機器人必須是機器或機械或電子裝置

㈠ 機器人產生的背景什麼為什麼要發展機器人

首先我介紹一下機器人產生的背景，機器人技術的發展，它應該說是一個科學技術發展共同的一個綜合性的結果，也同時，為社會經濟發展產生了一個重大影響的一門科學技術，它的發展歸功於在第二次世界大戰中，各國加強了經濟的投入，就加強了本國的經濟的發展。
另一方面它也是生產力發展的需求的必然結果，也是人類自身發展的必然結果，那麼人類的發展隨著人們這種社會發展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認識自然過程中，實現人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發展過程中的一個客觀需要。
那麼什麼是機器人呢？人們一般的理解來看，機器人是具有一些類似人的功能的機械電子裝置，或者叫自動化裝置，它仍然是個機器，它有三個特點，一個是有類人的功能，比如說作業功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動作，它還有一個特點是根據人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象，和工作的一些要求，它是人造的機器或機械電子裝置。但從完整的更為深遠的機器人定義來看，應該更強調機器人智能，所以人們又提出來機器人的定義是能夠感知環境，能夠有學習、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。那麼這給機器人提出來更高層次的要求，展望21世紀，機器人將是一個與20世紀計算機的普及一樣，會深入地應用到各個領域，在21世紀的前20年是機器人從製造業走向非製造業的發展一個重要時期，也是智能機器人發展的一個關鍵時期。

剛才我們用了短暫的時間，講了機器人的發展以及我們對機器人的看法，進行了簡單地介紹，相信大家在今後的學習中，能夠加入到我們研究機器人這個行列中。

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首先我介紹一下機器人產生的背景，機器人技術的發展，它應該說是一個科學技術發展共同的一個綜合性的結果，同時，為社會經濟發展產生了一個重大影響的一門科學技術，它的發展歸功於在第二次世界大戰中各國加強了經濟的投入，就加強了本國的經濟的發展。比如說日本，戰後以後開始進行汽車的工業，那麼這時候由於它人力的缺乏，它迫切需要一種機器人來進行大批量的製造，提高生產效率降低人的勞動強度，這是從社會發展需求本身的一個需求。另一方面它也是生產力發展的需求的必然結果，也是人類自身發展的必然結果，那麼人類的發展隨著人們逐漸的這種社會發展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認識自然過程中,來需求能夠解放人的一種奴隸。那麼這種奴隸就是代替人們去能夠從事復雜和繁重的體力勞動，實現人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發展過程中的一個客觀需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，但是它也歸功於電子技術，計算機技術以及製造技術等相關技術的發展而產生了提供了強大的技術保證。

那麼下面我談一下就人們很關心的問題，為什麼要發展機器人?那麼簡單說，機器人有三個方面是我們必要去發展的理由:一個是機器人幹人不願意乾的事，把人從有毒的、有害的、高溫的或危險的，這樣的環境中解放出來，同時機器人可以干不好乾的活，比方說在汽車生產線上我們看到工人天天拿著一百多公斤的焊鉗,一天焊幾千個點，就重復性的勞動，一方面他很累，但是產品的質量仍然很低；另一方面機器人幹人幹不了的活，這也是非常重要的機器人發展的一個理由，比方說人們對太空的認識，人上不去的時候，叫機器人上天，上月球，以及到海洋，進入到人體的小機器人，以及在微觀環境下，對原子分子進行搬遷的機器人，都是人們不可達的工作。上述方面的三個問題，也就是說機器人發展的三個理由。

那麼什麼是機器人呢?這個問題是一個非常有意思的一個問題。但人們一般的理解，機器人是具有一些類似人的功能的機械電子裝置或者叫自動化裝置，它仍然是個機器。它有三個特點：一個是有類人的功能，比如說作業功能；感知功能；行走功能；還能完成各種動作，它還有一個特點是根據人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象和工作的一些要求。它是人造的機器或機械電子裝置，所以這個機器人仍然是個機器。但是目前還沒有一個統一的有關機器人定義，一般來說我們認為機器人是計算機控制的可以編程的目前能夠完成某種工作或可以移動的自動化機械，這是美國工程師協會定的一個定義，但日本和其他國家也對機器人有不同的看法，他們認為從完整的更為深遠的機器人定義來看，應該更強調機器人智能，所以人們又提出來機器人的定義是能夠感知環境，能夠有學習、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。那麼這給機器人提出來更高層次的要求，那麼比方說機器人在這里邊可以代替人進行焊接，焊接的環境是非常復雜的，可以搬運，它在生產線中搬運玻璃和各種各樣的一些零件的搬運的工作，還可以在生產線中碼垛等等，這都是把人從繁重的體力勞動中解放出來的一個例子。

