chūn秋后期,我国著名的木匠鲁班,在机械方面也是一位发明家,据《墨经》记载,他曾制造过一只木鸟,能在空中飞行“三rì不下”,体现了我国劳动人民的聪明智慧。
公元前2世纪,亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人──自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像,它可以自己开门,还可以借助蒸汽唱歌。
1800年前的汉代,大科学家张衡不仅发明了地动仪,而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里,车上木人击鼓一下,每行十里击钟一下。
后汉三国时期,蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”,并用其运送军粮,支援前方战争。
1662年,rì本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶,并在大阪的道顿堀演出。
1738年,法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。
写字机器人
在当时的自动玩偶中,最杰出的要数瑞士的钟表匠杰克·道罗斯和他的儿子利·路易·道罗斯。1773年,他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等,他们创造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理而制成的。它们有的拿着画笔和颜sè绘画,有的拿着鹅毛蘸墨水写字,结构巧妙,服装华丽,在欧洲风靡一时。由于当时技术条件的限制,这些玩偶其实是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶,它制作于二百年前,两只手的十个手指可以按动风琴的琴键而弹奏音乐,现在还定期演奏供参观者欣赏,展示了古代人的智慧。
19世纪中叶自动玩偶分为2个流派,即科学幻想派和机械制作派,并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。1831年歌德发表了《浮士德》,塑造了人造人“荷蒙克鲁斯”;1870年霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅》;1883年科洛迪的《木偶奇遇记》问世;1886年《未来的夏娃》问世。在机械实物制造方面,1893年摩尔制造了“蒸汽人”,“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。
进入20世纪后,机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持,一些适用化的机器人相继问世,1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”,并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人,装有无线电发报机,可以回答一些问题,但该机器人不能走动。1959年第一台工业机器人(可编程、圆坐标)在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。
现代机器人
现代机器人的研究始于20世纪中期,其技术背景是计算机和自动化的发展,以及原子能的开发利用。
自1946年第一台数字电子计算机问世以来,计算机取得了惊人的进步,向高速度、大容量、低价格的方向发展。
大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展,其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。
另一方面,原子能实验室的恶劣环境要求某些cāo作机械代替人处理放shèxìng物质。在这一需求背景下,美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手,1948年又开发了机械式的主从机械手。
铆接机器人
1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。
作为机器人产品最早的实用机型(示教再现)是1962年美国amf公司推出的“verstran”和unimation公司推出的“unimate”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似,但外形特征迥异,主要由类似人的手和臂组成。
