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機器人(來自百度百科)
發布時間:2009/9/20  (己有3023人瀏覽)

 
機器人概述篇

  實際上,機器人(Robot)是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮,又可以運行預先編排的程序,也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作,例如生產業、建筑業,或是危險的工作。

  它可以說是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。目前在工業、醫學、農業、建筑業甚至軍事等領域中均有重要用途。

  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。聯合國標準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準包括: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三維空間坐標機器。

 
機器人的組成

  機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統等組成。

  執行機構即機器人本體,其臂部一般采用空間開鏈連桿機構,其中的運動副(轉動副或移動副)常稱為關節,關節個數通常即為機器人的自由度數。根據關節配置型式和運動坐標形式的不同,機器人執行機構可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關節坐標式等類型。出于擬人化的考慮,常將機器人本體的有關部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部(夾持器或末端執行器)和行走部(對于移動機器人)等。

  

檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況,根據需要反饋給控制系統,與設定信息進行比較后,對執行機構進行調整,以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類:一類是內部信息傳感器,用于檢測機器人各部分的內部狀況,如各關節的位置、速度、加速度等,并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器,形成閉環控制。另一類是外部信息傳感器,用于獲取有關機器人的作業對象及外界環境等方面的信息,以使機器人的動作能適應外界情況的變化,使之達到更高層次的自動化,甚至使機器人具有某種“感覺”,向智能化發展,例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環境的有關信息,利用這些信息構成一個大的反饋回路,從而將大大提高機器人的工作精度。

  控制系統有兩種方式。一種是集中式控制,即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散(級)式控制,即采用多臺微機來分?;魅說目刂?,如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時,主機常用于負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算,并向下級微機發送指令信息;作為下級從機,各關節分別對應一個CPU,進行插補運算和伺服控制處理,實現給定的運動,并向主機反饋信息。根據作業任務要求的不同,機器人的控制方式又可分為點位控制、連續軌??刂坪土Γ兀┛刂?。

 
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,但后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臺可編程的機器人,并注冊了專利。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”。這個定義影響到以后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臺工業機器人。隨后,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,并出口到世界各國,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,并在1965年,幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器,能識別并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,并向人工智能進發。

  

Shakey

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并抓取積木,不過控制它的計算機有一個房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺智能機器人,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臺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,后來更進一步,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Cincinnati Milacron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 美國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。iRobot公司北京區授權代理商:北京微網智宏科技有限公司//www.micronet.net.cn。

  2006年 6月,微軟公司推出Microsoft Robotics Studio,機器人??榛?、平臺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。

  家務型機器人:能幫助人們打理生活,做簡單的家務活。

  操作型機器人:能自動控制,可重復編程,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,機器人則自動重復進行作業。

  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,機器人根據示教后的信息進行作業。

  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:能適應環境的變化,控制其自身的行動。

  學習控制型機器人:能“體會”工作的經驗,具有一定的學習功能,并將所“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機器人。

  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、用于非制造業并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器,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

  一、無人飛機

  “別動隊”無人機

  縱觀無人機發展的歷史,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,盡管出現并使用了無人機,但由于技術水平低下,無人機并未發揮重大作用。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。在隨后的越南戰爭、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、電臺干擾、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、機場進行反復偵察,并將拍攝的圖像傳送給預警飛機和地面指揮部。這樣,以軍準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筑的堅固的防御工事,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并傳送給指揮中心。幾分鐘后,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。之后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。

  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,并傳送給直升機部隊,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,發現目標后引導有人飛機進行攻擊,然后再進行戰果評估。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??撲魑終秸鞘瀾緹植空秸惺褂夢奕嘶孔疃?、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年內軍方應準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。這并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。

  二、特種功能的機器人

  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臺以上。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??氐綞瘧魅?,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,在桅桿上裝有兩臺攝像機。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,??鼐嗬朐?公里。

  “土撥鼠”和“野?!迸瘧魅?BR>

  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,海灣戰爭后的科威特,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?;魅順瞪弦話闋壩卸嗵ú噬獵CD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,并把爆炸物運走;車上還裝有獵槍,利用激光指示器瞄準后,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Cybernetics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,警方購買了四臺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。海灣戰爭后,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臺Andros機器人前往科索沃,用于爆炸物及子炮彈的清理??站扛魷忠叟瘧《蛹昂嬌站仍行畝甲氨贛幸惶ˋndros VI。