那麼機器人怎麼產生的呢？這是在1920年，有一個捷克斯洛伐克的一個作家叫卡佩克，他寫了一本科幻小說，叫《羅薩姆的機器人萬能公司》。這本小說中他構思了一個和幻想了一個機器人，它的名字叫羅伯特，也就是我們英文中的Robot，它可以不吃飯，它能夠不知疲勞的，不知疲倦地進行工作。在1920年前後，大家也知道是在第一次世界大戰以後，是各國工業發展比較迅速的時期，我們看到電影《摩登時代》，卓別林主演的人變成了機器人，在生產線中天天的進行勞動。人們在這種煩躁的體力勞動中就幻想有一種能代替人完成這樣工作的想像、一種需要，這個小說在1924年和1927年的時候被紛紛傳到了日本、法國和歐洲國家，還變成了一種當時的木偶劇和一些話劇，所以這樣的一個機器人的名詞就向全世界鋪展開來，當時人們還認為是一個科幻小說，還沒有把它跟我們日常的學習工作和生產結合起來。

但通過這樣一個小說，一個羅伯特這樣一個名詞，它體現了人類長期的一種願望，這種願望就是創造出一種機器，能夠代替人進行各種工作。這種想法是機器人產生的一種客觀的要求，那麼真正機器人的發展是在1947年，美國橡樹嶺國家實驗室在研究核燃料的時候，大家知道核燃料，它有X射線對人體是有傷害的，必須有一台機器來完成像搬運和核燃料的處理這樣的工作。在1947年產生了世界上第一台主從遙控的機器人，那麼1947年以後大家知道，是計算機電子技術發展比較迅速的時期，因此各國已經開始利用當時的一些現代的技術，進行了機器人研究。那麼在1962年美國研製成功PUMA通用示教再現型機器人，那麼這就標志著機器人走向成熟，應該說第一台可用的機器人在1947年產生，真正意義的機器人在1962年產生。那麼相繼不久，在英國等國家，也相繼研究出一些機器人，那麼到了20世紀60年代末，日本人將它的國民經濟的汽車工業與機器人進行結合，它購買了美國的專利，在日本進行了再次開發和生產機器人。到20世紀70年代的時候，日本已經將這種示教再現型的機器人進行了工業化，出現了很多公司，現在的像ABB，MOTOMAN，還有安川公司，還有很多機器人公司像OTC等等公司。它們都是已經將機器人進行了工業化，進行了批量生產，而且成功的用於了汽車工業，使機器人正式的走向應用。

在20世紀70年代到20世紀80年代初期，工業機器人變成產品以後，得到全世界的普遍應用以後，那麼很多研究機構開始研究第二代具有感知功能的機器人，出現了瑞典的ABB公司，德國的KUKA機器人公司，日本幾家公司和日本的FUNAC公司，都在工業機器人方面都有很大的作為，同時我們也看到機器人的應用在不斷拓寬，它已經從工業上的一些應用，擴展到了服務行業，擴展了它的作業空間，向海洋空間和服務醫療等等行業的使用。所以從這張圖可以看出機器人發展的幾個過程。

那麼總結一下，我們認為，機器人有三個發展階段，那麼也就是說，我們習慣於把機器人分成三類，一種是第一代機器人，那麼也叫示教再現型機器人，它是通過一個計算機，來控制一個多自由度的一個機械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然後發出指令，這樣的話機器人可以重復的根據人當時示教的結果，再現出這種動作，比方說汽車的點焊機器人，它只要把這個點焊的過程示教完以後，它總是重復這樣一種工作，它對於外界的環境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它並不知道，那麼實際上這種從第一代機器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀70年代後期，人們開始研究第二代機器人，叫帶感覺的機器人，這種帶感覺的機器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機器人抓一個物體的時候，它實際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。

那麼第三代機器人，也是我們機器人學中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機器人，那麼只要告訴它做什麼，不用告訴它怎麼去做，它就能完成運動，感知思維和人機通訊的這種功能和機能，那麼這個目前的發展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機器人實際上並沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學技術的發展，智能的概念越來越豐富，它內涵越來越寬。

那麼從三代機器人發展過程中，從另一個方面，我們對機器人從應用的角度進行了分類，比如說工業機器人，它包括點焊、弧焊、噴漆、搬運、碼垛，在工業現場中工作的這種機器人，我們統稱為工業機器人，那麼從不同的應用中，到水下去作業的叫水下機器人，到空間作業的叫空間機器人，同時又存在農業、林業、牧業，對醫療機器人叫醫用機器人，還包括娛樂機器人，建築和居室上用的機器人，所以從應用分類，它包括從行業、應用角度，也可以進行這樣簡單的分類。

