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隨著2001年新年鐘聲的敲響，人們邁著堅實的步伐跨進(jìn)了21世紀(jì)。站在世紀(jì)之交的門檻，回顧過去，展望未來，我們心潮澎湃、思緒萬千……
20世紀(jì)，人類取得了輝煌的成就，從量子理論、相對論的創(chuàng)立，原子能的應(yīng)用，脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，到信息技術(shù)的騰飛，人類基因組工作草圖的繪就，世界科技發(fā)生了深刻的變革。信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、海洋技術(shù)、航空航天技術(shù)等都取得了重大突破，極大地提高了社會生產(chǎn)力。
機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世以來，經(jīng)歷40年的發(fā)展已取得長足的進(jìn)步。工業(yè)機(jī)器人在經(jīng)歷了誕生——成長——成熟期后，已成為制造業(yè)中不可少的核心裝備，世界上有約75萬臺工業(yè)機(jī)器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。特種機(jī)器人作為機(jī)器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來居上之勢，仿人形機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等各種用途的特種機(jī)器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向?qū)嵱没~進(jìn)。
人們常常會問為什么要發(fā)展機(jī)器人？我們說機(jī)器人的出現(xiàn)并高速發(fā)展是社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，是為了提高社會的生產(chǎn)水平和人類的生活質(zhì)量，讓機(jī)器人替人們干那些人干不了、干不好的工作。在現(xiàn)實生活中有些工作會對人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運(yùn)等；有些工作要求質(zhì)量很高，人難以長時間勝任，比如汽車焊接、精密裝配等；有些工作人無法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調(diào)的重復(fù)性勞作等；這些都是機(jī)器人大顯身手的地方。服務(wù)機(jī)器人還可以為您治病保健、保潔保安；水下機(jī)器人可以幫助打撈沉船、鋪設(shè)電纜；工程機(jī)器人可以上山入地、開洞筑路；農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以耕耘播種、施肥除蟲；軍用機(jī)器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈……
現(xiàn)在社會上對機(jī)器人有很多迷惑，有人認(rèn)為機(jī)器人無所不能。這些朋友是從電影、電視、小說中認(rèn)識機(jī)器人的，他們眼中的機(jī)器人是神通廣大的萬能機(jī)器，當(dāng)他們看到現(xiàn)實的機(jī)器人時，他們會認(rèn)為現(xiàn)在的機(jī)器人太普通，不能稱之為機(jī)器人。有人認(rèn)為機(jī)器人是人，形狀必須像人，不像人怎么能叫機(jī)器人，然而現(xiàn)實中絕大多數(shù)的機(jī)器人樣子不像人，這使很多機(jī)器人愛好者大失所望。還有人認(rèn)為機(jī)器人上崗，工人就會下崗，無形中把機(jī)器人當(dāng)成了競爭對手，他們沒有想到機(jī)器人會為人做許多有益的事情，會推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給人類創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會。
機(jī)器人的定義
在科技界，科學(xué)家會給每一個科技術(shù)語一個明確的定義，但機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(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)。根本原因主要是因為機(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學(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，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。
機(jī)器人指揮
其實并不是人們不想給機(jī)器人一個完整的定義，自機(jī)器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機(jī)器人。但隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時代的到來，機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實和創(chuàng)新。
1886年法國作家利爾亞當(dāng)在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機(jī)器起名為“安德羅丁”（android），它由4部分組成：
1，生命系統(tǒng)（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動等）；
2，造型解質(zhì)（關(guān)節(jié)能自由運(yùn)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(tài)）；
4，人造皮膚（含有膚色、機(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等）。
1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機(jī)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(yù)告了機(jī)器人的發(fā)展對人類社會的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。在該劇中，機(jī)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(jī)器人具有了感情，導(dǎo)致機(jī)器人的應(yīng)用部門迅速增加。在工廠和家務(wù)勞動中，機(jī)器人成了必不可少的成員。機(jī)器人發(fā)覺人類十分自私和不公正，終于造反了，機(jī)器人的體能和智能都非常優(yōu)異，因此消滅了人類。
但是機(jī)器人不知道如何制造它們自己，認(rèn)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(jié)果。最后，一對感知能力優(yōu)于其它機(jī)器人的男女機(jī)器人相愛了。這時機(jī)器人進(jìn)化為人類，世界又起死回生了。
卡佩克提出的是機(jī)器人的安全、感知和自我繁殖問題�？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步很可能引發(fā)人類不希望出現(xiàn)的問題。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(xiàn)實。
為了防止機(jī)器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“機(jī)器人三原則”：
1，機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；
2，機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；
3，機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。
這是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則。
在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)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(jī)器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動性、奴隸性等7個特征的柔性機(jī)器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機(jī)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(jī)器稱為機(jī)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(yuǎn)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(jī)器人
禮儀機(jī)器人
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)，靠腳實現(xiàn)移動，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。
機(jī)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(jī)器人理解為仿人機(jī)器的同時，也可以廣義地把機(jī)器人理解為仿動物的機(jī)器。
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)計能根據(jù)傳感器信息實現(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象”。
1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(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控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。”
