机器人概论论文

机器人概论论文

摘要：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展，“机械人”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动。

[关键词]：机器人定义组成原理发展

一、机器人定义

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

它可以说是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。

现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。

二、机器人发展的简介与展望

阿西莫夫提出的“机器人三定律”：第一，机器人不得伤害人，也不得在人造受伤害时袖手旁观；第二，机器人必须服从人的命令，除非该命令与第一定律相抵触；第三，机器人必须保护自己，除非保护行为与上述两定律相抵触。这三条定律明确规定了人与机器人的主从关系和相互制约关系，几十年来已成为公认的研制和使用机器人必须遵循的基本准则。

机器人通常可以分为三代：第一代，可编程机器人，从上个世纪60年代后半期开始投入使用，这也是当代工业机器人中主要的类型，这类机器人一般可以根据操作员所编写的程序，完成一些重复性操作。第二代，自适应机器人，或感知机器人，具有不同程度的感知能力，这归功于近些年来各种传感器的广泛应用。第三代，智能机器人，具有感知，识别，推理，规划和学习等诸智能机制，主要处于试验阶段。

由于人类的需求，随着科技的发展，依靠信息的交流，现代科技界对机器人发展提出了展望，主要沿着三个方向发展：一是让机器人具有更强的智能和功能；二是让机器人更具人形，也就是更像人；三是微型化，让机器人可以做更多细致的工作。[3]这些都可以让机器人更有能力并更好的为人类服务。而，我认为这些都需要人类在信息技术方面有更好的提高。

三、机器人的结构组成及工作原理

2.1 概述

机器人系统是由机器人和作业对象及环境共同组成的，其中包括机器人机械系统，驱动系统，控制系统，和感知系统四的部分组成。可以说机器人的组成部分与人类极为类似。一个典型的机器人有一套可移动的身体结构、一部类似于马达的装置、一套传感系统、一个电源和一个用来控制所有这些要素的计算机“大脑”。从本质上讲，机器人是由人类制造的“动物”，它们是模仿人类和动物行为的机器。

2.2 结构

工业机器人的机械系统包括机身，臂部，手腕，末端操作器和行走机构等部分组成，每一部分都有若干自由度的机械系统。此外，有的机器人还具有行走机构，若具有行走机构则构成行走机器人，若没有则构成单机器人手臂。工业机器人的机械机械系统相当于人的身体（骨骼，手，臂，腿等）。驱动系统主要是指驱动机械系统动作的驱动装置。这部分的作用相当于人的肌肉。根据驱动源的不同，驱动系统分为电气，液压，气压以及把它们结合起来

应用的综合系统。电气驱动在工业机器人中应用的最为广泛，主要分为步进电动机，直流伺服电机和交流伺服电机三种。液压驱动运动平稳，且负载能力大，对于重载的搬运和零件加工机器人，采用液压驱动比较合理。但液压驱动管道复杂，清洁困难，因此限制了在装配作业中的作用。无论电气还是液压驱动的机器人，其手爪的开合都采用气动形式。

控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。如果机器人不具备信息反馈特征，则该控制系统称为开环控制系统；如果机器人具备信息反馈特征，则还控制系统称为闭环控制系统。该部分主要由计算机硬件和控制软件组成。软件主要有人与机器人联系的人机交互系统和控制算法等组成。该部分的作用相当于人的大脑。

感知系统由内部传感器和外部传感器组成，其作用是获取机器人内部和外部环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。内部状态传感器用于检测各个关节的位置，速度等变量，为闭环伺服控制系统提供反馈信息。外部状态传感器用于检测机器人与周围环境之间的一些状态变量，如距离，接近程度和接触情况等，用于引导机器人，便于其实别物体并作出相应处理。该部分的作用相当于人的五官。

2.3 工作原理

机器人系统实际上是一个典型的机电一体化系统，其工作原理为：控制系统发出动作指令，控制驱动器动作，驱动器带动机械系统运动，使末端操作器到达空间某一位置和实现某一姿态，实施一定的作业任务。末端操作器在空间的实时位姿由感知系统反馈给控制系统，控制系统把实际位姿与目标位姿相比较，发出下一个动作指令，如此循环，直到完成作业任务为止。

四、机器人发展对社会的影响

机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和人类的生活质量。机器人可以为人类提供更多的劳动力，人们可以让机器人做那些人们做不了、不愿做或做不好的事，例如，人们可以让机器人做火山探险、空间探索等人类难以完成的工作，也可以让机器人做喷漆、重物搬运等对人体有害的工作，也可以让机器人那些单调枯燥的重复性劳作等。

机器人发展到现在，已经出现或者人们想象的机器人越来越多，例如，护士机器人、脑外科机器人、消防机器人、导游机器人、水下探索机器人、农林业机器人、军用机器人、娱乐机器人等，可以说随着机器人的不断发展，机器人将会逐渐向人类社会走近并将影响着人类社会的各行各业的发展乃至影响到人类生活的方方面面。

借助人类为机器人建立的信息平台，机器人的发展有着极好的前景，随着机器人的发展，人们可以借助机器人让人类社会的生产力提高到一个更高的水平，那将会更好地促进人类社会的发展。当然，就目前乃至以后很长地一段时间来说，机器人不会创造，这或许是社会发展的局限性，因而那些创造性的发展还是要依靠人类整体，可以说离开了人类，社会的发展将会停滞不前。由此可见，机器人充其量只能辅助人类，而并不能主导社会的发展，这也是人类不允许发生的。可以说，人类才是社会的永远的主导力量，机器人只能是人类的附属。不过，在人类不断地让机器人更加智能化，自然不能抹灭会出现像《机械公敌》中桑尼一样的具有独立的行为和思考能力的机器人的可能性。随着人类为机器人不断创造更佳的程序，我相信是会出现智慧程序的，甚至会让机器人能够像人类一样具有独立行为和思考的能力。真到了那个时候，阿西莫夫提出的“机器人三定律”也许也不管用了。不过，那时人类应该具有了控制这些机器人的方法，因为没有人会想被自己创造的机器人反制。

其实如果真的出现独立于人类而存在的机器人，那么从他们的角度来说，人类也就变成了另一种意义上的机器人。那时只要两者找到一个平衡点，或许通过道德与法律的约束，或许通