世纪的机器人技术

21世纪的机器人技术

机器人这一名词最早出现于19世纪，但直到20世纪50年代后期，机器人才走出了科学幻想，进入了科学技术领域。那时，在市场上出现了两种机器人，一种取名为“万能自动机械”，一种取名为“通用搬运机械”，并构成了今天机器人发展的基型。

一般说来，可以从两个角度来对机器人进行定义。从工程的角度出发，认为它属于一种自动机械，具有对环境的通用性和实用性，操作程序简便，而且可以实现独立的随意的运动。若从仿生学的角度看，则认为它是具有近似人类相当部分功能的机械，它能执行与人类似的动作，且具有类似人的某种智能，如记忆、再现、逻辑运算、学习、判断、感知等。

机器人由硬件和软件两大部分组成。为了使机器人能够从事复杂的工作，执行与人相似的一些动作，必须要使它的机构和功能都具有很大的灵活性。同时，还要有能对其运动器官进行巧妙控制的软件，两者互相配合，协调运行。

从20世纪50年代以来，机器人技术已有了很大的进步，按照其功能和类型的发展，大体上可把它划分为以下3个时期：

第一代机器人，是使用存贮和程序控制的自动机器，在20世纪60年代初问世，即目前能够在部门实用的重复型机器人，常称为工业机器人。它的动作包括示教、存贮、再现和操作4个步骤。它可以通过示教输入操作程序，在存贮装置内存贮一系列的操作内容，并利用存贮内容的再现，自动地重复进行工作的一种通用自动搬运机械。

它存在的问题包括：

（1）传感器与反馈问题。它一般没有触觉及反馈系统，不能用触觉去发现物体放置的位置与姿态，所以不能做出灵巧的动作。

（2）视觉问题。由于它没有眼睛，不能辨别物体的种类，不能看出零件安装位置，也不能进行视觉检查。

（3）适应能力问题。由于它只按事先存贮的程序动作，不能随环境和作业对象的变化而自动更改作业内容，几乎不能把复杂的装配作业编成程序。

（4）运动自由度问题。一般来说，这类机器人的运动自由度小，手的柔软性差，没有移动的脚。

这种机器人的最大优点在于能把人类从危险、恶劣、单调的工作环境中解放出来，做到工业生产的自动化与省力化，目前仍然得到广泛的应用。

第二代机器人与第一代的根本区别在于其智能性。它具有感觉识别又具有某些思维功能，并由这些功能控制动作，是具有与人类相类似智能的自动机械。其发展主要开始于20世纪70年代，主要用在各种对人有害的环境中作业，它能在操作人员操纵下进行工作，或按照人的指令在未知环境中从事高水平的作业。一般把前者称为近距离操纵型机器人，后者称为远距离操纵型机器人。假如说在60年代主要用示教重复型机器人来做“放”与“拿”工作，那么到了70年代，开始用智能机器人进行“寻找”与“发现”对象物，今后的十年将是机器人大发展的十年，智能机器人的时代已经到来。

目前世界上已有几万台机器人，其品种和功能多种多样，应用范围相当广泛，可归纳为：

（1）危险环境条件替代作业。原子能生产、宇宙开发、空间飞行、海洋开发、军事工程、救火等领域。

（2）社会福利。假肢、高级作业程序及语言控制的假肢、医疗机器人、家用机器人等。

（3）生产自动化领域。工业机器人，装配、检验、系统管理机器人等。总之，机器人的研究领域相当广泛。可以从仿生学的角度对人和动物肢体的运动学和动力学进行研究，使机器人具有类似生物运动的机构、也可以从生理学的角度对生物体的视觉、触觉和听觉系统进行研究，并作出其物理模型，以便研制机器人的理想信息处理系统；还可以采用电子计算机，进行机器人智能信息处理和肢体运动控制的研究等。