1965年,mit的roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。
机器狗
1967年rì本成立了人工手研究会(现改名为仿生机构研究会),同年召开了rì本首届机器人学术会。
1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后,机器人的研究得到迅速广泛的普及。
1973年,辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人,它是液压驱动的,能提升的有效负载达45公斤。
到了1980年,工业机器人才真正在rì本普及,故称该年为“机器人元年”。
随后,工业机器人在rì本得到了巨大发展,rì本也因此而赢得了“机器人王国的美称”。
自治潜水器
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展,使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高,移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展,推动了机器人概念的延伸。80年代,将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人,这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用,而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间,水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世,许多梦想成为了现实。将机器人的技术(如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。当前与信息技术的交互和融合又产生了“软件机器人”、“网络机器人”的名称,这也说明了机器人所具有的创新活力。
机器人的手
机器人要模仿动物的一部分行为特征,自然应该具有动物脑的一部分功能。机器人的大脑就是我们所熟悉的电脑。但是光有电脑发号施令还不行,最基本的还得给机器人装上各种感觉器官。我们在这里着重介绍一下机器人的“手”和“脚”。
机器人必须有“手”和“脚”,这样它才能根据电脑发出的“命令”动作。“手”和“脚”不仅是一个执行命令的机构,它还应该具有识别的功能,这就是我们通常所说的“触觉”。由于动物和人的听觉器官和视觉器官并不能感受所有的自然信息,所以触觉器官就得以存在和发展。动物对物体的软,硬,冷,热等的感觉就是靠的触觉器官。在黑暗中看不清物体的时候,往往要用手去摸一下,才能弄清楚。大脑要控制手,脚去完成指定的任务,也需要由手和脚的触觉所获得的信息反馈到大脑里,以调节动作,使动作适当。因此,我们给机器人装上的手应该是一双会“摸”的、有识别能力的灵巧的“手”。
机器人的手一般由方形的手掌和节状的手指组成。为了使它具有触觉,在手掌和手指上都装有带有弹xìng触点的触敏元件(如灵敏的弹簧测力计)。如果要感知冷暖,还可以装上热敏元件。当触及物体时,触敏元件发出接触信号,否则就不发出信号。在各指节的连接轴上装有jīng巧的电位器(一种利用转动来改变电路的电阻因而输出电流信号的元件),它能把手指的弯曲角度转换成“外形弯曲信息”。把外形弯曲信息和各指节产生的“接触信息”一起送入电子计算机,通过计算就能迅速判断机械手所抓的物体的形状和大小。
现在,机器人的手已经具有了灵巧的指,腕,肘和肩胛关节,能灵活自如的伸缩摆动,手腕也会转动弯曲。通过手指上的传感器还能感觉出抓握的东西的重量,可以说已经具备了人手的许多功能。
在实际情况中有许多时候并不一定需要这样复杂的多节人工指,而只需要能从各种不同的角度触及并搬动物体的钳形指。1966年,美国海军就是用装有钳形人工指的机器人“科沃”把因飞机失事掉入西班牙近海的一颗氢弹从七百五十米深的海底捞上来。1967年,美国飞船“探测者三号”就把一台遥控cāo作的机器人送上月球。它在地球上的人的控制下,可以在两平方米左右的范围里挖掘月球表面四十厘米深处的土壤样品,并且放在规定的位置,还能对样品进行初步分析,如确定土壤的硬度,重量等。它为“阿波罗”载人飞船登月当了开路先锋。
机器人的眼睛
人的眼睛是感觉之窗,人有80%以上的信息是靠视觉获取,能否造出“人工眼”让机器也能象人那样识文断字,看东西,这是智能自动化的重要课题。关于机器识别的理论,方法和技术,称为模式识别。所谓模式是指被判别的事件或过程,它可以是物理实体,如文字,图片等,也可以是抽象的虚体,如气候等。机器识别系统与人的视觉系统类似,由信息获取,信息处理与特征抽取,判决分类等部分组成。