下面我簡單介紹一下我國機器人發展的基本概況。剛才談到了日本在20世紀60年代和美國都在開始進行機器人的研究，由於我們國家存在很多其他的各種因素、問題。我們國家在機器人的研究，在20世紀70年代後期，當時我們在國家北京舉辦一個日本的工業自動化產品展覽會，在這個會上有兩個產品，一個是數控機床，一個是工業機器人，這個時候，我們國家的許多學者，看到了這樣一個方向，開始進行了機器人的研究，但是這時候研究，基本上還局限於理論的探討階段，那麼真正進行機器人研究的時候，是在七五、八五、九五、十五將近這二十年的發展，發展最迅速的時候，是在1986年我們國家成立了863計劃是高技術發展計劃，就將機器人技術作為一個重要的發展的主題，國家投入將近幾個億的資金開始進行了機器人研究，使得我們國家在機器人這一領域得到很快地、迅速地發展。

目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機械部的北京自動化所，像哈爾濱工業大學，北京航空航天大學，清華大學，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機器人研究，很多研究生和博士生都在從事機器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業機器人，水下機器人，空間機器人，核工業的機器人，都在國際上應該處於領先水平，總體上我們國家與發達國家相比，還存在很大的差距，主要表現在，我們國家在機器人的產業化方面，目前還沒有固定的成熟的產品，但是在上述這些水下、空間、核工業，一些特殊機器人方面，我們取得了很多有特色的研究成就。

下邊我簡單介紹一下工業機器人的一些情況，到目前為止，工業機器人是最成熟，應用最廣泛的一類機器人，世界總量目前已經銷售110萬台，這是1999年的統計，但這110萬台在已經進行裝備使用的是75萬台，這個量也是不小的。總體情況看，日本在工業機器人這一塊，是首位的，成為機器人的王國，美國發展也很迅速，目前在新安裝的台數方面，已經超過了日本，中國剛開始進入產業化的階段，已經研製出多種工業機器人樣機，而有小批量在生產中使用，這也是整個在日本、美國以及我們國家在工業機器人情況的一些比較。

這是點焊機器人，點焊機器人剛才講的，主要是針對汽車生產線，提高生產效率，提高汽車焊接的質量，降低工人的勞動強度的一種機器人。它的特點是通過機器人對兩個鋼板進行點焊的時候，需要承載一個很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那麼它的速度要求在每秒鍾一米五到兩米這樣的高速運動，所以它一般來說有五到六個自由度，負載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個球形的工作空間，運動速度也很高，那麼自由度的概念，就是說，是相對獨立運動的部件的個數，就相當於我們人體，腰是一個回轉的自由度，我們大臂可以抬起來，小臂可以彎曲，那麼這就三個自由度，同時腕部還有一個調整姿態來使用的三個自由度，所以一般的機器人有六個自由度，就能把空間的三個位置，三個姿態，機器人完全實現，當然也有小於六個自由度的，也有多於六個自由度的機器人，只是在不同的需要場合來配置。

弧焊機器人也是工業機器人中一個最重要的方面，像我們汽車的後橋，進行焊接的時候，它連續焊接，所以它的特點是連續軌跡控制，所以它要求的軌跡精度要求非常高，一般來說也是五到六個自由度，由於它焊槍比較小，所以在五到十公斤就可以了，這個方面是在國際和國內應用非常大的一類機器人，在另一方面像搬運和鉚接，這些工作場合下，像搬運，主要是要求機器人有很高的速度，承載能力很多、很強，像日本的大庫機器人，它可以承載三百公斤，抓取、來進行搬運和碼垛。

第二類是服務機器人，隨著工業化的發展，尤其近十年以來，機器人的發展的應用領域在不斷拓寬，目前一個很重要的特徵，大家都知道，機器人已經從製造業逐漸轉向了非製造業和服務行業，剛才談的汽車製造屬於是製造業，但服務行業包括清潔、加油、救護、搶險、救災這些等等，都屬於非製造行業和服務行業，那麼這里邊跟工業機器人相比，它有一個很重要的不同，它主要是一個移動平台，它能夠移動、去運動，上面有一些手臂進行操作，同時還裝有一些像力覺感測器和視覺感測器、超聲測距感測器等等。它對周邊的環境進行識別，來判斷它的運動，完成某種工作，這是服務機器人的基本的一個特點。

比方說這里邊有幾張圖片，這是在美國，他們研製的像大型客機這種清洗工作，如果人來做的話十分繁重，那麼大一個機體來清洗的話，工作量是很大，而且也很不方便，那麼他們採用這種機器人來實現像飛機的這些清洗的工作，包括一些國家開發像高層建築的清洗機器人，這也都是服務行業的機器人，還包括像家庭使用的，還有一些賓館和一些公共場合使用的這種清潔機器人，對地面來進行清掃，還包括網球場上能夠自動地把撒下的球，集中收集起來，這種機器人也都是存在的。

