第一章 认识机器人——【全国青少年人工智能】

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1、旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 1 第一章 认识机器人 第 1 节 机器人发展历史 【知识点】三章情景引入 1. 机器人的定义 2. 机器人对人类社会进步的帮助 3. 机器人的应用 【重难点】 1. 机器人发展历程的关键事迹 2. 生活中机器人的设计使用 【情景引入 】 在平时生活当中如果想要做一些比较危险和无法靠人类完成的事情的时 候，你需要向谁提出求助呢？例如需要做一些力气很大的事情，一些繁琐的 工作，很多依靠数据运算的事情，都需要很多的人力物力才有可能解决。当 今社会可能第一个想到的就是“机器人”，那么什么是机器人呢？哪些可以 被称作是机器人，让我们一起来看一下。机器人，

2、如图 1-1 所示： 旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 2 图 1-1 机器人 思考 1. 什么才是我们认识的机器人？ 2. 生活中的机器人是怎么来的？ 3. 设计一个机器人有多难？ 一、名词解释 机器人：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 旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 3 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。 二、世界第一 1. 世界上第一台编程机器人 1954 年，工业机器人先驱乔治德沃尔创造了世界第一台可编程的机

3、器人“尤尼梅特”。 图 2-1 尤尼梅特 2.世界上第一台工业机器人 1959 年 德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工 业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂Unimation 公 司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之 父”。 旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 4 图 2-2 恩格尔伯格 三、主要事迹 春秋时代（公元前 770 年前 467 年）后期，被称为木匠祖师爷的鲁 班，利用竹子和木料制造出一个木鸟。它能在空中飞行，“三日不下”，这 件事在古书墨经中有所记载，这可称得上世界第一个空中机器人。 公元前 3 世纪，古希腊发

4、明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺斯塑造了 一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯。 公元前 2 世纪，古希腊人发明了一个机器人，它是用水、空气和蒸汽压力作 为动力，能够动作，会自己开门，可以借助蒸汽唱歌。 东汉时期（公元 25 年220 年），我国大科学家张衡，不仅发明了震惊世 界的“候风地动仪”，还发明了测量路程用的“计里鼓车”。车上装有木 人、鼓和钟，每走 1 里，击鼓 1 次，每走 10 里击钟一次，奇妙无比。 三国时期的蜀汉（公元 221 年263 年），丞相诸葛亮既是一位军事家，又 是一位发明家。他成功地创造出“木牛流马”，可以运送军用物资，可成为 最早的陆地军用机器人。 旗开得胜 读万卷

5、书 行万里路读万卷书 行万里路 5 500 多年前，达芬奇在手稿中绘制了西方文明世界的第一款人形机器人，它 用齿轮作为驱动装置，由此通过两个机械杆的齿轮再与胸部的一个圆盘齿轮 咬合，机器人的胳膊就可以挥舞，可以坐或者站立。更绝的是，再通过一个 传动杆与头部相连，头部就可以转动甚至开合下颌。而一旦配备了自动鼓装 置后，这个机器人甚至还可以发出声音。后来，一群意大利工程师根据达芬 奇留下的草图苦苦揣摩，耗时 15 年造出了被称作“机器武士”的机器人。 1738 年，法国天才技师杰克戴瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会 游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化 而进行医

6、学上的分析。 17681774 年间瑞士钟表名匠德罗斯父子三人设计制造出三个像真人一样 大小的机器人写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人。它们是由凸轮控制和 弹簧驱动的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士纳切特尔市艺术和历史博 物馆内。 1893 年，加拿大摩尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”，是以蒸汽为动 力的。 1928 年， W. H. Richards 发明出第一个人形机器人埃里克罗伯特（Eric Robot）。这个机器人内置了马达装置，能够进行远程控制及声频控制。 1928 年，日本生物学家 Makoto Nishimura 研发出了本土的第一个机器人 Gakutensoku。 1933 年

7、世博会上展出了这种长得像奶牛的机器人，它是由纽约一家致力于 动物机器人的小公司 Messmoreand Damon 制造的。说起它的作用，似乎 就只是从自己的假身体里挤出假奶罢了。 旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 6 1935 年，这个机器人的发明受到了很大争议，它会遵守简单的命令比如 “站立”，还能开枪。让人后背发凉的是这家伙的“开枪”指令有时候 并没有那么听话，曾经误伤助理的黑历史无可避免地给这款机器人蒙上了一 层“反攻人类”的阴影。 1939 年，瑞典发明家 August Huber 发明的电波机器人长相鬼畜，身材比 例也不协调，但却可以接受无线电波传送的指令，从而实现“

8、行走”的目 的。 1956 年，世界第一家机器人公司成立，美国发明家乔治德沃尔（George Devol）和物理学家约瑟英格柏格（Joe Engelberger）成立了一家名为 Unimation 的公司，公司名字来自于两个单词“Universal”和 “Animation”的缩写。 1958 年，美国阿拉贡试验室李先推出世界第一个现代实用机器人仆从 机器人。这是一个装在四轮小车上的遥控机器人，其精彩的操作表演，曾在 第二届和平利用原子能大会上引起与会科学家的极大兴趣。 1959 年，乔治德沃尔和约瑟英格柏格发明了世界上第一台工业机器人，命 名为 Unimate（尤尼梅特），意思是“万能自动”

