【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對照文獻(xiàn)翻譯】機(jī)器人2
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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位外文翻譯
機(jī)器人
1.機(jī)器人的作用
機(jī)器人是高級整合控制論、機(jī)械電子、計算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。
現(xiàn)在,國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來,人們都可以接受這種說法,即機(jī)器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)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(jī);或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。
2.能力評價標(biāo)準(zhǔn)
機(jī)器人能力的評價標(biāo)準(zhǔn)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(xué)習(xí)和邏輯推理等;機(jī)能,指變通性、通用性或空間占有性等;物理能,指力、速度、連續(xù)運行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命等。因此,可以說機(jī)器人是具有生物功能的三維空間坐標(biāo)機(jī)器。
3.機(jī)器人的組成
機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體,其臂部一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu),其中的運動副(轉(zhuǎn)動副或移動副)常稱為關(guān)節(jié),關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運動坐標(biāo)形式的不同,機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類型。出于擬人化的考慮,常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部(夾持器或末端執(zhí)行器)和行走部(對于移動機(jī)器人)等。
驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)構(gòu),按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號,借助于動力元件使機(jī)器人進(jìn)行動作。它輸入的是電信號,輸出的是線、角位移量。機(jī)器人使用的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置,如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等,此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。
檢測裝置的作用是實時檢測機(jī)器人的運動及工作情況,根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng),與設(shè)定信息進(jìn)行比較后,對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,以保證機(jī)器人的動作符合預(yù)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(nèi)部信息傳感器,用于檢測機(jī)器人各部分的內(nèi)部狀況,如各關(guān)節(jié)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(huán)控制。另一類是外部信息傳感器,用于獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息,以使機(jī)器人的動作能適應(yīng)外界情況的變化,使之達(dá)到更高層次的自動化,甚至使機(jī)器人具有某種“感覺”,向智能化發(fā)展,例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關(guān)信息,利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路,從而將大大提高機(jī)器人的工作精度。
控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制,即機(jī)器人的全部控制由一臺微型計算機(jī)完成。另一種是分散(級)式控制,即采用多臺微機(jī)來分擔(dān)機(jī)器人的控制,如當(dāng)采用上、下兩級微機(jī)共同完成機(jī)器人的控制時,主機(jī)常用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、通訊、運動學(xué)和動力學(xué)計算,并向下級微機(jī)發(fā)送指令信息;作為下級從機(jī),各關(guān)節(jié)分別對應(yīng)一個CPU,進(jìn)行插補(bǔ)運算和伺服控制處理,實現(xiàn)給定的運動,并向主機(jī)反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同,機(jī)器人的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力(力矩)控制。
4.機(jī)器人發(fā)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(jī)器人萬能公司》中,根據(jù)Robota(捷克文,原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文,原意為“工人”),創(chuàng)造出“機(jī)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(jī)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(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對家用機(jī)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(jī)器人三定律”。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造,但后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。