另一個方面的服務機器人應用，在汽車加油機器人這塊也很有意思，包括我們現在的一些加油站，都是用自動的計量裝置，實現了有的這種自動計量，但是還仍然用人去操作，但可以看到在一些美國的高速公路上，汽車流量很大，包括夜間都要對汽車進行加油，工作也很煩瑣，所以現在很多國家在開發這種自動的加油機器人，它可以自動的計量，自動的把汽車油嘴放到汽車油箱里邊去，這也都是服務機器人的一種體現。

導盲機器人它針對盲人這種安全性考慮，類似於一個小狗的形狀，它能夠對道路的一些障礙，運動的車輛和行人進行判斷，來引導這個盲人進行安全的行走，這個確實對提高盲人的安全，是非常必要的。

再有導游禮儀機器人，這也是服務機器人，體現出一種智能的，一個體現的代表，在很多大的公司它需要對產品進行宣傳，它製作出一些各種卡通形狀的機器人，能夠跟人進行簡單的對話，介紹產品等等，這在一些賓館能夠接待一些客人等等增加企業或者賓館的這種對社會的影響。

家務機器人主要體現在像一些對地毯和地板定期的它能夠進行清掃和吸塵，它這個機器人很有意思，它有感測器，它能夠把傢具和人能識別出來，它自動的按照一種規律，能根據路徑把地面全部的清掃干凈，這也是家務中一些機器人的表現。

那麼表演娛樂機器人，現在很多國家在開發這種像動物園、還有娛樂中心、還有迪斯尼這樣的一個大型的游園，它為了增加趣味性，把研究出像模仿人，包裝成各種人的樣子，它能夠說話唱歌和表演，這樣還能跟人進行交流，這樣的機器人，還包括把機器人包裝成各種有趣的動物，像恐龍、大象、獅子，還有一些小的卡通式的這種動物，它已經完成像動物的一些動作的模仿，模仿它的聲音，同時還跟人進行交流，尤其是比較有趣的是一個彈鋼琴機器人，早期在日本的時候，彈了一首世界著名的名曲，在當時，在機器人界引起了很大的轟動，那麼這個機器人特點，它要求手指非常靈活，自由度也特別多，而且在彈的過程中，還要有力控制和感覺的控制，所以它相對來說是對機器人機構和控制方面提高更高的要求。

還有像這種機器人的演奏家，包括它的拉小提琴，這個小提琴在樂器里邊最復雜的，難度最高的一種樂器，它能通過樂曲拉小提琴，力的控制、協調、速度等等，都要進行選擇或者自動的判斷，還包括這也是一個機器人在做一個表演，等等就是在服務機器人方面，它很寬的一個應用領域，它跟人的需求越來越接近，那麼總結一下它有幾個關鍵技術，從技術上的方面有四個，一個是移動機構，前面看過幾種機器人它跟工業機器人不一樣，大多數的服務機器人，它是移動的，有輪式、履帶式、還有步行式的，包括還有組合式的，這種移動機構，對環境感知功能，這也是服務機器人最重要的特點，因為它所處的環境，不像工業機器人對一個固定的環境，固定的機座，固定樣子來實現的，那麼這個環境也許是未知的，也許是變化的，包括清掃機器人，屋子的形狀，一家一個樣子，傢具的擺放不一樣，甚至，還有一些人在走動，這些非結構環境使得它能夠准確的描述和感知和判斷，這一點來講，就表現出服務機器人具有一定的人的智能的這種功能。

另一個方面是能源技術，大家知道，早期做仿人形機器人，都帶一個「辮子」，因為它能量提供不足，那麼電池能量很小，所以現在的這種服務機器人，理想的這種能源它要求是密度高，輸出電壓比較恆定，內阻小、耐高溫，還可以充電，成本低，尤其在密度高這個方面是十分重要的，所以能源技術是未來移動機器人發展中的一個十分關鍵的一個問題，還有控制技術，控制技術在感知環境的過程中，它也需要跟人進行交互，它既然是服務，人總要跟它接觸，那麼如何跟人進行交互，那麼就需要一個開放式的友好的連接介面，包括語音功能，圖形編程方式等等。

