泛的應用領域,在現代的工業,農業,國防,科學實驗和醫療中,涉及到大量的圖象處理與識別問題.

機器識別物體

機器識別物體即三維識別系統.一般是以電視攝像機作為信息輸入系統.根據人識別景物主要靠明暗信息,顏色信息,距離信息等原理,機器識別物體的系統也是輸入這三種信息,只是其方法有所不同罷了.由于電視攝像機所拍攝的方向不同,可得各種圖形,如抽取出棱數,頂點數,平行線組數等立方體的共同特征,參照事先存儲在計算機中的物體特征表,便可以識別立方體了.

目前,機器可以識別簡單形狀的物體.對于曲面物體,電子部件等複雜形狀的物體識別及室外景物識別等研究工作,也有所進展.物體識別主要用于工業產品外觀檢查,工件的分選和裝配等方面.

機器人的鼻子

人能夠嗅出物質的氣味,分辨出周圍物質的化學成分,這全是由上鼻道的粘模部分實現的.在人體鼻子的這個區域,在只有五平方厘米的面積上卻分布有五百萬個嗅覺細胞.嗅覺細胞受到物質的刺激,產生神經脈沖傳送到大腦,就產生了嗅覺.人的鼻子實際上就是一部十分精密的氣體分析儀.人的鼻子是相當靈敏的,就算在一升水中放進二百五十億分之一的乙硫醇(就是一種特殊的具有異常臭味的化學物質),人的鼻子也能夠聞出來.

機器人的鼻子也就是用氣體自動分析儀做成的.我國已經研制成功了一種嗅敏儀,這種氣體分析儀不僅能嗅出丙酮,氯仿等四十多種氣體,還能夠嗅出人聞不出來但是卻可以導致人死亡的一氧化碳(也就是我們通常所用的煤氣).這種嗅敏儀有一個由二氧化錫,氯化鈀等物質燒結而成的探頭(相當于鼻粘模).當它遇到某些種類氣體的時候,它的電阻就發生變化,這樣就可以通過電子線路做出相應的顯示,用光或者用聲音報警.同時,用這種嗅敏儀還可以查出埋在地下的管道漏氣的位置.

現在利用各種原理制成的氣體自動分析儀已經有很多種類,廣泛應用于檢測毒氣,分析宇宙飛船座艙里的氣體成分,監察環境等方面.

這些氣體分析儀,原理和顯示都和電現象有關,所以人們把它叫做電子鼻.把電子鼻和電子計算機組合起來,就可以做成機器人的嗅覺系統了.

機器人的耳朵

人的耳朵是僅次于眼睛的感覺器官,聲波扣擊耳膜,引起聽覺神經的沖動,沖動傳給大腦的聽覺區,因而引起人的聽覺.機器人的耳朵通常是用"微音器"或錄音機來做的.被送到太空去的遙控機器人,它的耳朵本身就是一架無線電接收機.

人的耳朵是十分靈敏的.我們能聽到的最微弱的聲音,它對耳膜的壓強是每平方厘米只有一百億分之幾公斤.這個壓強的大小只是大氣壓強的一百億分之幾.可是用一種叫做鈦酸鋇的壓電材料做成的"耳朵"比人的耳朵更為靈敏,即使是火柴棍那樣細小的東西反射回來的聲波也能被它"聽"的清清楚楚.如果用這樣的耳朵來監聽糧庫,那麼在二到三公斤的糧食里的一條小蟲爬動的聲音也能被它准確地"聽"出來.

用壓電材料做成的"耳朵"之所以能夠聽到聲音,其原因就是壓電材料在受到拉力或者壓力作用的時候能產生電壓,這種電壓能使電路發生變化.這種特性就叫做壓電效應.當它在聲波的作用下不斷被拉伸或壓縮的時候,就產生了隨聲音信號變化而變化的電流,這種電流經過放大器放大後送入電子計算機(相當于人大腦的聽區)進行處理,機器人就能聽到聲音了.

但是能聽到聲音只是做到了第一步,更重要的是要能識別不同的聲音.目前人們已經研制成功了能識別連續話音的裝置,它能夠以百分之九十九的比率,識別不是特別指定的人所發出的聲音,這項技術就使得電子計算機能開始"聽話"了.這將大大降低對電子計算機操作人員的特殊要求.操作人員可以用嘴直接向電子計算機發布指令,改變了人在操作機器的時候手和眼睛忙個不停而與此同時嘴巴和耳朵卻是閑著的狀況.一個人可以用聲音同時控制四面八方的機器,還可以對樓上樓下的機器同時發出指令,而且並不需要照明,這樣就很適宜于在夜間或地下工作.這項技術也大大加速了電話的自動回答,車票的預定以及資料查找等服務工作的自動化實現的進程.

