机器人发展史

机器人发展史
1.机器人的前世今生
“机器人”一词，最早出现在1920年，捷克作家卡雷尔·恰佩克的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中。

机器人的历史则可以追溯到两千多年前，古人所用的滴漏计时的水钟。

在我国古代，虽然不可能具有现代意义上的机器人;但是，我们的祖先却很早就制作了各式各样模拟人的形状和某些行为、能够自己活动的机械，或叫“木人”，或称“偶人”。

应该承认，它们正是现代机器人的始祖。

而最早出现的是战国时人列御寇写的《列子·汤问》中会表演的木偶人。

1.1机器人起源
1962年，美国AMF公司研制成了VE-RSATRAN机器人，接着Unima-tion公司推出了UNIMATE机器人。

它们是最初的商品化工业机器人。

UNIMATEI型机器人现在保存在美国底特律的福特博物馆中。

第一台机器人VERSATRAN并未投入实际使用，因为它的工作范围太小，由于是模拟控制，只能设置几个点，而且没有开发出具体的应用实例。

不过，UNIMATE倒常用于汽车车厢厂的点焊作业。

把机器人与指挥生产的计算机结合在一起，循环一次就可
完成各种焊接，这确实是机器人的功劳。

1967年，日本进口了VERSATRAN和UNIMATE机器人。

以此为契机，很多日本制造商对机器人机构及液压、电子控制发生了兴趣，开展了机器人的研制工作。

到1970年，在日本这样的制造商的总数超过50家。

日本工业机器人协会(JIRA)成立于1972年，是世界上第一个商界的机器人协会。

此期间可称为第一次机器人的繁荣时期。

在这种环境中，随着经济的高速增长(年增长超过10%)和工资的提高(年增长率高达30%)，机器人成为最好的销售产品。

不过，石油危机使这种繁荣失去了光彩。

为了在严酷的经济环境中生存下来，工业界致力于节能、合理化生产，并改善生产率来克服这种困难。

在此期间，支持机器人的电子学得到了迅速的发展。

1977年，Unimazion公司推出了一种垂直多关节PUMA型装配机器人;接着，Ya-manashi大学牧野洋教授研制出水平多关节SCARA机器人。

日本先于美国完成了机器人的液压驱动到电动的变革，在此期间FA-NUC公司和Yaskawa电气制造有限公司成功地研制出用于汽车工业的电动机器人。

得益于工业的复苏，机器人进入推广期。

日本工业机器人协会把1980年称为机器人推广的第一年。

机器人的推广应用，引发了延续至今的第三次工业革命。

1968年美国斯坦福研究所研制出世界上第一台智能型机器人。

这个机器人可以在一次
性接受由计算机输出的无线遥控指令后，自己找到目标物体并实施对该物体的某些动作。

到了上个世纪70年代，第二代机器人开始迅速发展并进入实用和普及的阶段，而第三代机器在今天也已经得到了突飞猛进的变化。

它能够独立判断和行动具有记忆、推理和决策的能力在自身发生故障时还可以自我诊断并修复。

尽管如此机器人的发展还是没有止境人们希望它有更高的拟人化水平。

1997年，日本本田公司研制出世界上第一台可以像人一样走步的步行机器人。

这是机器人发展史上的一个里程碑。

现在的机器人则已经可以跳舞、翻跟头。

机器人的手也非常灵巧.它可以握住鸡蛋.也可以拿起一根针。

而在电子生产线上的机械手.则快速、精确得远远超过人手。

1.2现代机器人发展状况
现代机器人从技术角度分析，可划分为三代: 第一代示教再现工业机器人，这种机器人是目前世界各国机器人生产中最典型的产品，被广泛应用于众多工业部门。

