機(jī)器人發(fā)展歷史及未來發(fā)展趨勢(shì)

1、 /7機(jī)器人的發(fā)展歷史及未來發(fā)展趨勢(shì)【摘要】隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。機(jī)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(lǐng)域里我們都可以看到機(jī)器人的身影。我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在不遠(yuǎn)的將來，機(jī)器人會(huì)變得更加普遍。同時(shí)，它們所具有的功能也會(huì)越來越多。接下來，本文將具體介紹機(jī)器人的發(fā)展歷史，同時(shí)也會(huì)根據(jù)科技的最新發(fā)展分析機(jī)器人未來的發(fā)展趨勢(shì)?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)器人發(fā)展歷史發(fā)展趨勢(shì)一、機(jī)器人的定義機(jī)器人是在怎樣的情況下產(chǎn)生的？機(jī)器人形象和機(jī)器人一詞，最早出現(xiàn)在科幻和文學(xué)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(jī)器人的劇本，劇中敘述了一個(gè)叫

2、羅薩姆的公司把機(jī)器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)品推向市場(chǎng)，讓它充當(dāng)勞動(dòng)力代替人類勞動(dòng)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(jī)器人”這個(gè)詞。那機(jī)器人的定義到底是什么呢？在科技界，科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技術(shù)語一個(gè)明確的定義，機(jī)器人問世已有幾十年，但對(duì)機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)。根本原因主要是因?yàn)闄C(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。也許正是由于機(jī)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(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上，人們提出了兩個(gè)有代表性的定義一是森政弘與合田周平提出的：機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來表示機(jī)器人的形象；另一個(gè)是加藤一郎提出的具有如下3個(gè)條件的機(jī)器稱為機(jī)器人：1具有腦、手、腳等三要素的個(gè)體；2具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠(yuǎn)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(qiáng)調(diào)了機(jī)器人應(yīng)當(dāng)仿人的含義，即它靠手進(jìn)行作業(yè)，靠腳

4、實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，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(dāng)于人的五官，使機(jī)器人能夠識(shí)別外界環(huán)境，而平衡覺和固有覺則是機(jī)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(jī)器人而是自主機(jī)器人。1988年法國的埃斯皮奧將機(jī)器人定義為：“機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)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(duì)象”1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)?！蹦壳瓣P(guān)于對(duì)機(jī)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(jī)器人中所訂立的“機(jī)器人三定律”最為著名。艾西莫夫?yàn)闄C(jī)器人提出的三條“定律

5、”（law），程序上規(guī)定所有機(jī)器人必須遵守：機(jī)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(jī)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(jī)器人必須保護(hù)自己?！皺C(jī)器人三定律”的目的是為了保護(hù)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(shí)中，“三定律”成為機(jī)械倫理學(xué)的基礎(chǔ)，目前的機(jī)械制造業(yè)都遵循這三條定律。二、機(jī)器人的發(fā)展歷史科技的發(fā)展帶動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，可以說機(jī)器人的發(fā)展史也是世界科技發(fā)展史的體現(xiàn)?？茖W(xué)的前沿技術(shù)在機(jī)器人中都有應(yīng)用。機(jī)器人發(fā)展到目前為止共分

6、為三個(gè)階段。第一階段的機(jī)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(jī)器人具有對(duì)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(jī)器人”階段,這一階段的機(jī)器人已經(jīng)具有了自主性,有自行學(xué)習(xí)、推理、決策、規(guī)劃等能力。第一代是可編程機(jī)器人（如下圖），這類機(jī)器人一般可以根據(jù)操作員所編的程序，完成一些簡(jiǎn)單的重復(fù)性操作。這一帶機(jī)器人從20世紀(jì)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(yīng)用。第一代機(jī)器人第二代是感知機(jī)器人（如下圖），即自適應(yīng)機(jī)器人，它是在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有不同程度的“感知”能力。這類機(jī)器人在工業(yè)界已有應(yīng)用。第二代

