机器人发展史

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1、机器人的发展历史及未来的发展方向一、引言机器人溯源科幻作家想象的超人机器人是一台并不新颖的拟人机器日本在M。时代就有端茶杯的玩 偶。这个由弹簧、齿轮、凸轮和连杆组成的玩偶靠发条运动。刨造“ob。t” 一词不是很久 以前的事。1923年捷克作家Kare!Capek发表了科幻尉本（Rossum的万能机器人。Ca pek把捷 克语Robo ta”写成Robo t,其意思是农奴（属于为中世纪贵族地主从事农业劳动的阶层）， 预告了机器人的发展对人类社会科学与技术的悲烈性影响，这被当作了机器人的起源。故事 的梗概如下：Rossum公司开始把机器人作为人类生产的工业产品推向市场，充当劳动力。机器人按照 其主

2、人的命令静悄悄的工作，没有感觉和感情，以呆板的方式从事繁重的不公正的劳动。就 功能而言，现代的工业机器人还不如它们，但在没有感情这一点上是类似的。后来,Rossum 公司取得了成功，使机器人具有感情（感知能力和敏感性），导致机器人应用部门迅速增加。 在无需感情的工厂劳动和琐碎的家务劳动方面，机器人的存在成了不可避免的事。这个想法 已经远远超出了现代工业机器人的用途。机器人立刻宣布人类并不优秀，人类的自私和不公 正已变得十分有害，因而它们最后造反了。机器人在体能和智能方面是优异的，因此它们开 始屠杀世界各地的人们。但是机器人不知道如何制造它们自己，认为它们自己很快就会灭绝， 所以它们搜寻人类的幸

3、存者，但没有结果。最后，一对感知能力优于其它机器人的男女机器 人相爱了，并传宗接代。这时，机器人进化为人类，世界又起死回生了。机器人到底是什么我们头脑里也许马上会联想到科幻电影里面长的像人的机器。其实那只是机器人的狭意 理解。机器人的完整意义应该是一种可以代替人进行某种工作的自动化设备。它可以是各种 样子，并不一定长得像人，也不见得以人类的动作方式活动。而国际标准化组织（ISO）对 机器人的定义是：1）机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体的某些器官（肢体、感受等）的功能；2）机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；3）机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；

4、4）机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖人的干预；二、机器人发展的四个时期由于机器人在很早以前就有了萌芽，近几十年来又经过了几次变革，因此本人将其发展 分为四个时期： 胚胎时期：公元 200 年至 20世纪中期，在这个时期机器人虽未问世，也没有实质性的发展， 但已有机器人的雏形。我国宋代科学家沈括在梦溪笔谈一书中，记载有一个“自动木人抓老鼠”的故事， “该木人名钟馗，身高三尺，能左手扼属，右手持铁简毙之，动作灵巧”。三国时期，诸葛孔明为运送军用物资而发明了木牛流马，相传可以“日行三千、夜走八 百”。三国志诸葛亮传记载：（建兴）九年，亮复出祁山，以木牛运，粮尽退军十二年 春，亮悉

5、大众由斜谷出，以流马运，据武功五丈原，与司马宣王对于渭南。”18 世纪瑞士钟表匠德罗斯父子制造了机器人玩具，由弹簧驱动，用凸轮控制，可以写 字、弹风琴。幼儿时期：20 世纪五六年代，即第一代示教再现型机器人。它可以感知识别方块，并自动 堆积方块而不需人的干预。这一时期机器人有了实质性的发展，但它只能根据事先编好的程 序来工作，这时它好像只有干活儿的手，不懂得如何处理外界的信息。1954年美国人乔治德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，这种机械手能按照 不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。它第一次使用示教再现的控制方式， 并在 20 世纪的后几十年中，得到惊人的发展。1959年，

6、美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，取名“尤尼梅逊”， 意为“万能自动”。尤尼梅逊的样子像一个坦克炮塔，炮塔上伸出一条大机械臂，大机械臂 上又接着一条小机械臂，小机械臂再安装着一个操作器。这三部分都可以相对转动、伸缩， 很像是人的手臂了。它的发明人专门研究运动机构与控制信号的关系，可以编制程序让机器 记住并模仿、重复进行某种动作。英格伯格和德沃尔认为汽车制造过程比较固定，适合用这 样的机器人。于是，这台世界上第一个真正意义上的机器人，就应用在了汽车制造生产中。1962年 美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运)，与Unimation公司 生产的Unimate 一

7、样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机 器人和机器人研究的热潮。青年时期：20 世纪60 年代至80 年代，即第二代具有感知外界信息能力的机器人，与 第一代机器人相比，它具有更强的外界环境感知能力和环境适应性以及更高的性能，能完成 更复杂的工作任务，并有初步的智能。1962 年-1963 年 传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各 种各样的传感器，包括1961 年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上 最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963 年则开始在机器人中加入视觉传感 系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界

8、上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的 机器人系统。1965年 约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过 声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。 20 世纪60年代中期开始，美国麻省 理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代 带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。成年时期：20 世纪 70 年代至今，即第三代智能机器人，它不仅具有感知功能，还具有 一定的策划和规划能力。能根据人的命令或周围的环境，自行做出决策，规划动作，即按任 务编程。具有高度的智能。1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机