机器认字
大家知道,信件投入邮筒需经过邮局工人分拣后才能发往各地。一人一天只能分拣2-3千封信,现在采用机器分拣,可以提高效率十多倍。机器认字的原理与人认字的过程大体相似。先对输入的邮政编码进行分析,并抽取特征,若输入的是个6字,其特征是底下有个圈,左上部有一直道或带拐弯。其次是对比,即把这些特征与机器里原先规定的0到9这十个符号的特征进行比较,与哪个数字的特征最相似,就是哪个数字。这一类型的识别,实质上叫分类,在模式识别理论中,这种方法叫做统计识别法。
机器人认字的研究成果除了用于邮政系统外,还可用于手写程序直接输入,zhèng fǔ办公自动化,银行合计,统计,自动排版等方面。
机器识图
现有的机床加工零件完全靠cāo作者看图纸来完成。能否让机器人来识别图纸呢?这就是机器识图问题。机器识图的方法除了上述的统计方法外,还有语言法,它是基于人认识过程中视觉和语言的联系而建立的。把图像分解成一些直线、斜线、折线、点、弧等基本元素,研究它们是按照怎样的规则构成图像的,即从结构入手,检查待识别图像是属于哪一类“句型”,是否符合事先规定的句法。按这个原则,若句法正确就能识别出来。
机器识图具有广泛的应用领域,在现代的工业,农业,国防,科学实验和医疗中,涉及到大量的图象处理与识别问题。
机器识别物体
机器识别物体即三维识别系统。一般是以电视摄像机作为信息输入系统。根据人识别景物主要靠明暗信息,颜sè信息,距离信息等原理,机器识别物体的系统也是输入这三种信息,只是其方法有所不同罢了。由于电视摄像机所拍摄的方向不同,可得各种图形,如抽取出棱数,顶点数,平行线组数等立方体的共同特征,参照事先存储在计算机中的物体特征表,便可以识别立方体了。
目前,机器可以识别简单形状的物体。对于曲面物体,电子部件等复杂形状的物体识别及室外景物识别等研究工作,也有所进展。物体识别主要用于工业产品外观检查,工件的分选和装配等方面。
机器人的鼻子
人能够嗅出物质的气味,分辨出周围物质的化学成分,这全是由上鼻道的粘模部分实现的。在人体鼻子的这个区域,在只有五平方厘米的面积上却分布有五百万个嗅觉细胞。嗅觉细胞受到物质的刺激,产生神经脉冲传送到大脑,就产生了嗅觉。人的鼻子实际上就是一部十分jīng密的气体分析仪。人的鼻子是相当灵敏的,就算在一升水中放进二百五十亿分之一的乙硫醇(就是一种特殊的具有异常臭味的化学物质),人的鼻子也能够闻出来。
机器人的鼻子也就是用气体自动分析仪做成的。我国已经研制成功了一种嗅敏仪,这种气体分析仪不仅能嗅出丙酮、氯仿等四十多种气体,还能够嗅出人闻不出来但是却可以导致人死亡的一氧化碳(也就是我们通常所用的煤气)。这种嗅敏仪有一个由二氧化锡,氯化钯等物质烧结而成的探头(相当于鼻粘模)。当它遇到某些种类气体的时候,它的电阻就发生变化,这样就可以通过电子线路做出相应的显示,用光或者用声音报jǐng。同时,用这种嗅敏仪还可以查出埋在地下的管道漏气的位置。
现在利用各种原理制成的气体自动分析仪已经有很多种类,广泛应用于检测毒气,分析宇宙飞船座舱里的气体成分,监察环境等方面。
这些气体分析仪,原理和显示都和电现象有关,所以人们把它叫做电子鼻。把电子鼻和电子计算机组合起来,就可以做成机器人的嗅觉系统了。
机器人的耳朵
人的耳朵是仅次于眼睛的感觉器官,声波扣击耳膜,引起听觉神经的冲动,冲动传给大脑的听觉区,因而引起人的听觉。机器人的耳朵通常是用“微音器”或录音机来做的。被送到太空去的遥控机器人,它的耳朵本身就是一架无线电接收机。
人的耳朵是十分灵敏的。我们能听到的最微弱的声音,它对耳膜的压强是每平方厘米只有一百亿分之几公斤。这个压强的大小只是大气压强的一百亿分之几。可是用一种叫做钛酸钡的压电材料做成的“耳朵”比人的耳朵更为灵敏,即使是火柴棍那样细小的东西反shè回来的声波也能被它“听”的清清楚楚。如果用这样的耳朵来监听粮库,那么在二到三公斤的粮食里的一条小虫爬动的声音也能被它准确地“听”出来。
用压电材料做成的“耳朵”之所以能够听到声音,其原因就是压电材料在受到拉力或者压力作用的时候能产生电压,这种电压能使电路发生变化。这种特xìng就叫做压电效应。当它在声波的作用下不断被拉伸或压缩的时候,就产生了随声音信号变化而变化的电流,这种电流经过放大器放大后送入电子计算机(相当于人大脑的听区)进行处理,机器人就能听到声音了。