第二代塞于传感器擂公钓离傲偏程工业机器人，这种机器人主要是用以扩大对工作环境的适应能力。

所谓传感器，就是用人工方法制成的能感知外界信息的人造器官。

第三代智能机器人，经过较长时期摸索和改进，在第三代机器人身上即开始装有多种传感器，使其不但能识别作业环境，而且在接受指令后，又能自行编程、自主地完成相应职责。

人类很久以来，就企盼能造出智能的机器。

但是，在电子计算机问世之前，这些愿望还不过是些纯粹的幻想。

然而，随着微电子、光电子技术的飞速发展，人工智能技术也一步步变为现实。

如今，无论工业机器人，还是军用机器人，尽管在机能和形态上都与人相差甚远，但已大大不同于一般的自动化机器，而是具有一定思维能力，动作灵活，自由度比较高(达六维以上)，工作程序易于调整，作业功能可适当扩充的高级智能机器人。

智能机器人是人工智能发展到高级阶段的结果，实质上是通过高级智能计算机的控制，能感知环境、自主决策和灵活动作的类似人的“思维”和“行动”的高级机器人技术。

智能机器人一般具有控制、操作、运动、感觉和思维等5种功能。

其中感觉功能是最复杂的功能之一，必须有多重传感器和多重受感器。

所谓“思维’功能，是指能自动完成决定、规划任务、控制动作和解释传感器数据的功能。

上述种种功能，主要是依靠智能计算机对文字、图象及语言的识别、处理，输出服务信息，实现人一机对话，达到机器人能看、会听、善讲和自动感受环境的目的。

2.机器人在各领域的发展状况
经过近百年来的发展，机器人已经在很多领域中取得了巨大的应用成绩。

其种类也不
胜枚举，几乎各个高精尖端的技术领域更是少不了他们的身影。

世界上第一个实用型机器人1961年在美国诞生。

从那以后，各种类型和用途的机器人已多达百种，数量足有上千万。

1985年，在日本举行的‘国际科学博览会”上，日本展出了具有能效仿演员、琴师、棋手、雕刻、导游、举重、焊接等不同智能的机器人，令人叹为观止。

日本在机器人领域的发展水平，立即引起各国关注，纷纷加紧研究、试制，并使机器人应用范围越来越广，逐步由制造业而扩展到非制造业，如水下作业、空间活动以及核工业、采伐、救灾、服务行业等。

现在全世界的机器人大军已经非常庞大.其兵种也日益繁多起来。

1990年，人们召开了“工业机器人国际标准大会‘’决定把机器人大军分编为四个军团:顺序型、沿轨道作业型、远距离作业型和适应型。

而用我们的话说起来.可以归纳为这样几种:农业机器人、工业机器人、医疗机器人、服务机器人、体育机器人、讲解机器人、军用机器人、特种工作机器人、微型机器人等等。

2.1军用机器人
机器人用于军队的典型代表是美国“未来作战系统”(Future Combat Systems)，它意味着美国军方计划花费1270亿美元在10年内打造一支具有战斗能力的机器人军队。

那将是什么样的景象?或许还没达到电影《终结者2》(Terminator2)或是《黑客帝国》(The Matrix)系列中描述的那种人气灭绝、暗天无日的阶段,但这一计划在军事史上的重要性是毋庸置疑的。

今年4月,一种携带了武器的排雷机器人将被派往巴格达执行任务。

尽管仍然是由士兵通过笔记本电脑远程控制,但,根据《纽约时报》的说法,它将是史上第一个被派上前线杀敌的“会思考的”战斗机器。

看多了科幻小说和电影的人一定会对“会思考的”这几个字感到不寒而栗,随着技术的不断演进翻新,阿西莫夫(Isaac Asimov)提出的经典机器人三定律(不能伤害人类或因懈怠而令人类受到伤害;必须听从人类命令,除非该命令与第一定律相悖;必须在不违反前两条定律的情况下维持生存)能否维持自然,现在是不可能回答这个问题的。

让我们从云端降落到地面,从想像力遥不可及的未来回到当下,看看目前较为成熟与实用的机器人吧。

2.2娱乐机器人
首先想到的是娱乐型机器人。

1999年索尼推出的机器狗“爱宝”(Aibo)与其说是顾客宠物不如说是媒体的宠儿。

人们喜欢强调它在日本上市20分钟内卖掉了3000只的故事。

要知道日本的文化中一向不乏“人机合体”(Cyborg)的传统,他们对机器人有超常兴趣是顺理成章的事(这或许可以解释为什么大部分此类家用机器人机器人都是由日本公司研发),兼且消
费力惊人。