1948年 諾伯特·維納出版《控制論》,闡述了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺機(jī)能的共同規(guī)律,率先提出以計算機(jī)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(jī)器人,并注冊了專利。這種機(jī)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(dá)特茅斯會議上,馬文·明斯基提出了他對智能機(jī)器的看法:智能機(jī)器“能夠創(chuàng)建周圍環(huán)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(jī)器人的研究方向。
1959年 德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機(jī)器人。隨后,成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳,他也被稱為“工業(yè)機(jī)器人之父”。
1962年 美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”(意思是萬能搬運),與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人,并出口到世界各國,掀起了全世界對機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮。
1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們試著在機(jī)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(jī)器人中加入視覺傳感系統(tǒng),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(jī)器人系統(tǒng)。
1965年約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室研制出Beast機(jī)器人。Beast已經(jīng)能通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置,根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。20世紀(jì)60年代中期開始,美國麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機(jī)器人實驗室。美國興起研究第二代帶傳感器、“有感覺”的機(jī)器人,并向人工智能進(jìn)發(fā)。
世界第一臺智能機(jī)器人Shakey
1968年 美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺傳感器,能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木,不過控制它的計算機(jī)有一個房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺智能機(jī)器人,拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。
1969年 日本早稻田大學(xué)加藤一郎實驗室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機(jī)器人。加藤一郎長期致力于研究仿人機(jī)器人,被譽(yù)為“仿人機(jī)器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂機(jī)器人的技術(shù)見長,后來更進(jìn)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(jī)器人和小型計算機(jī)攜手合作,就誕生了美國Cincinnati Milacron公司的機(jī)器人T3。
1978年 美國Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA,這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)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(jī)器人Helpmate,這種機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年,他還預(yù)言:“我要讓機(jī)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(jī)器人(Mind-storms)套件,讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣,相對簡單又能任意拼裝,使機(jī)器人開始走入個人世界。
1999年 日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛寶(AIBO),當(dāng)即銷售一空,從此娛樂機(jī)器人成為目前機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭的途徑之一。
2002年 美國iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba,它能避開障礙,自動設(shè)計行進(jìn)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(yè)化的家用機(jī)器人。iRobot公司北京區(qū)授權(quán)代理商:北京微網(wǎng)智宏科技有限公司http://www.micronet.net.cn。
2006年 6月,微軟公司推出Microsoft Robotics Studio,機(jī)器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯,比爾·蓋茨預(yù)言,家用機(jī)器人很快將席卷全球
5.機(jī)器人分類篇
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。
家務(wù)型機(jī)器人:能幫助人們打理生活,做簡單的家務(wù)活。
操作型機(jī)器人:能自動控制,可重復(fù)編程,多功能,有幾個自由度,可固定或運動,用于相關(guān)自動化系統(tǒng)中。
程控型機(jī)器人:按預(yù)先要求的順序及條件,依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作。
示教再現(xiàn)型機(jī)器人:通過引導(dǎo)或其它方式,先教會機(jī)器人動作,輸入工作程序,機(jī)器人則自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。
數(shù)控型機(jī)器人:不必使機(jī)器人動作,通過數(shù)值、語言等對機(jī)器人進(jìn)行示教,機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。
