機器人發(fā)展歷史及未來發(fā)展趨勢

1、 /7機器人的發(fā)展歷史及未來發(fā)展趨勢【摘要】隨著科技的發(fā)展，機器人在越來越多的領域發(fā)揮著越來越重要的作用。機器人也已不是僅僅在科幻小說和科幻電影里出現(xiàn)，在很多領域里我們都可以看到機器人的身影。我們相信，隨著科學技術的不斷發(fā)展，在不遠的將來，機器人會變得更加普遍。同時，它們所具有的功能也會越來越多。接下來，本文將具體介紹機器人的發(fā)展歷史，同時也會根據(jù)科技的最新發(fā)展分析機器人未來的發(fā)展趨勢。【關鍵詞】機器人發(fā)展歷史發(fā)展趨勢一、機器人的定義機器人是在怎樣的情況下產(chǎn)生的？機器人形象和機器人一詞，最早出現(xiàn)在科幻和文學作品中。1920年，一名捷克作家發(fā)表了一部名為羅薩姆的萬能機器人的劇本，劇中敘述了一個叫

2、羅薩姆的公司把機器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)品推向市場，讓它充當勞動力代替人類勞動的故事。作者根據(jù)小說中Robota（捷克文，原意為勞役、苦工”）和Robotnik（波蘭文，原意為“工人”），創(chuàng)造出“機器人”這個詞。那機器人的定義到底是什么呢？在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，機器人問世已有幾十年，但對機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早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

3、充分的想像和創(chuàng)造空間。在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上，人們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(fā)，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(yè)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。該定義強調(diào)了機器人應當仿人的含義，即它靠手進行作業(yè)，靠腳

4、實現(xiàn)移動，由腦來完成統(tǒng)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(huán)境，而平衡覺和固有覺則是機器人感知本身狀態(tài)所不可缺少的傳感器。這里描述的不是工業(yè)機器人而是自主機器人。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(jù)傳感器信息實現(xiàn)預先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對象”1987年國際標準化組織對工業(yè)機器人進行了定義：“工業(yè)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(yè)的可編程操作機?！蹦壳瓣P于對機器人行為的描述中，以科幻小說家以撒艾西莫夫在小說我，機器人中所訂立的“機器人三定律”最為著名。艾西莫夫為機器人提出的三條“定律

5、”（law），程序上規(guī)定所有機器人必須遵守：機器人不得傷害人類，且確保人類不受傷害；在不違背第一法則的前提下，機器人必須服從人類的命令；在不違背第一及第二法則的前提下，機器人必須保護自己?！皺C器人三定律”的目的是為了保護人類不受傷害，但艾西莫夫在小說中也探討了在不違反三定律的前提下傷害人類的可能性，甚至在小說中不斷地挑戰(zhàn)這三定律，在看起來完美的定律中找到許多漏洞。在現(xiàn)實中，“三定律”成為機械倫理學的基礎，目前的機械制造業(yè)都遵循這三條定律。二、機器人的發(fā)展歷史科技的發(fā)展帶動著機器人技術的發(fā)展，可以說機器人的發(fā)展史也是世界科技發(fā)展史的體現(xiàn)?？茖W的前沿技術在機器人中都有應用。機器人發(fā)展到目前為止共分

6、為三個階段。第一階段的機器人只有“手”,以固定程序工作,不具有外界信息的反饋能力；第二階段的機器人具有對外界信息的反饋能力,即有了感覺,如力覺、觸覺、視覺等；第三階段,即所謂“智能機器人”階段,這一階段的機器人已經(jīng)具有了自主性,有自行學習、推理、決策、規(guī)劃等能力。第一代是可編程機器人（如下圖），這類機器人一般可以根據(jù)操作員所編的程序，完成一些簡單的重復性操作。這一帶機器人從20世紀60年代后半期開始投入使用，目前他在工業(yè)界得到了廣泛應用。第一代機器人第二代是感知機器人（如下圖），即自適應機器人，它是在第一代機器人的基礎上發(fā)展起來的，具有不同程度的“感知”能力。這類機器人在工業(yè)界已有應用。第二代

7、機器人第三代機器人將具有識別、推理、規(guī)劃和學習等智能機制，它可以把感知和行動智能化結(jié)合起來，因此能在非特定的環(huán)境下作業(yè)，故稱之為智能機器人（如下圖）。目前，這類機器人處于試驗階段，將向?qū)嵱没较虬l(fā)展。第三代機器人現(xiàn)在，讓我們來具體看看機器人的發(fā)展歷史。工業(yè)機器人的最早研究可追溯到第二次大戰(zhàn)后不久。在40年代后期，橡樹嶺和阿爾貢國家實驗室就已開始實施計劃，研制遙控式機械手，用于搬運放射性材料。這些系統(tǒng)是“主從”型的，用語準確地“模仿”操作員手和臂的動作。主機械手由使用者進行導引做一連串動作，而從機械手盡可能準確地模仿主機械手的動作，后來用機械耦合主從機械手的動作加入力的反饋，使操作員能夠感覺到從