但是能听到声音只是做到了第一步,更重要的是要能识别不同的声音。目前人们已经研制成功了能识别连续话音的装置,它能够以百分之九十九的比率,识别不是特别指定的人所发出的声音,这项技术就使得电子计算机能开始“听话”了。这将大大降低对电子计算机cāo作人员的特殊要求。cāo作人员可以用嘴直接向电子计算机发布指令,改变了人在cāo作机器的时候手和眼睛忙个不停而与此同时嘴巴和耳朵却是闲着的状况。一个人可以用声音同时控制四面八方的机器,还可以对楼上楼下的机器同时发出指令,而且并不需要照明,这样就很适宜于在夜间或地下工作。这项技术也大大加速了电话的自动回答,车票的预定以及资料查找等服务工作的自动化实现的进程。
现在人们还在研究使机器人能通过声音来鉴别人的心理状态,人们希望未来的机器人不光能够听懂人说的话,还能够理解人的喜悦,愤怒,惊讶,犹豫和暧mei等情绪。这些都会给机器人的应用带来极大的发展空间。
人类与机器人
随着社会的发展,社会分工越来越细,尤其在现代化的大生产中,有的人每天就只管拧同一个部位的一个螺母,有的人整天就是接一个线头,就像电影《摩登时代》中演示的那样,人们感到自己在不断异化,各种职业病开始产生。于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作。于是人们研制出了机器人,代替人完成那些枯燥、单调、危险的工作。由于机器人的问世,使一部分工人失去了原来的工作,于是有人对机器人产生了敌意。“机器人上岗,人将下岗。”不仅在我国,即使在一些发达国家如美国,也有人持这种观念。其实这种担心是多余的,任何先进的机器设备,都会提高劳动生产率和产品质量,创造出更多的社会财富,也就必然提供更多的就业机会,这已被人类生产发展史所证明。任何新事物的出现都有利有弊,只不过利大于弊,很快就得到了人们的认可。比如汽车的出现,它不仅夺了一部分人力车夫、挑夫的生意,还常常出车祸,给人类生命财产带来威胁。虽然人们都看到了汽车的这些弊端,但它还是成了人们rì常生活中必不可少的交通工具。英国一位著名的政治家针对关于工业机器人的这一问题说过这样一段话:“rì本机器人的数量居世界首位,而失业人口最少,英国机器人数量在发达国家中最少,而失业人口居高不下”,这也从另一个侧面说明了机器人是不会抢人饭碗的。
美国是机器人的发源地,机器人的拥有量远远少于rì本,其中部分原因就是因为美国有些工人不欢迎机器人,从而抑制了机器人的发展。rì本之所以能迅速成为机器人大国,原因是多方面的,但其中很重要的一条就是当时rì本劳动力短缺,zhèng fǔ和企业都希望发展机器人,国民也都欢迎使用机器人。由于使用了机器人,rì本也尝到了甜头,它的汽车、电子工业迅速崛起,很快占领了世界市场。从现在世界工业发展的cháo流看,发展机器人是一条必由之路。没有机器人,人将变为机器;有了机器人,人仍然是主人。
乐高rcx机器人
rcx是是一块可编程积木,即课堂机器人(机器人指令系统)的大脑。它是整个用乐高积木、马达、传感器等组建搭建的机器人系统的中枢,就像大脑一样控制、指挥机器人的行为。使用robolab软件,人们可以创造、搭建、编程真正的机器人,让它运动、做运动、甚至自己去“想”。
rcx不仅可以通过红外发shè仪与计算机通信,还可以通过红外收发与其它rcx通信,通过互联网通信,配合丰富多彩的乐高积木和乐高传感器或第三方的仪器设备,适合高校组建创新实验室或机器人课程,让学生们动手创造各种大型机电一体化系统,将抽象的理论知识和构思化为具体的模型。计算机高手们则试图用各种官方或非官门的语言控制rcx,如c、vb、nqc、java、legos、pbforth等。
作为控制模块和微型电脑,rcx可用于机器人系统模型的输入和输出控制。使用robolab软件在pc机或苹果机上编写程序,通过连接在计算机串口上的红外线发shè仪将程序下载到rcx,rcx即可脱离计算机,dú lì执行程序,控制一系列输入和输出,来响应周围环境并做出正确的动作。
基于计算机的数据采集。rcx不仅是机器人的大脑,还可作为一个微型便携式计算机连接各种工业传感器,可以采集、储存数据,可以实时上传数据至计算机,人们可以在计算机上进行数据采集、分析和显示。
乐高公司提供了多种微型电器如红外发shè器,触碰传感器,马达,光电传感器等。
电影——《我,机器人》
《我,机器人》(英文名:《i,robat》)又名《机械公敌》,上映年度:2004。
公元2035年,是人和机器人和谐相处的社会,智能机器人作为最好的生产工具和人类伙伴,逐渐深入人类生活的各个领域,而由于机器人“三**则”的限制,人类对机器人充满信任,很多机器人甚至已经成为家庭成员。
总部位于芝加哥的usr公司开发出了更先进的ns-5型超能机器人,然而就在新产品上市前夕,机器人的创造者阿尔弗莱德#8226;朗宁博士却在公司内离奇自杀。