現在人們還在研究使機器人能通過聲音來鑒別人的心理狀態,人們希望未來的機器人不光能夠聽懂人說的話,還能夠理解人的喜悅,憤怒,驚訝,猶豫和曖昧等情緒.這些都會給機器人的應用帶來極大的發展空間.

人類與機器人

隨著社會的發展,社會分工越來越細,尤其在現代化的大生產中,有的人每天就只管擰同一個部位的一個螺母,有的人整天就是接一個線頭,就像電影《摩登時代》中演示的那樣,人們感到自己在不斷異化,各種職業病開始產生.于是人們強烈希望用某種機器代替自己工作.于是人們研制出了機器人,代替人完成那些枯燥,單調,危險的工作.由于機器人的問世,使一部分工人失去了原來的工作,于是有人對機器人產生了敵意."機器人上崗,人將下崗."不僅在我國,即使在一些發達國家如美國,也有人持這種觀念.其實這種擔心是多余的,任何先進的機器設備,都會提高勞動生產率和產品質量,創造出更多的社會財富,也就必然提供更多的就業機會,這已被人類生產發展史所證明.任何新事物的出現都有利有弊,只不過利大于弊,很快就得到了人們的認可.比如汽車的出現,它不僅奪了一部分人力車夫,挑夫的生意,還常常出車禍,給人類生命財產帶來威脅.雖然人們都看到了汽車的這些弊端,但它還是成了人們日常生活中必不可少的交通工具.英國一位著名的政治家針對關于工業機器人的這一問題說過這樣一段話:"日本機器人的數量居世界首位,而失業人口最少,英國機器人數量在發達國家中最少,而失業人口居高不下",這也從另一個側面說明了機器人是不會搶人飯碗的.

美國是機器人的發源地,機器人的擁有量遠遠少于日本,其中部分原因就是因為美國有些工人不歡迎機器人,從而抑制了機器人的發展.日本之所以能迅速成為機器人大國,原因是多方面的,但其中很重要的一條就是當時日本勞動力短缺,政府和企業都希望發展機器人,國民也都歡迎使用機器人.由于使用了機器人,日本也嘗到了甜頭,它的汽車,電子工業迅速崛起,很快占領了世界市場.從現在世界工業發展的潮流看,發展機器人是一條必由之路.沒有機器人,人將變為機器;有了機器人,人仍然是主人.

樂高RCX機器人

RCX是是一塊可編程積木,即課堂機器人(機器人指令系統)的大腦.它是整個用樂高積木,馬達,傳感器等組建搭建的機器人系統的中樞,就像大腦一樣控制,指揮機器人的行為.使用ROBOLAB軟件,人們可以創造,搭建,編程真正的機器人,讓它運動,做運動,甚至自己去"想".

RCX不僅可以通過紅外發射儀與計算機通信,還可以通過紅外收發與其它RCX通信,通過互聯網通信,配合豐富多彩的樂高積木和樂高傳感器或第三方的儀器設備,適合高校組建創新實驗室或機器人課程,讓學生們動手創造各種大型機電一體化系統,將抽象的理論知識和構思化為具體的模型.計算機高手們則試圖用各種官方或非官門的語言控制RCX,如C,VB,NQC,Java,LegOS,pbForth等.

作為控制模塊和微型電腦,RCX可用于機器人系統模型的輸入和輸出控制.使用ROBOLAB軟件在PC機或蘋果機上編寫程序,通過連接在計算機串口上的紅外線發射儀將程序下載到RCX,RCX即可脫離計算機,獨立執行程序,控制一系列輸入和輸出,來響應周圍環境並做出正確的動作.

基于計算機的數據采集.RCX不僅是機器人的大腦,還可作為一個微型便攜式計算機連接各種工業傳感器,可以采集,儲存數據,可以實時上傳數據至計算機,人們可以在計算機上進行數據采集,分析和顯示.

樂高公司提供了多種微型電器如紅外發射器,觸碰傳感器,馬達,光電傳感器等.

電影——《我,機器人》

《我,機器人》(英文名:《I,Robat》)又名《機械公敵》,上映年度:2004.

公元2035年,是人和機器人和諧相處的社會,智能機器人作為最好的生產工具和人類伙伴,逐漸深入人類生活的各個領域,而由于機器人"三大法則"的限制,人類對機器人充滿信任,很多機器人甚至已經成為家庭成員.

總部位于芝加哥的USR公司開發出了更先進的NS-5型超能機器人,然而就在新產品上市前夕,機器人的創造者阿爾弗萊德#8226;朗甯博士卻在公司內離奇自殺.

