21世紀(jì)的機(jī)器人技術(shù)

機(jī)器人這一名詞最早出現(xiàn)于19世紀(jì)，但直到20世紀(jì)50年代后期，機(jī)器人才走出了科學(xué)幻想，進(jìn)入了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。那時(shí)，在市場(chǎng)上出現(xiàn)了兩種機(jī)器人，一種取名為“萬(wàn)能自動(dòng)機(jī)械”，一種取名為“通用搬運(yùn)機(jī)械”，并構(gòu)成了今天機(jī)器人發(fā)展的基型。

一般說(shuō)來(lái)，可以從兩個(gè)角度來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定義。從工程的角度出發(fā)，認(rèn)為它屬于一種自動(dòng)機(jī)械，具有對(duì)環(huán)境的通用性和實(shí)用性，操作程序簡(jiǎn)便，而且可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的隨意的運(yùn)動(dòng)。若從仿生學(xué)的角度看，則認(rèn)為它是具有近似人類(lèi)相當(dāng)部分功能的機(jī)械，它能執(zhí)行與人類(lèi)似的動(dòng)作，且具有類(lèi)似人的某種智能，如記憶、再現(xiàn)、邏輯運(yùn)算、學(xué)習(xí)、判斷、感知等。

機(jī)器人由硬件和軟件兩大部分組成。為了使機(jī)器人能夠從事復(fù)雜的工作，執(zhí)行與人相似的一些動(dòng)作，必須要使它的機(jī)構(gòu)和功能都具有很大的靈活性。同時(shí)，還要有能對(duì)其運(yùn)動(dòng)器官進(jìn)行巧妙控制的軟件，兩者互相配合，協(xié)調(diào)運(yùn)行。

從20世紀(jì)50年代以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)已有了很大的進(jìn)步，按照其功能和類(lèi)型的發(fā)展，大體上可把它劃分為以下3個(gè)時(shí)期：

第一代機(jī)器人，是使用存貯和程序控制的自動(dòng)機(jī)器，在20世紀(jì)60年代初問(wèn)世，即目前能夠在部門(mén)實(shí)用的重復(fù)型機(jī)器人，常稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人。它的動(dòng)作包括示教、存貯、再現(xiàn)和操作4個(gè)步驟。它可以通過(guò)示教輸入操作程序，在存貯裝置內(nèi)存貯一系列的操作內(nèi)容，并利用存貯內(nèi)容的再現(xiàn)，自動(dòng)地重復(fù)進(jìn)行工作的一種通用自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械。

它存在的問(wèn)題包括：

（1）傳感器與反饋問(wèn)題。它一般沒(méi)有觸覺(jué)及反饋系統(tǒng)，不能用觸覺(jué)去發(fā)現(xiàn)物體放置的位置與姿態(tài)，所以不能做出靈巧的動(dòng)作。

（2）視覺(jué)問(wèn)題。由于它沒(méi)有眼睛，不能辨別物體的種類(lèi)，不能看出零件安裝位置，也不能進(jìn)行視覺(jué)檢查。

（3）適應(yīng)能力問(wèn)題。由于它只按事先存貯的程序動(dòng)作，不能隨環(huán)境和作業(yè)對(duì)象的變化而自動(dòng)更改作業(yè)內(nèi)容，幾乎不能把復(fù)雜的裝配作業(yè)編成程序。

（4）運(yùn)動(dòng)自由度問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，這類(lèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度小，手的柔軟性差，沒(méi)有移動(dòng)的腳。

這種機(jī)器人的最大優(yōu)點(diǎn)在于能把人類(lèi)從危險(xiǎn)、惡劣、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，做到工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化與省力化，目前仍然得到廣泛的應(yīng)用。

第二代機(jī)器人與第一代的根本區(qū)別在于其智能性。它具有感覺(jué)識(shí)別又具有某些思維功能，并由這些功能控制動(dòng)作，是具有與人類(lèi)相類(lèi)似智能的自動(dòng)機(jī)械。其發(fā)展主要開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，主要用在各種對(duì)人有害的環(huán)境中作業(yè)，它能在操作人員操縱下進(jìn)行工作，或按照人的指令在未知環(huán)境中從事高水平的作業(yè)。一般把前者稱(chēng)為近距離操縱型機(jī)器人，后者稱(chēng)為遠(yuǎn)距離操縱型機(jī)器人。假如說(shuō)在60年代主要用示教重復(fù)型機(jī)器人來(lái)做“放”與“拿”工作，那么到了70年代，開(kāi)始用智能機(jī)器人進(jìn)行“尋找”與“發(fā)現(xiàn)”對(duì)象物，今后的十年將是機(jī)器人大發(fā)展的十年，智能機(jī)器人的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

目前世界上已有幾萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人，其品種和功能多種多樣，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，可歸納為：

（1）危險(xiǎn)環(huán)境條件替代作業(yè)。原子能生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、空間飛行、海洋開(kāi)發(fā)、軍事工程、救火等領(lǐng)域。

（2）社會(huì)福利。假肢、高級(jí)作業(yè)程序及語(yǔ)言控制的假肢、醫(yī)療機(jī)器人、家用機(jī)器人等。

（3）生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人，裝配、檢驗(yàn)、系統(tǒng)管理機(jī)器人等?？傊?，機(jī)器人的研究領(lǐng)域相當(dāng)廣泛?？梢詮姆律鷮W(xué)的角度對(duì)人和動(dòng)物肢體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，使機(jī)器人具有類(lèi)似生物運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)、也可以從生理學(xué)的角度對(duì)生物體的視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并作出其物理模型，以便研制機(jī)器人的理想信息處理系統(tǒng)；還可以采用電子計(jì)算機(jī)，進(jìn)行機(jī)器人智能信息處理和肢體運(yùn)動(dòng)控制的研究等。