另一個方面的體現在農林畜產機器人這方面，國際上也有些很大的進展，可能對我們國家農業機器人，林業機器人是否需要，我們也在探討，那麼對於一些發達國家農業人口十分有限，包括在一些農副產品，松籽的採集，量很大，非常麻煩的一件事情，這樣的話，一個機器人能夠對像西紅柿，蘋果等水果，它通過形狀和顏色，來判斷它的成熟度，然後摘取，這個確實提高了農業自動化的一個方面的研究，包括我們國家已經研製成功嫁接機器人，對一些像嫁接，機器人採摘以後，能夠對兩個樹枝進行自動的對接，然後將樹枝纏起來，這個在中國農業大學已經研製成功，還包括林業機器人，林業機器人主要對於農林產品，像松籽進行採摘，還包括像樹根，進行採伐的時候，要拔出來，和植樹這方面也都有開發，更有意思的是在牧業的機器人，包括澳大利亞，綿羊和羊是非常多的一種，他們國家產量最大的一個產業，那麼綿羊，剪羊毛這個量很大，那麼它人力又有限，所以它在致力於開發剪羊毛機器人，它首先通過機械手，把一個羊給固定住，通過攝影機把羊的形狀識別出來，然後，用這種所謂的剪子，然後根據它的形狀，自動地把羊毛剔出來，同時呢，還不破壞它的皮膚，因為一個羊一個模樣所以它操作的難度是很大的，對環境的感知要求很高的，所以這個技術也是非常復雜的。

建築機器人在國外，用量、需求在逐漸增加，建築機器人它主要解決，像我們築路機器人，也都需要建築機器人，包括噴塗，挖掘機，包括像一些建築的模塊化的預制板來進行拼接，都需要一些自動化的裝置，還包括家庭裝修的時候，像牆壁的粉刷這個量也很大，而且也很臟，對人體有害，現在國外一些公司，在開發面向家庭的粉刷這種機器人已經得到了小批量的使用，這是在建築方面的一些體現。

還有像食品包裝，縫紉這也都是說，面向服務家庭也食品這方面的應用，包括對香腸的這種包裝，實際上它一方面提高了自動化水平，但另一方面，也提高了衛生程度，不然的話人類參與的話，總會帶來一些不衛生的因素，包括服裝裁剪，現在我們做衣服，人們越來越追求個性化，那麼現在從他們有些大學在研究，包括你希望的樣子，包括你站在這塊兒給你掃描以後，把你的體型給你掃描出來，機器人能自動地給你設計出適合你這種身材的樣子，通過你的選擇和修改，然後機械手自動地對它的布料進行裁剪，最後，還有一些生產線能夠自動縫紉，在英國，很多國家，也都在開發這樣的一些機器人裝置。

還包括消防救護機器人，在日本發展的比較多，那麼像高樓建築一旦發生火災，那麼大家知道這是很危險的事情，也是很痛苦的事情，那麼通過機器人來輔助來進行救護，把人從高樓救下來，然後進行搶救，包括高樓著火的時候，它可以用這種機械爬到大樓上去，進行噴水，或者是進行切斷一些電纜等等這樣的工作，都可以用機器人來完成。

那麼醫療機器人，是近五年來發展比較迅速的一個新的應用領域，那麼這個也可以看到幾個方面，包括人是一個非常珍貴的生物，那麼包括人的眼球、神經、血管都很精細，那麼如果人手術的時候，醫生來手術，一個是疲勞，另一個人手操作的精度還是有限的，那麼這是在德國，一些大學裡面，面向人的脊椎，如腰間盤突出這種病，進行識別以後，能夠自動地用機器人來輔助進行定位，進行操作和手術。還有一類叫康復機器人，康復機器人像比方說，現在發病量比較大的是偏癱和半身不遂這種病患，當他恢復治療完以後，需要對他的肢體進行鍛煉和恢復，那麼如果醫生是有限的，不可能一個醫生，天天給一個病人進行按摩或牽引這樣的工作，那麼家庭的人員都上班，沒有時間照顧，那麼用一個機器人，可以對他的手進行牽動，天天強迫他進行鍛煉，使人的肌肉的恢復達到最好，更為精細的工作像很多大學和一些醫院在開發像人的腦手術，這個是很危險的事情，但是，已經得到了很好的例證，包括北航開發出了對人腦的定位和鑽孔這樣的工作，還包括像美國已經有一千多例機器人對人眼球進行手術，這樣的機器人，還包括通過遙控操作的辦法，實現對人的胃腸這種手術，大家在電視里邊看到，一個機械手，大概有手指這樣粗細的一個機械手，通過插入腹臟以後，人在屏幕上操作這個機器手，同時對它用激光的方法對病灶進行激光的治療，這樣的話，人就不用很大幅度地破壞人的身體，這實際對人的一種解放，是非常好一種機器人，醫療機器人它也很復雜，一方面它完全自動去完成各種工作，是有困難的，一般來說都是人來參與，這是美國開發的一個林白手術這樣一個例子，人通過在屏幕上，通過一個遙控操作手來控制另一個機械手，實現通過對人的腹腔進行手術，前幾年我們國家展覽會上，美國已經成功的實現了對人的心臟瓣膜的手術和搭橋手術，這已經在機器人領域中，引起了很大的轟動，還包括，AESOP的這種外科手術機器人，它實際上通過一些儀器能夠對人的一些病變進行檢查，通過一個機械手就能夠實現對人的某些部位進行手術，還包括遙操作機械手，以及多個醫生可以在機器人共同參與下進行手術，包括機器人給大夫醫生拿鉗子、鑷子或刀子來代替護士的工作，同時把照明能夠自動的給醫生的動作聯系起來，醫生的手到哪兒，照明就去哪兒，這樣非常好的，一個醫生的助手。