7、機(jī)器人第三代機(jī)器人將具有識(shí)別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機(jī)制，它可以把感知和行動(dòng)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(jī)器人（如下圖）。目前，這類機(jī)器人處于試驗(yàn)階段，將向?qū)嵱没较虬l(fā)展。第三代機(jī)器人現(xiàn)在，讓我們來具體看看機(jī)器人的發(fā)展歷史。工業(yè)機(jī)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(shí)驗(yàn)室就已開始實(shí)施計(jì)劃，研制遙控式機(jī)械手，用于搬運(yùn)放射性材料。這些系統(tǒng)是“主從”型的，用語準(zhǔn)確地“模仿”操作員手和臂的動(dòng)作。主機(jī)械手由使用者進(jìn)行導(dǎo)引做一連串動(dòng)作，而從機(jī)械手盡可能準(zhǔn)確地模仿主機(jī)械手的動(dòng)作，后來用機(jī)械耦合主從機(jī)械手的動(dòng)作加入力的反饋，使操作員能夠感覺到從

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

9、一AMF公司也開始研制工業(yè)機(jī)器人，即Versatran(VersatileTransfer)機(jī)器人。它主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸、采用液壓驅(qū)動(dòng)。該機(jī)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(rèn)為Unimate和Versatran機(jī)器人是世界上最早的工業(yè)機(jī)器人?？梢哉f，60年代和70年代是機(jī)器人發(fā)展最快、最好的時(shí)期，這期間的各項(xiàng)研究發(fā)明有效地推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和推廣。主要成就如下表。年代領(lǐng)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(shù)；傳輸丁業(yè)章二51込第筒K妄寢，用

10、于唇曠1961技術(shù)由俸感鑑硏僦手J4H-.由Em斑衽麻省理王學(xué)院發(fā)明T業(yè)aeran聽住坐標(biāo)機(jī)器人冉業(yè)優(yōu)理迨LCRob將直次變換矩眸應(yīng)月與機(jī)器人1粳孩術(shù)斯坦詣研蕪1疣發(fā)明帶祝覓的自由計(jì)尊機(jī)控制妁行走梆器人Stiakev-V-一_-_.1969VC豆二耳注匕xWTS冊(cè)斤坦福臂1959托于匸丁走機(jī)需人畐向扁械器只視覺枉斯坦整硏丸覺展出L970孩術(shù)ETT菇司發(fā)明帶視克的自適蠱機(jī)甜人1971業(yè)曰本丄業(yè)機(jī)器人例舍iJIRAJ應(yīng)立1372理論盤PPnnl用口-H矩陣討專李九跡1372理論1K亦嚴(yán)-發(fā)明操4住機(jī)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(shù)在斯坦宿硏孌院気

11、腹埔機(jī)器人的編程裝配T-lkUAh岌其同事咸立了機(jī)器入智能茲司.生產(chǎn)第一個(gè)商業(yè)視覺系統(tǒng)1979年Unimation公司推出了PUMA系列工業(yè)機(jī)器人，他是全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多CPU二級(jí)微機(jī)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(shù)較為先進(jìn)的機(jī)器人。同年日本山梨大學(xué)的牧野洋研制成具有平面關(guān)節(jié)的SCARA型機(jī)器人。整個(gè)70年代，出現(xiàn)了更多的機(jī)器人商品，并在工業(yè)生產(chǎn)中逐步推廣應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、控制技術(shù)和人工智能的發(fā)展，機(jī)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(jì)，到1980年全世界約有2萬余臺(tái)機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用。在過去3040年間，機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人

12、技術(shù)獲得引人注目的發(fā)展，具體體現(xiàn)在：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在全世界迅速發(fā)展；機(jī)器人的應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國防的各個(gè)領(lǐng)域；形成了新的學(xué)科機(jī)器人學(xué)；機(jī)器人向智能化方向發(fā)展；服務(wù)機(jī)器人成為機(jī)器人的新秀而迅猛發(fā)展。我國在機(jī)器人研究方面相對(duì)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(jì)80年代開始涉足機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。1986年，我國開展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計(jì)劃，1987年，我國的“863”高技術(shù)計(jì)劃將機(jī)器人方面的研究開發(fā)列入其中。目前我國從事機(jī)器人研究和應(yīng)用開發(fā)的主要是高校及有關(guān)科研院所等。最初我國在機(jī)器人技術(shù)方面研究的主要目的是跟蹤國際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)。隨后，我國在機(jī)