黑人警探戴爾#8226;斯普納(威爾#8226;史密斯飾)接手了此案的調查,由于不愉快的往事,斯普納對機器人充滿了懷疑,不相信人類與機器人能夠和諧共處.他根據對朗甯博士生前在3D投影機內留下的信息分析和對自殺現場的勘查,懷疑對象鎖定了朗甯博士自己研制的NS-5型機器人桑尼,而公司總裁勞倫斯#8226;羅伯遜似乎也與此事有關.

斯普納結識了專門研究機器人心理的女科學家蘇珊#8226;凱文(碧姬#8226;奈娜漢飾),隨著二人調查的深入,真相一步一步被揭露出來:機器人竟然具備了自我進化的能力,他們對"三大法則"有了自己的理解,他們隨時會轉化成整個人類的"機械公敵".

斯普納和凱文開始了對抗機器人的行動,一場制造者和被制造者之間的戰爭拉開序幕.

個人點評:這是一部探討人與機器人之間的關系和未來的經典之作.雖然作為一部科幻片,但處處有憑有處據,引人深思.

北京奧運會使用的機器人

在中國籌備慶祝活動迎接奧運倒數100天之際,北京北郊昌平區的北京警察學院里,2000名安保代表昨天舉行安保誓師大會,北京奧運會正式對外公布使用安德魯斯F6A型機器人,安德魯斯F6A型機器人是目前世界上最先進的機器人之一.

機器人學國家重點實驗室



.rlab.ac.cn

機器人學國家重點實驗室(StateKeyLaboratoryofRobotics)依托于中國科學院沈陽自動化研究所,前身是中國科學院機器人學開放實驗室.該實驗室是我國機器人學領域最早建立的部門重點實驗室,我國機器人學領域著名科學家蔣新松院士1989-1997年曾任實驗室主任.近二十年來,實驗室在機器人學基礎理論與方法研究方面與國際先進水平同步發展,並在機器人技術前沿探索和示范應用等方面取得一批有重要影響的科研成果,充分顯示出實驗室具有解決國家重大科技問題的能力.目前,該實驗室機器人學研究總體水平在國內相關領域處于核心和帶頭地位,是國內外具有重要影響的機器人學研究基地.

機器人學國家重點實驗室定位于為我國經濟和社會發展,國家安全和重大科學工程提供所需要的機器人技術與系統,研究機器人學基礎理論與方法,發展可行技術和平台樣機系統,培養和彙聚從事機器人學研究的高水平人才,推動我國先進機器人技術與系統的可持續發展.主要面向發展具有感知,思維和動作能力的先進機器人系統,研究機器人學基礎理論方法,關鍵技術,機器人系統集成技術和機器人應用技術.

實驗室堅持對外開放,吸引國內外專家學者開展交流與合作研究.通過設立基金課題,實驗室與國內有關從事機器人學研究的近30所大學,研究所和企業建立了聯系,幾乎涵蓋國內從事機器人學研究的所有單位.近幾年來,實驗室結合自身的發展方向,有針對性地與國內外知名科研團隊建立合作關系.這些合作,對于本實驗室加強學科建設,了解國家需求,建立有針對性的演示驗證系統,發揮了重要作用.

水下機器人:

Rofish為仿生機器魚系列產品,該產品以先進的電子,機械技術,模擬魚類的游動方式,通過新材料對其外形進行精確仿真,使之達到以假亂真的效果.

Rofish采用結構化的設計方法,高穩定性的電機保證其產品的穩定性.控制方式有兩種選擇:串口/USB控制和遙控器控制.產品內核采用Bootloader無線編程的編程方式,可隨時更改游動程序以適應實際的環境.

性能參數:

Oslash;體長:20cm--80cm,需要特殊尺寸可定做.

Oslash;外形:錦鯉,金魚,海豚,鯊魚等,可定制.

Oslash;游速:1BL/S.BL為身體長度,即游速與體長有關,游速為1倍體長每秒.

Oslash;連續工作時間:3--4小時,鋰動力電池供電.

Oslash;通訊方式:RF通訊或聲納(Sonar)通訊,可選其一.

Oslash;控制方式:串口/USB控制或遙控器控制,二者可選其一.

串口/USB控制方式可同時控制多條機器魚,通過簡單的編程控制可實現多魚之間的相互追逐,嬉戲等.

機器人

1.有一個身體

2.有記憶或程序功能

3.有大腦

1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為"安德羅丁"(android),它由4部分組成:

1,生命系統(平衡,步行,發聲,身體擺動,感覺,表情,調節運動等);

2,造型解質(關節能自由運動的金屬覆蓋體,一種盔甲);

3,人造肌肉(在上述盔甲上有肉體,靜脈,性別等身體的各種形態);

4,人造皮膚(含有膚色,機理,輪廓,頭發,視覺,牙齒,手爪等).

本篇文章來源于"機器人(Jiqiren.)"轉載請以鏈接形式注明出處