那麼還有幾個例子，像人肩關節的手術，還包括腦外科神經手術，那麼這個手術應該難度是很大的，風險是很大的，但是人在參與下，實現了准確的定位，對人體的恢復是十分有益的。另一個比較體現機器人應用的一個顯示度的一個研究，是水下機器人，首先我們要回答為什麼要開發水下機器人，那麼人隨著人們的對陸地資源的這種不斷地消耗，人們也已經認識到，我們怎麼樣去獲得更多的資源，人們把目光已經放到宇宙和水下，那麼海洋的資源是非常豐富的，包括礦產資源像銅、錳、鎳、鈷這些資源是地面資源的上千倍，這個資源是非常大的，包括空間，那麼海底探測、海上打撈、海下偵查、排險，包括我們看的電影《泰坦尼克號》，大概我們看到了一個小機器人來進行水下拍攝，還包括俄羅斯的核潛艇，發生事故以後，實際上很多大學希望能夠參與，能夠用機器人來進行救護等等，那麼反過來說水下的應用中，機器人是大顯身手的，因為人在海底下的工作，是非常危險的，這個方面，應該說在美國、法國、俄羅斯研究的是水平比較高，那麼這是法國的一個水下作業機器人，在日本「海溝號」潛水器已經到了水下幾千米，進行了海底的探測和海底的一些礦物的收集這樣的工作。

㈡ 機器人的特點和功能

工業機器人是一種通過重復編程和自動控制，能夠完成製造過程中某些操作任務的多功能、多自由度的機電一體化自動機械裝備和系統，它結合製造主機或生產線，可以組成單機或多機自動化系統，在無人參與下，實現搬運、焊接、裝配和噴塗等多種生產作業。

當前，工業機器人技術和產業迅速發展，在生產中應用日益廣泛，已成為現代製造生產中重要的高度自動化裝備。自20世紀60年代初第一代機器人在美國問世以來，工業機器人的研製和應用有了飛速的發展，但工業機器人最顯著的特點歸納有以下幾個。

1.可編程。生產自動化的進一步發展是柔性自動化。工業機器人可隨其工作環境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性製造過程中能發揮很好的功用，是柔性製造系統（FMS）中的一個重要組成部分。

2.擬人化。工業機器人在機械結構上有類似人的行走、腰轉、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業機器人還有許多類似人類的「生物感測器」，如皮膚型接觸感測器、力感測器、負載感測器、視覺感測器、聲覺感測器、語言功能等。感測器提高了工業機器人對周圍環境的自適應能力。

3.通用性。除了專門設計的專用的工業機器人外，一般工業機器人在執行不同的作業任務時具有較好的通用性。比如，更換工業機器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執行不同的作業任務。

4.機電一體化。工業機器人技術涉及的學科相當廣泛，但是歸納起來是機械學和微電子學的結合——機電一體化技術。第三代智能機器人不僅具有獲取外部環境信息的各種感測器，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智慧，這些都和微電子技術的應用，特別是計算機技術的應用密切相關。因此，機器人技術的發展必將帶動其他技術的發展，機器人技術的發展和應用水平也可以驗證一個國家科學技術和工業技術的發展和水平。http://robot.big-bit.com/

