1、 1 1 1 绪论绪论 机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又 可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它 的任务是协助或取代人类工作，机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、 材料和仿生学的产物。在工业的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作、 医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。 联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义： “一种可编程 和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而 具有可改变和可编程动作的专门系统。 由于机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动， 而是综合了人的
2、特长和机 器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能 力，又有机器可长时间持续 工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义 上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设 备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.11.1 机器人发展史机器人发展史 虽然机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的 事。然而人们对机器人的幻想和追求已有近 3000 多年的历史。人类希望制造一 种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。 西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早 记载的机器人记载。 春秋后期
3、，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“三日不下”，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。 1773 年瑞士钟表工人杰克道罗斯和他的儿子利路易道罗斯推出自动 书写玩偶、 自动演奏
4、玩偶等， 他们创造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理制成的。 由于当时技术条件的限制，这些玩偶身高不足一米，现在保留的最早的机器人是 2 瑞士怒萨迪尔博物馆的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十指可以按动风 琴的琴键而演奏音乐供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。 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 50 年代诞生以来，目前已风靡全球。据称，目前， 世界上机器人已达 20 万，并且每年还在 35的速度递增。机器人从事的行业， 也由原来单一的工业，迅速扩展到农业、交通运输业、商业、科研等各行各业。 1.21.2 机器人发展趋势机器人发展
5、趋势 国外机器人领域发展近年来有如下几个趋势： （1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和 维修） ，而单机价格不断下降，平均单机价格从 91 年的 103 万美元降至 97 年 的 65 万美元。 （2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减 速机、 检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机； 国外已有模块化装配机器人产品问市。 （3）工业机器人控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准 化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高 了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 （4）机器人
6、中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度 等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则 采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制； 多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 （5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、 预演发展到用于过程控制， 如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 （6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操 作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作 系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰 纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。从 94 年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种 新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 我国的机器人发展在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为 突出的是水下机器人，6000 米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出 直播遥控机器人、双臂协调