这只1600美元的机器狗如果在别的国家率先投放,未必能有这样的效应。

随后索尼又推出了会唱歌踢球的人形机器人“QRIO”,富士与本田也都有类似产品面世。

有识之士马上看出,这些玩具除了增加媒体话题外,从机器人发展史的角度看并不具备太大的意义。

2.3家用机器人
相对而言,以完成日常家庭任务为主要目的的机器人较具实用价值。

如售价199美元、负责清扫房间的“Roomba”,它能够自己避开障碍物、设计路线,还可以侦测到陡坡以免摔下楼梯。

富士公司于上周刚刚推出一款代号“Maron-1”的家用机器人。

这个外表相当廉价的玩意儿内含奔腾处理器与Windows CE操作系统,可以通过手机远程无线操控。

功能则包括家庭保安预警、按照设定的时间远程控制你的录像机录制电视节目、通过内建的镜头拍摄画面并传送到手机等等。

问题在于,以上的这些功能,完全不需要一个昂贵的机器人来成:Maron-1固然可以侦测到破门而入的不速之客,不过接下来它能做的不过是鸣笛报警并通知主人而已,真人保安要是见了贼只会扯着嗓子喊一定是要被解雇的吧;定时录像功能早已不是新鲜话题,看不出有什么理由在人与录像机之间非要加多一个中介;至于拍摄功能,难道你会相Maron-1的审美能力胜过自己?
2.4科研机器人
另一类机器人或可称作“科研机器人”,这些机器人的实用价值为零,但却能够给之后的机器人设计提供灵感。

举例来说,伊拉克战争结束后,美国医院里的腿部截肢手术案例增多,
这些伤残士兵的腿被锯掉后应该安装什么样的义肢,成了科学家们的课题。

在最近举行的美国科学进步协会年度大会上,一款名叫“Robo-Toddler”的机器人粉墨登场。

科学家们认为这个没有上半身的机器人能够为如何设计更完善的义肢带来启发。

“机器人”一词有时具有一定误导性,这个词通常是对英文Robot与Android两词的翻译。

但事实上,Robot的字根为捷克文,意为“劳动”,该词所指的是“能够按照预先的设定自动完成任务的机械设备”,而Android才是真正的“人造类人体”(字根为希腊文,意为“类人”)。

Robot偏重实用价值,Android则偏重概念意义。

有报道称未来服务型机器人的一个特点将会是“没有腿”,因为“对机器人来说,高度复杂和昂贵的腿并没有什么特别意义”,其实“机器人”本来就不一定要在外形上与人类“接轨”的。

2.5纳米机器人
一种比较有争议的机器人是“纳米机器人”(Nanobot),它与传统意义上的“机器人”已经不是同一个概念。

纳米机器人令人兴奋之处在于它有潜力将佛家“一粒微尘中包含整个世
界”的超凡概念具象化。

在纳米技术的世界里,事物的规模小到难以想像的地步(1纳米等于1000万分之1毫米)。

要想用肉眼看到纳米机器人是不可能的,但科学家预测,假以时日,技术成熟之后,生产一条牛仔裤或是一部电动马达可能只需要几个原子大小的纳米机器人。

问题在于,要想让这个计划行得通,这些机器人必须具备自我复制的能力,否则制造一件物品会需要太长的时间。

那么,科幻迷又要问了:谁能保证它们不会过度复制呢?一个名叫艾力·垂斯勒(Eric Drexler)的人发明了“灰胶”(Grey Goo)一词来形容纳米机器人疯狂自我复制后的状态,垂斯勒认为灰胶一旦形成,将令整个世界窒息。