感覺控制型機(jī)器人:利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作。
適應(yīng)控制型機(jī)器人:能適應(yīng)環(huán)境的變化,控制其自身的行動。
學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人:能“體會”工作的經(jīng)驗,具有一定的學(xué)習(xí)功能,并將所“學(xué)”的經(jīng)驗用于工作中。
智能機(jī)器人:以人工智能決定其行動的機(jī)器人。
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。
空中機(jī)器人又叫無人機(jī)器,近年來在軍用機(jī)器人家族中,無人機(jī)是科研活動最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領(lǐng)域。80多年來,世界無人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進(jìn)的,無論從技術(shù)水平還是無人機(jī)的種類和數(shù)量來看,美國均居世界之首位。
6.機(jī)器人品種篇
6.1無人飛機(jī)
“別動隊”無人機(jī)
縱觀無人機(jī)發(fā)展的歷史,可以說現(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機(jī)發(fā)展的動力。而無人機(jī)對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響也越來越大。一次和二次世界大戰(zhàn)期間,盡管出現(xiàn)并使用了無人機(jī),但由于技術(shù)水平低下,無人機(jī)并未發(fā)揮重大作用。朝鮮戰(zhàn)爭中美國使用了無人偵察機(jī)和攻擊機(jī),不過數(shù)量有限。在隨后的越南戰(zhàn)爭、中東戰(zhàn)爭中無人機(jī)已成為必不可少的武器系統(tǒng)。而在海灣戰(zhàn)爭、波黑戰(zhàn)爭及科索沃戰(zhàn)爭中無人機(jī)更成了主要的偵察機(jī)種。
越南戰(zhàn)爭期間美國空軍損失慘重,被擊落飛機(jī)2500架,飛行員死亡5000多名,美國國內(nèi)輿論嘩然。為此美國空軍較多地使用了無人機(jī)。如“水牛獵手”無人機(jī)在北越上空執(zhí)行任務(wù)2500多次,超低空拍攝照片,損傷率僅4%。AQM-34Q型147火蜂無人機(jī)飛行500多次,進(jìn)行電子竊聽、電臺干擾、拋撒金屬箔條及為有人飛機(jī)開辟通道等。
高空無人偵察機(jī)
在1982年的貝卡谷地之戰(zhàn)中,以色列軍隊通過空中偵察發(fā)現(xiàn)。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(yù)警飛機(jī)對敘軍進(jìn)行監(jiān)視,同時每天出動“偵察兵”及“猛犬”等無人機(jī)70多架次,對敘軍的防空陣地、機(jī)場進(jìn)行反復(fù)偵察,并將拍攝的圖像傳送給預(yù)警飛機(jī)和地面指揮部。這樣,以軍準(zhǔn)確地查明了敘軍雷達(dá)的位置,接著發(fā)射“狼”式反雷達(dá)導(dǎo)彈,摧毀了敘軍不少的雷達(dá)、導(dǎo)彈及自行高炮,迫使敘軍的雷達(dá)不敢開機(jī),為以軍有人飛機(jī)攻擊目標(biāo)創(chuàng)造了條件。
在科索沃戰(zhàn)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(jī)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(jī)。
無人機(jī)在科索沃戰(zhàn)爭中主要完成了以下一些任務(wù):中低空偵察及戰(zhàn)場監(jiān)視,電子干擾,戰(zhàn)果評估,目標(biāo)定位,氣象資料搜集,散發(fā)傳單以及營救飛行員等。
科索沃戰(zhàn)爭不僅大大提高了無人機(jī)在戰(zhàn)爭中的地位,而且引起了各國政府對無人機(jī)的重視。美國參議院武裝部隊委員會要求,10年內(nèi)軍方應(yīng)準(zhǔn)備足夠數(shù)量的無人系統(tǒng),使低空攻擊機(jī)中有三分之一是無人機(jī);15年內(nèi),地面戰(zhàn)車中應(yīng)有三分之一是無人系統(tǒng)。這并不是要用無人系統(tǒng)代替飛行員及有人飛機(jī),而是用它們補(bǔ)充有人飛機(jī)的能力,以便在高風(fēng)險的任務(wù)中盡量少用飛行員。無人機(jī)的發(fā)展必將推動現(xiàn)代戰(zhàn)爭理論和無人戰(zhàn)爭體系的發(fā)展。
6.2特種功能的機(jī)器人
機(jī)器警察
所謂地面軍用機(jī)器人是指在地面上使用的機(jī)器人系統(tǒng),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(wù),在戰(zhàn)時還可以代替士兵執(zhí)行掃雷、偵察和攻擊等各種任務(wù),今天美、英、德、法、日等國均已研制出多種型號的地面軍用機(jī)器人。
英國的“手推車”機(jī)器人
在西方國家中,恐怖活動始終是個令當(dāng)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(jī)器人。英國研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機(jī)器人,已向50多個國家的軍警機(jī)構(gòu)售出了800臺以上。最近英國又將手推車機(jī)器人加以優(yōu)化,研制出土撥鼠及野牛兩種遙控電動排爆機(jī)器人,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(jī)。野牛重210公斤,可攜帶100公斤負(fù)載。兩者均采用無線電控制系統(tǒng),遙控距離約1公里。
“土撥鼠”和“野?!迸疟瑱C(jī)器人
除了恐怖分子安放的炸彈外,在世界上許多戰(zhàn)亂國家中,到處都散布著未爆炸的各種彈藥。例如,海灣戰(zhàn)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(qū)內(nèi),有16個國家制造的25萬顆地雷,85萬發(fā)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(xiàn)在,在許多國家中甚至還殘留有一次大戰(zhàn)和二次大戰(zhàn)中未爆炸的炸彈和地雷。因此,爆炸物處理機(jī)器人的需求量是很大的。
排除爆炸物機(jī)器人有輪式的及履帶式的,它們一般體積不大,轉(zhuǎn)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。機(jī)器人車上一般裝有多臺彩色CCD攝像機(jī)用來對爆炸物進(jìn)行觀察;一個多自由度機(jī)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(zhǔn)后,它可把爆炸物的定時裝置及引爆裝置擊毀;有的機(jī)器人還裝有高壓水槍,可以切割爆炸物。
