机器人发展史

摘要：本文介绍了机器人产生的时代背景，具体阐述了其应用领域，通过各方面的综合考虑，预测了未来机器人的发展。

一、机器人的理论发展阶段。

1、第一阶段

理论发展阶段（1920年—1948年）

1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司

》中首次提到Robota（捷克文“苦工，劳役”）Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。

1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro ，功能很简单。

1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。

1948年诺伯特·维纳出版《控制论》，提出以计算机为核心的自动化工厂

2、第二阶段

机器人技术发展阶段（1954年—1978年）

1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。

1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。成立了机器人公司---Unimation公司。

1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。

1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。

1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。

1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。

1973年世界上第一次机器人和小型计算机携手合作

，诞生了美国辛辛那提米拉克龙（Cincinnati Milacron）公司的机器人T3。

1978年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。

3、第三阶段

智能机器人技术发展阶段（1984年—至今）

1984年英格伯格再推机器人Helpmate 。

1998年丹麦乐高公司推出机器人（Mind-storms）套件。

1997年本田公司展示的阿西莫ASIMO。

1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝（AIBO）。

2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba 。

2006年6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio。

二、机器人的定义

欧美国家学者认为：机器人应该是由计算机控制的通过编排程序具有可以变更的多功能的自动机械。

日本学者认为：机器人就是任何高级的自动机械。

机器人定义：具有一定柔性或者某种生物特征的机器，统称为机器人。

三、创造机器人的目的

协助或取代人类劳动，解放人类

。

四、评价指标

智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；

机能，指变通性、通用性或空间占有性等；

物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。

五、机器人的分类：

从行为特点分类：遥控机器人、自动机器人。

从应用领域分：民用机器人、工业机器人、军用机器人、特种机器人。

六、机器人的机械部分：

机械原理

1、连续运动间断运动

槽轮

2、快速（慢速）

慢速（快速）

变速

3、转动（直线运动）

直线运动（转动）

齿轮齿条

4、正向运动反向运动

换向器

5、转动往复（活塞式）

曲柄滑块

6、水平运动垂直运动

凸轮

7、转换转动方向

斜齿轮

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七、机器人的应用领域

1、.工业机器人

制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。机器人无论是否与其它机器一起运用，与传统的机器相比，它具有两个主要优点：

1．生产过程的几乎完全自动化。

4 2．生产设备的高度适应能力。

现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。

机器人的工业应用分为四个方面，即材料加工、零件制造、产品检验和装配。其中，材料加工往往是最简单的。零件制造包括锻造、点焊、捣碎和铸造等。检验包括显式检验（在加工过程中或加工后检验产品表面图像和几何形状、零件和尺寸的完整性）和隐式检验（在加工中检验零件质量上或表面上的完整性）两种。装配是最复杂的应用领域，因为它可能包含材料加工、在线检验、零件供给、配套、剂压和紧固等工序。在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛和挤牛奶等。这是一个潜在的产业机器人应用领域。

2、服务机器人

研制用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复的机器人能够极大地改善伤残疾病人员的状态，以及改善瘫痪者（包括下肢及四肢瘫痪者）和被截肢者的生活条件。医用机器人已应用于下列几方面：

（1）诊断机器人，即配备有医疗诊断专家系统的机器人

（2）护理机器人，是一些具有丰富护理经验的机器人护士或护师。

（3）伤残瘫痪康复机器人，包括假肢、矫形以及遥控等技术。

（4）家用机器人，机器人已开始进入家庭和办公室，用于代替人从事清扫、洗刷、守卫、煮饭、照料小孩、接待、接电话、打印文件等。酒店售货和餐厅服务机器人、炊事机器人和机器人保姆已不再是一种幻想。

（5）娱乐机器人，包括文娱歌舞和体育机器人。

（6）医疗手术机器人近年来有所突破。

服务机器人还有送信机器人、导游机器人、加油机器人、建筑机器人、农业及林业机器人等。其中，爬壁机器人既可用于清洁，又可用于建筑。

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3、我国机器人技术主题发展

根据2l世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成

八、机器人的发展前景

从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。

机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络

6 等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：

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。

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；有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。

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，控制柜日渐小巧，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，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。

5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。

总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。

随着我国经济的快速发展，我国工业机器人的市场将不断扩大，这一点无容置疑。这也从另一个侧面说面了为什么世界各大机器人公司纷纷登陆中国市场。

市场有了，但多是国外的，拥有了自主知识产权的机器人还很少，这一点要引起我们的高度重视。一方面国家要对国产工业机器人给予更多的扶持；另一方面也望企业使用国产机器人给国产工业机器人行业一个机会。

由于国产工业机器人的功能已经与国外相当，只要有批量，一定能够造就一个或几个中国品牌的工业机器人。

在我国，工业机器人市场份额大部分被国外工业机器人企业占据着。在国际强手面前，国内的工业机器人企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入新的动力。

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参考文献：

【1】智能化焊接机器人技术——机械工业出版社出版基金资助项目 陈善本、林涛等编著机械工业出版社出版

【2】机器人技术及其应用——高等学校机械电子工程规划教材

华南理工大学

谢存禧

张铁

主编 机械工业出版社出版

【3】机器人探索——工程实践指南（国外计算机科学教材系列）

【美】Fred G.Martin 著

刘荣

等译

宗光华

审校 电子工业出版社

【4】机器人学 : 控制、传感技术、视觉、智能 / (美)付京逊,R.C.冈萨雷斯,C.S.G.李

著

中国科学技术出版社 1989年

【5】机器人技术导论 / (法)科依费特, F.,奇罗兹,M. 著

国防科技大学出版社 1991年

【6】机器人概论 / ( )霍兰(Holland,J.M.)著

新世界出版社 1985年

【7】顾震宇．全球工业机器人产业现状与趋势Ⅱ．机电一体化．2006年