9、。英格伯格负责设计机器 人的“手”、“脚”、“身体”，即机器人的机械部分和完成操作部分；由 德沃尔设计机器人的“头脑”、“神经系统”、“肌肉系统”，即机器人的 控制装置和驱动装置。 1961 年，Unimation 公司生产的世界上第一台工业机器人在美国特伦顿 （新泽西州首府）的通用汽车公司安装运行。这台工业机器人用于生产汽车 的门、车窗把柄、换档旋钮、灯具固定架，以及汽车内部的其他硬件等。 旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 7 1962 年，美国机械与铸造公司（American Machine and Foundry， AMF）制造出世界上第一台圆柱坐标型工业机器人，命名为 V

10、erstran（沃尔 萨特兰），意思是“万能搬动”。该年，AMF 制造的 6 台 Verstran 机器人 应用于美国坎顿（Canton）的福特汽车生产厂。 1966 年，美国海军使用机器人“科沃”，港至 750 来深的海底。成功地打 捞起一枚失落的氢弹。这轰动一时的事件，使人们第一次看到了机器人潜在 的军事使用价值。 1967 年，一台 Unimate 机器人安装运行于瑞典的 Metallverken,Uppsland V?sby，这是在欧洲安装运行的第一台工业机器人。 1969 年，美国在越南战争中，首次使用机器人驾驶的列车，为运输纵队排 险除障，获得巨大成功。 1969 年，通用汽车公司

11、在其洛兹敦（Lordstown）装配厂安装了首台点焊 机器人。 1969 年，挪威 Trallfa 公司提供了第一个商业化应用的喷漆机器人。 1969 年，Unimation 公司的工业机器人进入日本市场。 1969 年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出世界上第一台以双脚走路 的机器人。 1970 年，在美国芝加哥举行第一届美国工业机器人研讨会。一年以后，该 研讨会升级为国际工业机器人研讨会（International Symposium on Industrial Robots，ISIR）。 1971 年，日本机器人协会（Japanese Robot Association）成立。这是世

12、界上第一个国家机器人协会。 旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 8 1972 年，意大利的菲亚特汽车公司（FIAT）和日本日产汽车公司 （Nissan）安装运行了点焊机器人生产线。这是世界第一条点焊机器人生产 线。 1973 年，第一台机电驱动的 6 轴机器人面世。德国库卡公司（KUKA）将其 使用的 Unimate 机器人研发改造成其第一台产业机器人，命名为 Famulus，这是世界上第一台机电驱动的 6 轴机器人。 1973 年，日本日立公司（Hitachi）开发出为混凝土桩行业使用的自动螺栓 连接机器人。这是第一台安装有动态视觉传感器的工业机器人。 1974 年，第一台小型计

13、算机控制的工业机器人走向市场。 1974 年，第一台弧焊机器人在日本投入运行。日本川崎重工公司将用于制 造川崎摩托车框架的 Unimate 点焊机器人改造成弧焊机器人。同年，川崎 还开发了世界上首款带精密插入控制功能的机器人，命名为“Hi-T- Hand”，该机器人还具备触摸和力学感应功能。 1974 年，瑞典通用电机公司（ASEA，ABB 公司的前身）开发出世界上第一 台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人 IRB 6。 1975 年，Olivetti 公司开发出直角坐标机器人“西格玛（SIGMA）”，它 是一个应用于组装领域的工业机器人，在意大利的一家组装厂安装运行。 1977 年，首届

14、恩格柏格（Engelberger）机器人奖颁布。恩格柏格机器人奖 是世界上最负盛名的机器人荣誉。 1978 年，美国 Unimation 公司推出通用工业机器人（Programmable Universal Machine for Assembly，PUMA），应用于通用汽车装配线，这 标志着工业机器人技术已经完全成熟。 旗开得胜 读万卷书 行万里路读万卷书 行万里路 9 1978 年，日本山梨大学（University of Yamanashi）的牧野洋（Hiroshi Makino）发明了选择顺应性装配机器手臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm

15、，SCARA）。这是世界第一台 SCARA 工业机器人。 1978 年，德国徕斯（Reis）机器人公司开发了首款拥有独立控制系统的六 轴机器人 RE15。 1979 年，日本不二越株式会社（Nachi）研制出第一台电机驱动的机器人。 1981 年，美国卡内基梅隆大学的 Takeo Kanade 设计开发出世界上第一 个直接驱动机器人手臂（Direct Drive Robotic Arms）。 1981 年，美国 PaR Systems 公司推出第一台龙门式工业机器人。 1984 年，美国 Adept Technology 公司开发出第一台直接驱动的选择顺应 性装配机器手臂（SCARA），命名为

16、 AdeptOne。 1984 年，瑞典 ABB 公司生产出当时速度最快的装配机器人，IRB 1000。 1985 年，德国库卡公司（KUKA）开发出一款新的 Z 形机器人手臂，它的设 计摒弃了传统的平行四边形造型。 1985 年，工业机器人被列入了国家“七五”科技攻关计划研究重点，目标 锁定在工业机器人基础技术、基础器件开发、搬运、喷涂和焊接机器人的开 发研究等五个方面。 1985 年，上海交通大学机器人研究所完成了“上海一号”弧焊机器人的研 究，这是中国自主研制的第一台 6 自由度关节机器人。 1987 年，国际机器人联合会（International Federation of Robotics， IFR）成立。 198