黑人jǐng探戴尔#8226;斯普纳(威尔#8226;史密斯饰)接手了此案的调查,由于不愉快的往事,斯普纳对机器人充满了怀疑,不相信人类与机器人能够和谐共处。他根据对朗宁博士生前在3d投影机内留下的信息分析和对自杀现场的勘查,怀疑对象锁定了朗宁博士自己研制的ns-5型机器人桑尼,而公司总裁劳伦斯#8226;罗伯逊似乎也与此事有关。
斯普纳结识了专门研究机器人心理的女科学家苏珊#8226;凯文(碧姬#8226;奈娜汉饰),随着二人调查的深入,真相一步一步被揭露出来:机器人竟然具备了自我进化的能力,他们对“三**则”有了自己的理解,他们随时会转化成整个人类的“机械公敌”。
斯普纳和凯文开始了对抗机器人的行动,一场制造者和被制造者之间的战争拉开序幕。
个人点评:这是一部探讨人与机器人之间的关系和未来的经典之作。虽然作为一部科幻片,但处处有凭有处据,引人深思。
běi jīng奥运会使用的机器人
在中国筹备庆祝活动迎接奥运倒数100天之际,běi jīng北郊昌平区的běi jīngjǐng察学院里,2000名安保代表昨天举行安保誓师大会,běi jīng奥运会正式对外公布使用安德鲁斯f6a型机器人,安德鲁斯f6a型机器人是目前世界上最先进的机器人之一。
机器人学国家重点实验室
rlabaccn
机器人学国家重点实验室(statekeylaboratoryofrobotics)依托于中国科学院沈阳自动化研究所,前身是中国科学院机器人学开放实验室。该实验室是我国机器人学领域最早建立的部门重点实验室,我国机器人学领域著名科学家蒋新松院士1989-1997年曾任实验室主任。近二十年来,实验室在机器人学基础理论与方法研究方面与国际先进水平同步发展,并在机器人技术前沿探索和示范应用等方面取得一批有重要影响的科研成果,充分显示出实验室具有解决国家重大科技问题的能力。目前,该实验室机器人学研究总体水平在国内相关领域处于核心和带头地位,是国内外具有重要影响的机器人学研究基地。
机器人学国家重点实验室定位于为我国经济和社会发展、国家安全和重大科学工程提供所需要的机器人技术与系统,研究机器人学基础理论与方法、发展可行技术和平台样机系统,培养和汇聚从事机器人学研究的高水平人才,推动我国先进机器人技术与系统的可持续发展。主要面向发展具有感知、思维和动作能力的先进机器人系统,研究机器人学基础理论方法、关键技术、机器人系统集成技术和机器人应用技术。
实验室坚持对外开放,吸引国内外专家学者开展交流与合作研究。通过设立基金课题,实验室与国内有关从事机器人学研究的近30所大学、研究所和企业建立了联系,几乎涵盖国内从事机器人学研究的所有单位。近几年来,实验室结合自身的发展方向,有针对xìng地与国内外知名科研团队建立合作关系。这些合作,对于本实验室加强学科建设、了解国家需求、建立有针对xìng的演示验证系统,发挥了重要作用。
水下机器人:
rofish为仿生机器鱼系列产品,该产品以先进的电子、机械技术,模拟鱼类的游动方式,通过新材料对其外形进行jīng确仿真,使之达到以假乱真的效果。
rofish采用结构化的设计方法,高稳定xìng的电机保证其产品的稳定xìng。控制方式有两种选择:串口/usb控制和遥控器控制。产品内核采用bootloader无线编程的编程方式,可随时更改游动程序以适应实际的环境。
xìng能参数:
oslash;体长:20cm--80cm,需要特殊尺寸可定做。
oslash;外形:锦鲤、金鱼、海豚、鲨鱼等,可定制。
oslash;游速:1bl/s。bl为身体长度,即游速与体长有关,游速为1倍体长每秒。
oslash;连续工作时间:3--4小时,锂动力电池供电。
oslash;通讯方式:rf通讯或声纳(sonar)通讯,可选其一。
oslash;控制方式:串口/usb控制或遥控器控制,二者可选其一。
串口/usb控制方式可同时控制多条机器鱼,通过简单的编程控制可实现多鱼之间的相互追逐、嬉戏等。
机器人
1.有一个身体
.有记忆或程序功能
.有大脑
1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”(android),它由4部分组成:
1,生命系统(平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等);
2,造型解质(关节能zì yóu运动的金属覆盖体,一种盔甲);
3,人造肌肉(在上述盔甲上有**、静脉、xìng别等身体的各种形态);
4,人造皮肤(含有肤sè、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等)。
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