我國科學(xué)家對機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器”。在研究和開發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人的過程中，人們逐步認(rèn)識到機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動和交互技術(shù)的結(jié)合。隨著人們對機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動的各個領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等。對不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，也是機(jī)器人與一般自動化裝備的重要區(qū)別。這些機(jī)器人從外觀上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了最初仿人型機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀，更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強(qiáng)，從而為機(jī)器人技術(shù)開辟出更加廣闊的發(fā)展空間。
中國工程院院長宋健指出：“機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是20世紀(jì)自動控制最有說服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動化”。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國際上重新認(rèn)識機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。
機(jī)器人的分類
關(guān)于機(jī)器人如何分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負(fù)載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。一般的分類方式見表：
我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前，國際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和我國的分類是一致的。
古代機(jī)器人
機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機(jī)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(jī)器，以便代替人類完成各種工作。
機(jī)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(jī)器人。
春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機(jī)械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經(jīng)》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國勞動人民的聰明智慧。
公元前2世紀(jì)，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人──自動機(jī)。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(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)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(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。
1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動機(jī)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(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進(jìn)食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機(jī)械化而進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析。
寫字機(jī)器人
在當(dāng)時的自動玩偶中，最杰出的要數(shù)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(xù)推出了自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動玩偶是利用齒輪和發(fā)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(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時。由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，這些玩偶其實是身高一米的巨型玩具�，F(xiàn)在保留下來的最早的機(jī)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(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。
19世紀(jì)中葉自動玩偶分為2個流派，即科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派，并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。1831年歌德發(fā)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(jī)械實物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動雙腿沿圓周走動。
進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機(jī)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(jī)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(jī)器人，裝有無線電發(fā)報機(jī)，可以回答一些問題，但該機(jī)器人不能走動。1959年第一臺工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。
現(xiàn)代機(jī)器人
現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計算機(jī)和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。
機(jī)器人汽車焊接生產(chǎn)線
自1946年第一臺數(shù)字電子計算機(jī)問世以來，計算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。
大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進(jìn)展，其結(jié)果之一便是1952年數(shù)控機(jī)床的誕生。與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的控制、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
另一方面，原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。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(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。
鉚接機(jī)器人
1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。
作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)。
機(jī)器狗
機(jī)器狗
1967年日本成立了人工手研究會（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會。
1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會議。1970年以后，機(jī)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(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動的，能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。
到了1980年，工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及，故稱該年為“機(jī)器人元年”。
隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國的美稱”。
自治潛水器
隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動了機(jī)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(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實。將機(jī)器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器——機(jī)器人化機(jī)器。當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了“軟件機(jī)器人”、“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人”的名稱，這也說明了機(jī)器人所具有的創(chuàng)新活力。
來源：中國科普博覽、中國科學(xué)院