8、機械手及其環(huán)境之間產(chǎn)生的力。50年代中期，機械手中的機械耦合被液壓裝置所取代，如通用電氣公司的“巧手人”機器人和通用制造廠的怪物I型機器人。1954年G.C.Devol提出了通用重復操作機器人”的方案，并在1961年獲得了專利。1958年，被譽為工業(yè)機器人之父的JosephF.EngelBerger創(chuàng)建了世界上第一個機器人公司Unimation(UniveralAutomation)公司，并參與設計了第一臺Unimate機器人。這是一臺用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動機器人，手臂的控制由一臺計算機完成。它采用了分離式固體數(shù)控元件，并裝有存儲信息的磁鼓，能夠記憶完成180個工作步驟。與此同時，另一家美國公

9、一AMF公司也開始研制工業(yè)機器人，即Versatran(VersatileTransfer)機器人。它主要用于機器之間的物料運輸、采用液壓驅(qū)動。該機器人的手臂可以繞底座回轉(zhuǎn)，沿垂直方向升降，也可以沿半徑方向伸縮。般認為Unimate和Versatran機器人是世界上最早的工業(yè)機器人?？梢哉f，60年代和70年代是機器人發(fā)展最快、最好的時期，這期間的各項研究發(fā)明有效地推動了機器人技術的發(fā)展和推廣。主要成就如下表。年代領域黑件理論Deliavir和HaiLetibeifi發(fā)展7其次霆藝(D-H)爽菠眥1T業(yè)黃國專利2：99g:237hGeoiedevol的“編程技術；傳輸丁業(yè)章二51込第筒K妄寢，用

10、于唇曠1961技術由俸感鑑硏僦手J4H-.由Em斑衽麻省理王學院發(fā)明T業(yè)aeran聽住坐標機器人冉業(yè)優(yōu)理迨LCRob將直次變換矩眸應月與機器人1粳孩術斯坦詣研蕪1疣發(fā)明帶祝覓的自由計尊機控制妁行走梆器人Stiakev-V-一_-_.1969VC豆二耳注匕xWTS冊斤坦福臂1959托于匸丁走機需人畐向扁械器只視覺枉斯坦整硏丸覺展出L970孩術ETT菇司發(fā)明帶視克的自適蠱機甜人1971業(yè)曰本丄業(yè)機器人例舍iJIRAJ應立1372理論盤PPnnl用口-H矩陣討專李九跡1372理論1K亦嚴-發(fā)明操4住機旳協(xié)晁控制方迸助5美國躺怎硏蓋院匪立1975T*lkUub皿讓曇司境布具第次利洞技術在斯坦宿硏孌院気

11、腹埔機器人的編程裝配T-lkUAh岌其同事咸立了機器入智能茲司.生產(chǎn)第一個商業(yè)視覺系統(tǒng)1979年Unimation公司推出了PUMA系列工業(yè)機器人，他是全電動驅(qū)動、關節(jié)式結(jié)構(gòu)、多CPU二級微機控制、采用VAL專用語言，可配置視覺、觸覺的力覺感受器的，技術較為先進的機器人。同年日本山梨大學的牧野洋研制成具有平面關節(jié)的SCARA型機器人。整個70年代，出現(xiàn)了更多的機器人商品，并在工業(yè)生產(chǎn)中逐步推廣應用。隨著計算機科學技術、控制技術和人工智能的發(fā)展，機器人的研究開發(fā)，無論就水平和規(guī)模而言都得到迅速發(fā)展。據(jù)國外統(tǒng)計，到1980年全世界約有2萬余臺機器人在工業(yè)中應用。在過去3040年間，機器人學和機器人

12、技術獲得引人注目的發(fā)展，具體體現(xiàn)在：機器人產(chǎn)業(yè)在全世界迅速發(fā)展；機器人的應用范圍遍及工業(yè)、科技和國防的各個領域；形成了新的學科機器人學；機器人向智能化方向發(fā)展；服務機器人成為機器人的新秀而迅猛發(fā)展。我國在機器人研究方面相對西方國家和日本來說起步較晚。但我們所取得的成就仍是不容輕視的。我國是從20世紀80年代開始涉足機器人領域的研究和應用的。1986年，我國開展了“七五”機器人攻關計劃，1987年，我國的“863”高技術計劃將機器人方面的研究開發(fā)列入其中。目前我國從事機器人研究和應用開發(fā)的主要是高校及有關科研院所等。最初我國在機器人技術方面研究的主要目的是跟蹤國際先進的機器人技術。隨后，我國在機