9、器人Shakey。它带有视觉传感器，能 根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世 界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。1969年 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎 长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人 和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。1973 年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国 Cincinnati Milacron 公司的机器人T3。1978年 美国Unimation公司推出通用

10、工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。 PUMA 至今仍然工作在工厂第一线。1984年英格伯格再推机器人Helpmate,这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送 邮件。同年，他还预言：“我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全”。1998年 丹麦乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件,让机器人制造变得跟搭积木一样， 相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO),当即销售一空，从此娱乐机器人成 为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba,它能避开障碍

11、，自动设计行进 路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的 家用机器人。2006年6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机器人模块化、平台统一化的 趋势越来越明显，比尔盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。有些人已预言第四代为具有人类感情、能思维的机器人时代已到来。总之，机器人在近 几十年的发展速度非常的迅猛。三、机器人未来的发展方向机器人学作为一门新兴学科 ，已有近 50年的发展历史了。 50年来 ，机器人学经历了 一个浪式前进的过程。现在全世界已有近100万台机器人在运行 ，机器人技术已形成为 一个很有发展前景的产业

12、，机器人对国民经济和人民生活的各个方面，已产生重要影响。回顾近10多年来国内外机器人技术的发展历程，可以归纳出下列一些特点和发展 趋势。1. 传感智能型机器人发展较快作为传感型机器人基础的机器人传感技术有了新的发展，各种新型传感器不断出现。例 如，超声波触觉传感器、静电电容式距离传感器、基于光纤陀螺惯性测量的三维运动传感器， 以及具有工件检测、识别和定位功能的视觉系统等。多传感器集成与融台技术在智能机器人 上获得 应用。由于单一传感信号难以保证输入信息的准确性 和可靠性，不能满足智能机器 人系统获取环境信息及系统决策能力。采用多传感器集成和融台技术，利用各种传感信息 ， 获得对环境的正确理解，

13、使机器人系统具有容错性，保证系统（尤其是移动机器人系统）信息 处理的快速性和正确性。在多传感集成和融合技术研究方面，人工神经网络的应用特别引入 注目，成为一个研究热点。这方面的研究成果也层出不穷。2. 机器人工程系统呈上升趋势在生产工程系统中应用机器人，使自动化发展为综合柔性自动化，实现生产过程的智能 化和机器人化。近年来，机器人生产工程系统获得不断发展。汽车工业、工程机械、建筑、 电子和电机工业以及家电行业在开发新产品时，引人高级机器人技术，采用柔性自动化和智 能化设备，改造原有生产手段，使机器人及其生产系统的发展呈上升趋势在加工工业中的机 器人工程系统涉及：汽车 、电气和电子、通用机械 、

14、有色金属 、钢铁 、石油 、木材加 工 、造纸、纺织 、食品加工。3. 微型机器人的研究有所突破有人称微型机器和微型机器人为 21世纪的尖端技术之一。已经开发出手指大小的微型 移动机器人，可用于进人小型管道进行检查作业。预计将生产出毫米级大小的微型移动机器 人和直径为几百微米甚至更小（纳米级）的医疗机器人，可让它们直接进人人体器官，具有纳 米分辨率表面成像和渗透能力，进行各种疾病的诊断和治疗 ，而不伤害人的健康。微型驱 动器是开发微型机器人的基础和关键技术之一。它将对精密机械加工、现代光学仪器、超大 规模集成电路、现代生物工程、遗传工程和医学工程产生重要影响。微型机器人在上述工程 中将大有用武

15、之地。 在大中型机器人微型机器人系列之问，还有小型机器人。小型化也是 机器人发展的一个趋势。小型机器人移动灵活方便 ，速度快 ，精度高，适于进人大中型工 件进行直接作业。已开发出一种能够模拟动物意识的小型机器人软件体系结构，控制机器人 实现有意识的运动。比微型机器人还要小的超微型机器人，应用纳米技术，将用于医疗和军 事侦察 目的。4. 军用机器人将装备部队令人遗憾的是，机器人技术被用于军事目的。空间机器人和海洋（水下）机器人将十分容 易地转为军用由于微小型机器人体积小，因而生存能力特别强，具有广泛的应用前景。例如 一种只有昆虫大小的半自主机器人，它可以附着在敌人装备的某一部分上，深入敌人的防线

16、， 秘密地侦察敌人的目标。它也可以向敌人的通讯系统中注入一个功率脉冲进行干扰，或爬到 敌人的机械装备中去，破坏发动机等关键部件。研究发现，陆军的机器人是相当先进的。未 来无人地面车辆的大小可分为以下几类：微型（由昆虫到老鼠那么大），超小型（象猫一样大）， 小到中型（由狗到自行车到轻便马车那样大），以及大型（吉普车及卡车那么大）。到2020年， 高度灵活的轮履合一的机器人车辆将会成为现实。但步行机器人系统的广泛应用仍然是很困 难的。在此，不得不提出“机器人三定律”： 第一定律机器人不得伤害人，或任人受到伤害而无所作为； 第二定律机器人应服从人的一切命令，但命令与第一定律相抵触时例外； 第三定律机器人必须保护自身的安全，但不得与第一、第二定律相抵触四、结论在过去 10 年中，国际机器人学研究和机器人产业摆脱不景气之后，出现了复苏和继续 发展的局面。其最