机器人

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机器人名词解释：一种能灵活地完成特定的操作和运动任务,并可再编程序的多功能操作器。机器人是人工智能的一个应用领域。
机器人(Robot)一词出自捷克作家恰佩克(K.Capek)于1920年写的喜剧《罗莎姆公司的万能罗伯特》,机器人(罗伯特)是剧中的主人公。这个词是根据捷克语Robota(奴仆)和斯洛伐克语Robotnik(劳动者)创造的,是一个万能的机器“工人”的意思。此后,机器人一直是玩具、戏剧、漫画尤其是幻想小说的主人公。人们常常把机器人理解为种种像人似的小怪物(如20世纪80年代风靡世界的美国电影《未来世界》中的人形的东西),一般是作为人的对立物(如《未来世界》或恰佩克的喜剧)而出现的,因此,一提起机器人,总是令人心生畏惧。就连最早提出有用而友善的机器人观念的美国作家阿西莫夫(I.Asimov)也在他1950年的幻想小说《我,机器人》中提出了有名的机器人三定律名词解释：
(1)机器人不得伤害人,或看到人受伤害而袖手旁观。
(2)机器人必须服从人给它的命令,除非这一命令与第1条定律相抵触。
(3)机器人必须保护自己,除非与前两条定律相抵触。
当然实际上,在现阶段,机器人与“人形”并无关联,它的定义是名词解释：“能灵活地完成特定的操作和运动任务,并可再编程序的多功能操作器。”机器人主要在功能上模拟人,外形上多种多样,以适合需要为准。一般地,人们常把能在某种意义上模仿生物(人)的动作和行为的机械装置统称为机器人。
机器人的研制开始于20世纪40年代末,一方面是这时有了生产上的需要,如在有放射性或其他有害环境中代替人工作促使人们研制遥控操作器;再如生产的自动化提出了新的、更灵活的控制要求,这促使人们研制数控机床。另一方面是自动化技术、机械技术,特别是电子计算机的广泛应用提供了研制条件。20世纪40年代末到50年代初,遥控操作器和数控机床投入应用,它们可以说是最早的机器人了。
1954年,美国的德沃(G.C.Devol)申请了一个“可编程控机械手”的专利,这是世界上第一个真正的机器人制造专利。1958年他与英格伯格(J. Engberg)合作制成了机器人样机,此举获得成功。这种机器人可用于各种产品,因而被称为“产业机器人(工业机器人)”,1960年正式用此名称。他们二人接着兴办了世界上第一家机器人制造工厂,并开办机器人公司“尤尼梅逊”公司,英格伯格任总经理,1961年生产出第一种机器人“尤尼梅特”(意为“万能自动”)。接着,美国另一家公司推出另一种机器人“弗塞特兰”(意为“万能搬运”)。以后的相当时期内机器人都按这两种研制。但是直至1966年,通用汽车公司在俄亥俄州成立新厂,一次购入并使用了66个“尤尼梅特”机器人,机器人才真正进入工业生产。接着,日本、英国等国相继引入了机器人和机器人制造技术,并开展了相应的研制工作。
采用工业机器人带来极大的效益。首先,可以节约大量人力,为人赢得大量时间;其次,机器人的使用可以改善人的劳动环境——可以代替人在艰苦、有害、恶劣的环境中完成各种作业;机器人能把人从单调重复的劳动中解放出来,以便从事更富创造性的工作;机器人有各种奇技异能,在某一方面有人所不可比拟的特殊技能,如加工速度、精度等等。总之,使用机器人能提高劳动生产率,提高产品的产量和质量,可以缩短生产周期,省能源,降消耗——可以使人获得较高的经济效益。
因此,机器人制造也是发展较快的产业之一。就工业机器人来说,1981年全世界应用了近10万台,而据1994年国际机器人联合会公布的数字,1993年底全世界已投入应用的机器人有61万台,并预测1997年将达到83万台。此外,机器人自身的发展也迅速经历了三个世代。
首先发展的是程序控制机器人,是按事先设定的程序(包括顺序、条件和位置等)进行活动的机器人。在机器制造业中,常用于完成单调重复的作业。一般可分为固定程序机器人和可变程序机器人两种。前者比较简单,适用于有固定工作程序的往复、重复式机械加工;后者可改变程序以适应新的工作,后来又发展出可编程控机器人,可现编程序来完成新的工作。这些机器人价格较低,所以颇受欢迎。
接着又发展出示教再现机器人,它们具有记忆再现功能,操作者须先进行“示教”,机器人则能记忆有关作业顺序、位置及其他信息,然后按再现指令,逐条取出解读,在一定的精度内重复被示教的程序,完成工作任务。这种方式(示教再现,Teaching/playback,简记T/P)使机器人具有一定的通用性和灵活性,是用自动化机器代替人的最直接的方式。这种机器人主要用于汽车制造、机械加工等部门。
以上两种机器人都属于第一代机器人。第二代机器人是有感觉的机器人。一般的产业机器人如前两种都没有感觉,工件存放位置、姿态稍有改变,机器人就没办法了。20世纪70年代后人们研制了带有传感器的机器人,如触觉、视觉传感器,这样机器人就能判断工件的位置是否正确,如果正确就按规定加工,如果不正确则按传感器的信息加以调整再加工。现在,具有视觉的机器人已达到相当完善的程度。如果在此基础上再增加一个“思维系统”和工作系统就成为第三代机器人——智能机器人。
智能机器人是指能再现人的感觉、操作、行动,并能处理意外事件、从事复杂作业的机器人。
也是在20世纪60年代,美国麻省理工学院把计算机和操作器结合起来,研制出了一种有“智能”的机器人,它能靠自己的触觉找到积木并装于箱内。20世纪70年代初,美国斯坦福研究院研制了谢克(SHAKEY)机器人,它由眼和车组成,受中央计算机控制,具有初级感知能力,能自动生成程序,完成把木箱由 一个房间搬到另一个房间的实验。当时研究这类机器人的目的在于进行人工智能的实验,而不是为了直接应用。因此,智能机器人的研制可以说是与产业机器人的研制分别进行的。只是到了后来,一些国家才研制出一些较为实用的初级智能机器人,如配有简易视觉和操作臂的手眼系统,已开始在机械装配、产品检验、集成电路压焊等方面应用。更高级的智能机器人除了具有普通机器人的功能外,还有感觉识别、理解和决策能力,例如可利用视觉、触觉来判定简单物体的形状、大小、软硬和轻重等,以决定是进行某种操作加工,还是回避等。现代以感觉信息为基础的智能机器人正向以知识为基础的知识型机器人的方向发展。
机器人发展的前提条件是计算机技术、自动控制技术以及对人的智能、人的思维和大脑研究的充分发展。机器人的发展过程同时也就是这些有关科学的发展过程,反过来,机器人的发展也促进了这些有关科学的发展。
随着机器人的发展,机器人也被应用到越来越广泛的领域。为此,人们研制了各种专用机器人,如搬运机器人、起重机器人、焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人、饲养机器人、喷药机器人、除草机器人、水下机器人、移动机器人、医疗机器人、服务机器人、军用机器人等等。1998年1月,美国发射的“月球探测者”探测器也是一个机器人,它可以24小时不间断地对月球进行扫描,1998年3月初,由它传回的数据,人们发现月球上有水!它为月球的开发做出了极大的贡献。可以说在有关的工作领域里它们是远胜于人类的。