13、器人技術(shù)及應(yīng)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(xué)研制的兩足步行機(jī)器人，北京自動(dòng)化研究所1993年研制的噴涂機(jī)器人，1995年完成的高壓水切割機(jī)器人，沈陽自動(dòng)化研究所研制完成的有纜深潛300m機(jī)器人、無纜深潛機(jī)器人、遙控移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人。我國在仿人形機(jī)器人方面，也取得很大的進(jìn)展。例如，中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)經(jīng)過10年的努力，于2000年成功地研制出我國第一個(gè)仿人形機(jī)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(jī)器人技術(shù)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(jī)器人現(xiàn)在可以說已經(jīng)離我們?cè)絹碓浇?。那么在未來，機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)到底會(huì)是怎樣的呢？三、機(jī)器人未來的發(fā)展趨勢(shì)智能化可以說是機(jī)器人未來的發(fā)展方向，智能機(jī)器人是具有感知、思維和行動(dòng)功能的機(jī)器，是機(jī)構(gòu)學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、微電子學(xué)、光學(xué)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、仿生學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)的綜合成果。智能機(jī)器人可獲取、處理和識(shí)別多種信息，自主地完成較為復(fù)雜的操作任務(wù)，比一般的工業(yè)機(jī)器人具有更大的靈活性、機(jī)動(dòng)性和更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于未來意識(shí)化智能機(jī)器人很可能的幾大發(fā)展趨勢(shì)，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(jī)器人，既然已經(jīng)被賦予“人”的特殊稱義，那當(dāng)然需要有比較完美的語言功能，這樣就能與人類進(jìn)行一定的，甚至完美的語言交流，所以機(jī)器人語言功能的完善是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于未來智能機(jī)器人的語言交流功能會(huì)越來越完美化，是一個(gè)必然性趨勢(shì)，在人類的完美設(shè)計(jì)程序下，它們能輕松地掌握多個(gè)國家的語言，遠(yuǎn)高于人類的學(xué)習(xí)能力。另外，機(jī)器人還能進(jìn)行自我的語言詞匯重組能力，就是當(dāng)人類與之交流時(shí)，若遇到語言包程序中沒有的語句或詞匯時(shí)，可以自動(dòng)地用相關(guān)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(dāng)于類似人類的學(xué)習(xí)能力和邏輯能力，是一種意識(shí)化的表現(xiàn)。各種動(dòng)作的完美化機(jī)器人

16、的動(dòng)作是相對(duì)于模仿人類動(dòng)作來說的，我們知道人類能做的動(dòng)作是極至多樣化的，招手、握手、走、跑、跳、等各種手勢(shì)，都是人類的慣用動(dòng)作。不過現(xiàn)代智能機(jī)器人雖也能模仿人的部分動(dòng)作，不過相對(duì)是有點(diǎn)僵化的感覺，或者動(dòng)作是比較緩慢的。未來機(jī)器人將以更靈活的類似人類的關(guān)節(jié)和仿真人造肌肉，使其動(dòng)作更像人類，模仿人的所有動(dòng)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(dòng)作，如平地翻跟斗，倒立等。外形越來越酷似人類科學(xué)家們研制越來越高級(jí)的智能機(jī)器人，是主要以人類自身形體為參照對(duì)象的。自然先需有一個(gè)很仿真的人型外表是首要前提，在這一方面日本應(yīng)該是相對(duì)領(lǐng)先的，國內(nèi)也是非常優(yōu)秀的。當(dāng)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(jī)器人身上時(shí)，站在那里還配以人類的完美化正統(tǒng)手勢(shì)。這樣從遠(yuǎn)處乍一看，你還真的會(huì)誤以為是一個(gè)大活人。當(dāng)走近時(shí)，細(xì)看才發(fā)現(xiàn)原來只是個(gè)機(jī)器人，對(duì)于未來機(jī)器人，仿真程度很有可能達(dá)到即使你近在咫尺細(xì)看它的外在，你也只會(huì)把它當(dāng)成人類，很難分辯是機(jī)器人，這種狀況就如美國科幻大片終結(jié)者中的機(jī)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(qiáng)對(duì)于智能機(jī)器人為了完美化模仿人類，未來科學(xué)家會(huì)不斷地賦予它許多邏輯分析程序功能，這也相當(dāng)于是智能的表現(xiàn)。如自行重組相應(yīng)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(shí)表現(xiàn)?？傊壿嫹治鲇兄藱C(jī)器人自身完成許多工作，在不需要人類幫助的同時(shí)，還可以盡量地幫助人類完成一些任務(wù)，甚至是比較復(fù)雜化的任務(wù)。在一定層面上講，機(jī)器人有較強(qiáng)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(jī)器人的目的是為人類所服務(wù)的，所以就會(huì)盡可能地把它變成多功能化，比如在家庭中，可以成