13、器人技術及應用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：哈爾濱工業(yè)大學研制的兩足步行機器人，北京自動化研究所1993年研制的噴涂機器人，1995年完成的高壓水切割機器人，沈陽自動化研究所研制完成的有纜深潛300m機器人、無纜深潛機器人、遙控移動作業(yè)機器人。我國在仿人形機器人方面，也取得很大的進展。例如，中國國防科學技術大學經(jīng)過10年的努力，于2000年成功地研制出我國第一個仿人形機器人“先行者”，其身高140厘米，重20公斤。它有與人類似的軀體、頭部、眼睛、雙臂和雙足，可以步行，也有一定的語言功能。它每秒走一步到兩步，但步行質(zhì)量較高：既可在平地上穩(wěn)步向前，還可自如地轉(zhuǎn)彎、上坡；既可以在已知的環(huán)境中

14、步行，還可以在小偏差、不確定的環(huán)境中行走?？梢哉f機器人技術的發(fā)展速度還是比較快的。原來只能在科幻小說和電影中看到的機器人現(xiàn)在可以說已經(jīng)離我們越來越近了。那么在未來，機器人的發(fā)展趨勢到底會是怎樣的呢？三、機器人未來的發(fā)展趨勢智能化可以說是機器人未來的發(fā)展方向，智能機器人是具有感知、思維和行動功能的機器，是機構(gòu)學、自動控制、計算機、人工智能、微電子學、光學、通訊技術、傳感技術、仿生學等多種學科和技術的綜合成果。智能機器人可獲取、處理和識別多種信息，自主地完成較為復雜的操作任務，比一般的工業(yè)機器人具有更大的靈活性、機動性和更廣泛的應用領域。對于未來意識化智能機器人很可能的幾大發(fā)展趨勢，在這里概括性地

15、分析如下：語言交流功能越來越完美智能機器人，既然已經(jīng)被賦予“人”的特殊稱義，那當然需要有比較完美的語言功能，這樣就能與人類進行一定的，甚至完美的語言交流，所以機器人語言功能的完善是一個非常重要的環(huán)節(jié)。對于未來智能機器人的語言交流功能會越來越完美化，是一個必然性趨勢，在人類的完美設計程序下，它們能輕松地掌握多個國家的語言，遠高于人類的學習能力。另外，機器人還能進行自我的語言詞匯重組能力，就是當人類與之交流時，若遇到語言包程序中沒有的語句或詞匯時，可以自動地用相關的或相近意思詞組，按句子的結(jié)構(gòu)重組成一句新句子來回答，這也相當于類似人類的學習能力和邏輯能力，是一種意識化的表現(xiàn)。各種動作的完美化機器人

16、的動作是相對于模仿人類動作來說的，我們知道人類能做的動作是極至多樣化的，招手、握手、走、跑、跳、等各種手勢，都是人類的慣用動作。不過現(xiàn)代智能機器人雖也能模仿人的部分動作，不過相對是有點僵化的感覺，或者動作是比較緩慢的。未來機器人將以更靈活的類似人類的關節(jié)和仿真人造肌肉，使其動作更像人類，模仿人的所有動作，甚至做得更有形將成為可能。還有可能做出一些普通人很難做出的動作，如平地翻跟斗，倒立等。外形越來越酷似人類科學家們研制越來越高級的智能機器人，是主要以人類自身形體為參照對象的。自然先需有一個很仿真的人型外表是首要前提，在這一方面日本應該是相對領先的，國內(nèi)也是非常優(yōu)秀的。當幾近完美的人造皮膚，人造

17、頭發(fā)，人造五管等恰到好處地遮蓋于金屬內(nèi)在的機器人身上時，站在那里還配以人類的完美化正統(tǒng)手勢。這樣從遠處乍一看，你還真的會誤以為是一個大活人。當走近時，細看才發(fā)現(xiàn)原來只是個機器人，對于未來機器人，仿真程度很有可能達到即使你近在咫尺細看它的外在，你也只會把它當成人類，很難分辯是機器人，這種狀況就如美國科幻大片終結(jié)者中的機器人物造型具有極至完美的人類外表。邏輯分析能力越來越強對于智能機器人為了完美化模仿人類，未來科學家會不斷地賦予它許多邏輯分析程序功能，這也相當于是智能的表現(xiàn)。如自行重組相應詞匯成新的句子是邏輯能力的完美表現(xiàn)形式，還有若自身能量不足，可以自行充電，而不需要主人幫助，那是一種意識表現(xiàn)?？傊壿嫹治鲇兄藱C器人自身完成許多工作，在不需要人類幫助的同時，還可以盡量地幫助人類完成一些任務，甚至是比較復雜化的任務。在一定層面上講，機器人有較強的邏輯分析能力，是利大于弊的。具備越來越多樣化功能人類制造機器人的目的是為人類所服務的，所以就會盡可能地把它變成多功能化，比如在家庭中，可以成