德國的排爆機(jī)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(jī)器人。DM公司研制的RM35機(jī)器人也被巴黎機(jī)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(jī)器人。我國沈陽自動化所研制的PXJ-2機(jī)器人也加入了公安部隊的行列。
美國Remotec公司的Andros系列機(jī)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(jī)器人。在南非總統(tǒng)選舉之前,警方購買了四臺AndrosVIA型機(jī)器人,它們在選舉過程中總共執(zhí)行了100多次任務(wù)。 Andros機(jī)器人可用于小型隨機(jī)爆炸物的處理,它是美國空軍客機(jī)及客車上使用的唯一的機(jī)器人。海灣戰(zhàn)爭后,美國海軍也曾用這種機(jī)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(jī)器人前往科索沃,用于爆炸物及子炮彈的清理。空軍每個現(xiàn)役排爆小隊及航空救援中心都裝備有一臺Andros VI。
我國研制的排爆機(jī)器人
排爆機(jī)器人不僅可以排除炸彈,利用它的偵察傳感器還可監(jiān)視犯罪分子的活動。監(jiān)視人員可以在遠(yuǎn)處對犯罪分子晝夜進(jìn)行觀察,監(jiān)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(fā)生了韋科莊園教案,為了弄清教徒們的活動,聯(lián)邦調(diào)查局使用了兩種機(jī)器人。一種是Remotec公司的AndrosVA型和Andros MarkVIA型機(jī)器人,另一種是RST公司研制的STV機(jī)器人。STV是一輛6輪遙控車,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(jī)、晝用瞄準(zhǔn)具、微光夜視瞄具、雙耳音頻探測器、化學(xué)探測器、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、目標(biāo)跟蹤用的前視紅外傳感器等。該車僅需一名操作人員,遙控距離達(dá)10公里。在這次行動中共出動了3臺STV,操作人員遙控機(jī)器人行駛到距莊園548米的地方停下來,升起車上的支架,利用攝像機(jī)和紅外探測器向窗內(nèi)窺探,聯(lián)邦調(diào)查局的官員們圍著熒光屏觀察傳感器發(fā)回的圖像,可以把屋里的活動看得一清二楚。
6.3民用機(jī)器人
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)運動等);
2,造型解質(zhì)(關(guān)節(jié)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(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(Isaac.Asimov)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
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。
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。
6.4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。
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?,F(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
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。
7.人類與機(jī)器人
隨著社會的不斷發(fā)展,各行各業(yè)的分工越來越明細(xì),尤其是在現(xiàn)代化的大產(chǎn)業(yè)中,有的人每天就只管擰一批產(chǎn)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(yè)病逐漸產(chǎn)生,于是人們強(qiáng)烈希望用某種機(jī)器代替自己工作,因此人們研制出了機(jī)器人,用以代替人們?nèi)ネ瓿赡切﹩握{(diào)、枯燥或是危險的工作。由于機(jī)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(jī)器人產(chǎn)生了敵意。“機(jī)器人上崗,人將下崗。”不僅在我國,即使在一些發(fā)達(dá)國家如美國,也有人持這種觀念。其實這種擔(dān)心是多余的,任何先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備,都會提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,創(chuàng)造出更多的社會財富,也就必然提供更多的就業(yè)機(jī)會,這已被人類生產(chǎn)發(fā)展史所證明。任何新事物的出現(xiàn)都有利有弊,只不過利大于弊,很快就得到了人們的認(rèn)可。比如汽車的出現(xiàn),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(chǎn)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?nèi)粘I钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ?。英國一位著名的政治家針對關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的這一問題說過這樣一段話:“日本機(jī)器人的數(shù)量居世界首位,而失業(yè)人口最少,英國機(jī)器人數(shù)量在發(fā)達(dá)國家中最少,而失業(yè)人口居高不下”,這也從另一個側(cè)面說明了機(jī)器人是不會搶人飯碗的。
美國是機(jī)器人的發(fā)源地,機(jī)器人的擁有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于日本,其中部分原因就是因為美國有些工人不歡迎機(jī)器人,從而抑制了機(jī)器人的發(fā)展。日本之所以能迅速成為機(jī)器人大國,原因是多方面的,但其中很重要的一條就是當(dāng)時日本勞動力短缺,政府和企業(yè)都希望發(fā)展機(jī)器人,國民也都?xì)g迎使用機(jī)器人。由于使用了機(jī)器人,日本也嘗到了甜頭,它的汽車、電子工業(yè)迅速崛起,很快占領(lǐng)了世界市場。從現(xiàn)在世界工業(yè)發(fā)展的潮流看,發(fā)展機(jī)器人是一條必由之路。沒有機(jī)器人,人將變?yōu)闄C(jī)器;有了機(jī)器人,人仍然是主人。
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