㈢ 機器人都有哪些組成部分

機械手主要由執行機構、驅動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。
為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。控制系統是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收感測器反饋的信息，形成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機或dsp等微控制晶元構成，通過對其編程實現所要功能。
一、執行機構
機械手的執行機構分為手部、手臂、軀干；
1、手部
手部安裝在手臂的前端。手臂的內孔中裝有傳動軸，可把運用傳給手腕，以轉動、伸曲手腕、開閉手指。
機械手手部的構造系模仿人的手指，分為無關節、固定關節和自由關節3種。手指的數量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。可根據夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和大小的夾頭以適應操作的需要。所謂沒有手指的手部，一般都是指真空吸盤或磁性吸盤。
2、手臂
手臂的作用是引導手指准確地抓住工件，並運送到所需的位置上。為了使機械手能夠正確地工作，手臂的3個自由度都要精確地定位。
3、軀干軀干是安裝手臂、動力源和各種執行機構的支架。
二、驅動機構
機械手所用的驅動機構主要有4種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓驅動、氣壓驅動用得最多。
1、液壓驅動式
液壓驅動式機械手通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅動系統，由驅動機械手執行機構進行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結構緊湊、動作平穩、耐沖擊、耐震動、防爆性好，但液壓元件要求有較高的製造精度和密封性能，否則漏油將污染環境。
2、氣壓驅動式
其驅動系統通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成，其特點是氣源方便、動作迅速、結構簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。
3、電氣驅動式電力驅動是機械手使用得最多的一種驅動方式。其特點是電源方便，響應快，驅動力較大（關節型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，並可採用多種靈活的控制方案。驅動電機一般採用步進電機，直流伺服電機（AC）為主要的驅動方式。由於電機速度高，通常須採用減速機構（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構等）。有些機械手已開始採用無減速機構的大轉矩、低轉速電機進行直接驅動（DD）這既可使機構簡化，又可提高控制精度。
4、機械驅動式
機械驅動只用於動作固定的場合。一般用凸輪連桿機構來實現規定的動作。其特點是動作確實可靠，工作速度高，成本低，但不易於調整。其他還有採用混合驅動，即液-氣或電-液混合驅動。
三、控制系統
機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度、加減速度等。機械手的控制分為點位控制和連續軌跡控制兩種。
控制系統可根據動作的要求，設計採用數字順序控制。它首先要編製程序加以存儲，然後再根據規定的程序，控制機械手進行工作程序的存儲方式有分離存儲和集中存儲兩種。分離存儲是將各種控制因素的信息分別存儲於兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲於插銷板、凸輪轉鼓、穿孔帶內；位置信息存儲於時間繼電器、定速回轉鼓等；集中存儲是將各種控制因素的信息全部存儲於一種存儲裝置內，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用於順序、位置、時間、速度等必須同時控制的場合，即連續控制的情況下使用。
其中插銷板使用於需要迅速改變程序的場合。換一種程序只需抽換一種插銷板限可，而同一插件又可以反復使用；穿孔帶容納的程序長度可不受限制，但如果發生錯誤時就要全部更換；穿孔卡的信息容量有限，但便於更換、保存，可重復使用；磁蕊和磁鼓僅適用於存儲容量較大的場合。至於選擇哪一種控制元件，則根據動作的復雜程序和精確程序來確定。對動作復雜的機械手，採用求教再現型控制系統。更復雜的機械手採用數字控制系統、小型計算機或微處理機控制的系統。控制系統以插銷板用的最多，其次是凸輪轉鼓。它裝有許多凸輪，每一個凸輪分配給一個運動軸，轉鼓運動一周便完成一個循環。

㈣ 智能機器人需要具備哪些要素

1.機械電子工程
要製作機器人，肯定離不開機械電子系統，目前該項技術已經成功的應用於安全氣囊、防滑剎車系統、復印機、CD機、行駛模擬裝置和自動售票機等。機械電子工程專業又叫機電一體化，學習了此專業就能掌握機器人運動系統、感測和執行元件技術等。要想製作機器人，這門專業開設的課程可以說是基礎性的，必須掌握的。
2.機械設計製造及其自動化
看見這長長的專業名稱，是不是覺得有點迷茫呢？簡而言之，該專業的目的就是設計出智能化的產品。它將計算機科學、信息技術、自動控制技術等融入機械製造中，用先進的設計及製造技術，實現產品的不斷智能化。此項專業對推動機器人技術的向前發展和「擬人化」有著十分關鍵的作用。
3.電氣工程及其自動化
從專業的名稱上就可以看出，它側重於電子、電氣系統。製造機器人離不開電力電子技術和網路控制系統，要科學的設計出合理的機器人供電系統，需要電路的精確配合。同時，機器人電力的傳動和電力系統的保護及控制都與這門專業息息相關。
4.計算機控制技術
學習計算機控制技術主要目的是設計出機器人所需要的程序和控制系統，它掌控的是高智能機器人的核心部分——「大腦」。 大腦的硬體是中央處理器，軟體是控制系統。機器人的設計離不開編程，當設定出你想要的程序之後，機器人就能按照你的指令進行工作了。因此熟練掌握計算機控制技術就顯得更外重要了。

㈤ 機器人的定義是什麼

機器人（Robot）是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建築業，或是危險的工作。

國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般來說，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標准化組織採納了美國機器人協會給機器人下的定義：「一種可編程和多功能的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統。」它能為人類帶來許多方便之處。

(5)機器人必須是機器或機械或電子裝置擴展閱讀：

中國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。

而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類：製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與仿人型機器人，這和中國的分類是一致的。