  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Andros MarkVIA型機器人,另一種是RST公司研制的STV機器人。STV是一輛6輪??爻?,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、晝用瞄準具、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,??鼐嗬氪?0公里。在這次行動中共出動了3臺STV,操作人員??鼗魅誦惺壞驕嘧?48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。

  三、民用機器人

  機器人指揮

  其實并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么是機器人。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。后來,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?;魅朔⒕躒死嗍腫運膠筒還?,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。最后,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??蒲Ъ際醯慕膠蕓贍芤⑷死嗖幌M魷值奈侍?。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(Isaac.Asimov)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?;ぷ約?,與第一條相抵觸者除外。

  這是給機器人賦予的倫理性綱領?;魅搜踅繅恢苯餿蜃魑魅絲⒌淖莢?。

  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,并以此系統的使用方法作為研究對象”。

  1987年國際標準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?!?BR>

  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”?;魅思際踝酆狹碩嘌Э頻姆⒄鉤曬?,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、用于非制造業并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臺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多年的歷史。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。

  春秋后期,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,亞歷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,每行十里擊鐘一下。

  后漢三國時期,蜀國丞相諸葛亮成功地創造出了“木牛流馬”,并用其運送軍糧,支援前方戰爭。

  1662年,日本的竹田近江利用鐘表技術發明了自動機器玩偶,并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,最杰出的要數瑞士的鐘表匠杰克·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歷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,并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世紀后,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”,并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年第一臺工業機器人(可編程、圓坐標)在美國誕生,開創了機器人發展的新紀元。

  四、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年第一臺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??鼗凳?,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,并申請了專利。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年以后,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·豪恩制造了第一臺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”。

  隨后,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。

 
人類與機器人

  隨著社會的不斷發展,各行各業的分工越來越明細,尤其是在現代化的大產業中,有的人每天就只管擰一批產品的同一個部位上的一個螺母,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,各種職業病逐漸產生,于是人們強烈希望用某種機器代替自己工作,因此人們研制出了機器人,用以代替人們去完成那些單調、枯燥或是危險的工作。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?!盎魅松細?,人將下崗?!輩喚鱸諼夜?,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 NXT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升級!NXT機器人!

  這位全新組裝型機器人全身布滿了感應器,讓它可以根據感應到的聲音和動作做出適當反應,也讓它對于光線和觸覺的反應更加靈敏。NXT 機器人的心臟系統是一個 32位的微型處理器,可以經由 PC 或 Mac 操作程序。

  光學傳感器

  根據傳感器的助攻,幫助您的機器人,以“見” 。 它可以讓您的機器人,以區分輕,皮膚黝黑,以及確定光照強度在一個房間內,或光照強度不同的顏色。

  聲音傳感器

  聲音傳感器可讓機器人聽到! 聲音傳感器能夠測量的噪音水平都分貝(分貝)及DBA (頻率約為3-6千赫哪里人耳是最敏感的) ,以及認識到健全的模式和確定基調的分歧。

  觸碰傳感器

  觸摸傳感器的反應接觸和釋放,機器人創造“感覺”一樣,以前從未! 它可以偵測到單個或多個按鈕,壓力機,和報告回給nxt 。

  超聲波傳感器

  超聲波傳感器“看到”物體的地方!超聲波傳感器是能夠偵測到一個目標和措施,在其鄰近英寸或厘米。

 
電影——《我,機器人》

  

《我,機器人》(英文名:《I,Robot》)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•朗寧博士卻在公司內離奇自殺。

  黑人警探戴爾•斯普納(威爾•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。他根據對朗寧博士生前在3D投影機內留下的信息分析和對自殺現場的勘查,懷疑對象鎖定了朗寧博士自己研制的NS-5型機器人桑尼,而公司總裁勞倫斯•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•凱文(碧姬•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。