究竟人类将会毁灭于这种繁殖力惊人的微型机器人或是“会思考的”高智能机器人,抑或能够最终达到人与机器共生的境地,这是摆在科学家们面前的重大课题。

3.我国机器人的发展史
谈机器人发展史，就不能不谈我国机器人的发展史。

3.1 我国机器人溯源
我国历代都有制造机器人的记载。

比如西汉初年，出现了能演奏乐器和翩翩起舞的简单机器人。

三国曹魏时，.巧匠马钧制作了会表演各种杂技的木人。

两晋时代出现的机器人，有的已不是玩乐工具，而带有实用价值，有的还是为宗教服务的。

南北朝对峙时期，北方南方都有机器人问世。

南朝也有水转百戏。

自隋朝始，出现了比较复杂的机器人。

有一个木人，模仿柳的形貌，内设机关，能起坐拜伏。

隋炀帝每在月下同妃殡们饮酒，即命客人把这木偶人置于座前，“与相酬醉，而为欢笑”。

自动木人竟能陪皇帝喝酒，可见已十分逼真。

唐代开元初年的马待封，是一位精通杯巧的工匠，曾制造了一台机器人的梳妆台，专供皇后梳洗打扮。

我国古代早就出现了一种以水力为动力的天文仪器—水运浑象，它能直观地演示天空中各种天体的视运动情况。

据研究，这种水运浑象都具有计时的功能，实际上相当于一台大型的机械钟。

东汉科学家张衡制造的一台水运浑象，开创了用水力带动机械来廖量时间的新纪元，成为世界上第一台机构钟。

宋代水运浑象的制造又有了进一步的提高，报时机器人的自动化程度越来越高。

元代天文学家郭守敬于至元十三年（1276年)主持制造的计时仪器“大明殿灯漏”，其报时机器人比宋时的更为复杂。

在明代还有五轮沙漏的记载。

清代有了可以书写文字的机器人。

从以上所举事实可以看出，中国古代的机器人源远流长，品种繁多。

各种史籍记载，有相当一部分是有根据的，经得起分析的。

虽然是原始的机器人，但在世界科技史上曾经处于领先地位。

据国外资料介绍，欧洲的机器人是距今二百年前出现的。

现在瑞士的沙特尔市
保存了三个机器人，是瑞士钟表匠皮埃尔德罗和他的两个儿子于1768一1774年设计制造的，材料主要是木头和黄铜，动力主要是发条。

其中两个机器人象三岁的男孩，一个象十六七岁的少女，分别会写字、画铅笔画、弹钢琴。

1774年，皮埃尔带它们到巴黎等地展出时，曾经轰动一时。

可见，欧洲出现机器人的时间，远比中国迟得多。

然而，由于西方资本主义经济的发展，机器人的制造工艺也日趋成熟，并传入我国，即使在现代，我国的机器人制造技术与西方发达国家相比还有不小的差距。

这些情况都大大冲淡了人们对我国古代在机器人制造方面取得成就的记忆，从而产生了机器人西来的印象。

这显然是不符合历史事实的。

3.2 我国机器人现状
在近代，我国的机器人事业也有了长足的发展。

2000 年，以“中国机器人之父”———蒋新松院士命名的新松公司成立后，瞄准国际机器人技术的前沿，每年投入3000 多万元研发费用，到目前，已累计完成科技攻关项目600 多项，拥有近40 项专利，研制成功了具有21 世纪国际先进水平的机器人控制系统，开发出了具有自主知识产权的30 余种新型工业机器人产品，填补了国内机器人发展史上18 项空白，特别是在特种机器人方面取得了长足进步，打破了国外技术封锁，成为中国机器人研发和产业应用的“龙头”企业，被业内誉为中国机器人领域自主创新的“国家队”。

我国在‘863计划”中，始终把“智能机器人’列入自动技术领域的重点主题。

经过一再努力，已取得令人满意的进展。

我国的目标是在2000年能研制出适应恶劣环境条件的移动式机器人、水下无缆智能机器人及智能装配机器人等。

在全国范围，业已建立了7个机器人技术研究网点，部署了5种型号机器人阶段性产品研制任务，即水下无缆、壁面爬行检查、核工业用遥控移动作业、防核防化移动侦察及精密装配机器人等。

其中壁面爬行、双足步行、全方位四步行等原理样机或试用样机，已由有关大学和科研机构研制出来，基本达到国际上20世纪80年代的水平。

如果说20世纪80年代是工业机器人大发展的年代，那么90年代则是各种各样机器人全面增长的时期。

根据智能机器人新的发展趋向，估计在21世纪，机器人将越来越多地进入家庭，直至成为家庭“缺之不可的成员”。

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