㈥ 機器人主要的特點和功能

機器人（Robot）是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建築業，或是危險的工作。

1.機器人；自動控制裝置；遙控裝置
2.機械呆板的人，機器般工作的

它是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。在工業、醫學、農業、建築業甚至軍事等領域中均有重要用途。
國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般來說，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標准化組織採納了美國機器人協會給機器人下的定義：「一種可編程和多功能的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統。」它能為人類帶來許多方便之處！
robot，原為robo，意為奴隸，即人類的僕人。作家羅伯特創造的詞彙。
組成部分
機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。
驅動裝置
是驅使執行機構運動的機構，按照控制系統發出的指令信號，藉助於動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有採用液壓、氣動等驅動裝置。

檢測裝置
是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進行比較後，對執行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的感測器大致可以分為兩類：一類是內部信息感測器，用於檢測機器人各部分的內部狀況，如各關節的位置、速度、加速度等，並將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環控制。一類是外部信息感測器，用於獲取有關機器人的作業對象及外界環境等方面的信息，以使機器人的動作能適應外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種「感覺」，向智能化發展，例如視覺、聲覺等外部感測器給出工作對象、工作環境的有關信息，利用這些信息構成一個大的反饋迴路，從而將大大提高機器人的工作精度。

控制系統
一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一台微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即採用多台微機來分擔機器人的控制，如當採用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用於負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算，並向下級微機發送指令信息；作為下級從機，各關節分別對應一個CPU，進行插補運算和伺服控制處理，實現給定的運動，並向主機反饋信息。根據作業任務要求的不同，機器人的控制方式又可分為點位控制、連續軌跡控制和力（力矩）控制。

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機器人概述篇
實際上，機器人（）是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建築業，或是危險的工作。
它可以說是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。目前在工業、醫學、農業甚至軍事等領域中均有重要用途。
歐美國家認為：機器人應該是由計算機控制的通過編排程序具有可以變更的多功能的自動機械，但是日本不同意這種說法。日本人認為「機器人就是任何高級的自動機械」，這就把那種尚需一個人操縱的機械手包括進去了。因此，很多日本人概念中的機器人，並不是歐美人所定義的。
現在，國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標准化組織採納了美國機器人協會給機器人下的定義：「一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統。」
機器人能力的評價標准包括：智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間佔有性等；物理能，指力、速度、連續運行能力、可靠性、聯用性、壽命等。因此，可以說機器人是具有生物功能的空間三維坐標機器。

㈧ 機器人特點和功能。

智能機器人不僅具有獲取外部環境信息的各種感測器，而且還具有記憶內能力、語言理解能力、圖像容識別能力、推理判斷能力等人工智慧，這些都是微電子技術的應用，特別是計算機技術的應用密切相關。機器人通常具有三個基本特點：

1. 身體：具有一定的結構形態。

2. 大腦：自動控制的程序。

3. 動作：完成一定動作、行為表現的能力。

   

㈨ 有關機器人發展狀況

主講人簡介

孫立寧，哈爾濱工業大學機器人研究所所長，博士生導師。機電工程學院副院長，1981年考入哈爾濱工業大學機械工程系，1993年獲得博士學位。主要從事微 操作機器人、工業機器人技術等方面的研究工作。取得過多項重要的研究成果。

內容簡介

首先我介紹一下機器人產生的背景，機器人技術的發展，它應該說是一個科學技術發展共同的一個綜合性的結果，也同時，為社會經濟發展產生了一個重大影響的一門科學技術，它的發展歸功於在第二次世界大戰中，各國加強了經濟的投入，就加強了本國的經濟的發展。

另一方面它也是生產力發展的需求的必然結果，也是人類自身發展的必然結果，那麼人類的發展隨著人們這種社會發展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認識自然過程中，實現人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發展過程中的一個客觀需要。

那麼什麼是機器人呢？人們一般的理解來看，機器人是具有一些類似人的功能的機械電子裝置，或者叫自動化裝置，它仍然是個機器，它有三個特點，一個是有類人的功能，比如說作業功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動作，它還有一個特點是根據人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象，和工作的一些要求，它是人造的機器或機械電子裝置。但從完整的更為深遠的機器人定義來看，應該更強調機器人智能，所以人們又提出來機器人的定義是能夠感知環境，能夠有學習、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。那麼這給機器人提出來更高層次的要求，展望21世紀，機器人將是一個與20世紀計算機的普及一樣，會深入地應用到各個領域，在21世紀的前20年是機器人從製造業走向非製造業的發展一個重要時期，也是智能機器人發展的一個關鍵時期。

剛才我們用了短暫的時間，講了機器人的發展以及我們對機器人的看法，進行了簡單地介紹，相信大家在今後的學習中，能夠加入到我們研究機器人這個行列中。