 
北京奧運會曾經使用過的機器人

  一、福娃機器人

  福娃機器人能夠感應到一米范圍內的游客,與人對話、攝影留念、唱歌舞蹈,還能回答與奧運會相關的問題。二、翻譯機器人

  能夠實現在任何時間、場所,對任何人和任何設備的多語言服務。

  

  三、安?;魅?BR>
  

  其杰出代表為排爆機器人。

機器人學國家重點實驗室

  機器人學國家重點實驗室(State Key Laboratory of Robotics)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,并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、發展可行技術和平臺樣機系統,培養和匯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??刂品絞接辛街盅≡瘢捍?USB控制和??仄骺刂?。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:

  Ø 體長:20cm--80cm,需要特殊尺寸可定做。

  Ø 外形:錦鯉、金魚、海豚、鯊魚等,可定制。

  Ø 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。

  Ø 連續工作時間:3--4小時,鋰動力電池供電。

  Ø 通訊方式:RF通訊或聲納(Sonar)通訊,可選其一。

  Ø 控制方式:串口/USB控制或??仄骺刂?,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

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  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)。

  1984年電影《終結者》,有了真皮包裹的機器人的創意;

  1991年電影《終結者2》,有了液態金屬機器人概念;

  2003年電影《終結者3》,固液混合態機器人出現。

 
日本最新機器人

  名古屋市商業設計研究所推出了新款機器人“網絡兔子”。它的兩只耳朵可以變換許多姿態,會根據人的聲音作出反應?!巴繽米印?通過無線通信與家里的電腦相連,如果有電子郵件它會朗讀給人聽,也可以播放網絡電臺的節目。最有趣的是不同的“網絡兔子”還能夠“結婚”、“分手”,通過網絡連接讓其中一個“網絡兔子”的雙耳做出一個動作,它遠方的“伴侶”也會接著做出同樣的動作。

  三菱重工業公司的保姆機器人“若丸”連續幾年都是各種機器人展上的明星,在本次展會上它依然吸引著眾人的目光?!叭敉琛蹦茉讜緋坷吹街魅舜脖?,報告當天的天氣或新聞頭條。它還能記住主人的生日,或是提醒主人的結婚紀念日。

  日本產業技術綜合研究所制造的用于陪伴老人和小孩的機器人“Paro”、本田公司的“阿西莫”雙足步行機器人也繼續受到關注。

  阿西莫:本田公司開發的雙腳步行機器人,于2000年11月首次在橫濱國際和平會議中心舉行的機器人展示會上亮相。2006年12月,本田公司曾改進過“阿西莫”的性能,增加了它的關節和馬達,使其可以以每小時6公里的速度小跑,而且將其身高也由最初的1.2米提高到1.3米。

  美國戰斗機械狗研制成功

  

網上引發轟動近日美國官方公布了一段關于軍用機械狗的錄像,視頻中機械狗展示了它驚人的活動能力和適應性,一舉在互聯網上造成轟動。研發公司稱經過測試,這個機械狗能在戰場上為士兵運送彈藥、食物和其他物品。

 
搜索引擎術語

  Robot英文直譯是機器人,在搜索引擎優化SEO中,我們經常翻譯為:探測器。

  有時,你會碰到crawlew(爬行器),spider(蜘蛛),都是探測器之一,只是叫法不同。

  SEO中常說的這個探測器(Robot)是什么?

  搜索引擎用來抓取網頁的工具。它是一個軟件或者說一系列自動程序(顯然,不是一部機器)。

  不同的搜索引擎給他們自己的探測器(Robot)起不同的名字。

  谷歌:googlebot 百度:baiduspider MSN:MSNbot Yahoo:Slurp (yahoo家的這位比較特殊,沒有帶“姓”,并且用的是一個擬聲詞。Slurp,中文理解是機器人吃東西時發出的嘖嘖的聲音)

 
阿西莫夫機器人三定律

  科幻小說家艾薩克· 阿西莫夫在小說《我,機器人》中所訂立的“機器人三定律”。阿西莫夫為機器人提出的三條“定律”(law),程序上規定所有機器人必須遵守:

  一:機器人不得傷害人類,或袖手旁觀坐視人類受到傷害;

  二:除非違背第一法則,機器人必須服從人類的命令;

  三:在不違背第一及第二法則下,機器人必須?;ぷ約?。

 

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