机器人技术,工业革命此前人类历史上那多少个

日期:2019-05-06编辑作者:vnsr威尼斯城官网登入

  人类的梦想

  什么是机器人

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  每一种设想和技术都有其孕育发展期,机器人技术也不例外。远在公元前7~8千年的新石器时代,人类就开始使用最早的工具在石器上打眼。到公元前3~4千年,出现了环形陶器,它是所有现代旋床和立式车床的远祖。公元前二世纪出现了漏壶:水从容器中滴漏出来漂起浮标,浮标在直立的刻盘上指示时辰。它的发明者是亚历山大城的机械师克特西比。在古希腊罗马时期,原始机器人则是以活雕像和各种“神奇”的机器的形态存在:只要往石雕的狮身鹰头张开的大嘴里扔进八枚硬币,“圣水”便会自动从石兽的眼睛里流出来。祭司在庙宇前点燃圣火,庙宇的大门便会按照现代工程师的说法

  如果你走进一个有机器人的卡车工厂,希望能看见像电视里“变形金钢”那样神采奕奕的机器人在装配零件,你一定会大失所望。因为现代工业机器人更像普通的机器而远不像人。那我们为什么叫它“机器人”,而不称之为

生活就是我们的老师,它会告诉我们很多的东西。

  “自动”开启。亚历山大城的赫龙和希腊时代的其他机械师们制作的雕塑,常常成为迷信祭祀的偶像。用现在的说法,模仿或模拟活物的最早的自动机之一,大概是在公元前400年左右,由古希腊哲学家柏拉图的朋友创制的。这个人叫阿尔希塔斯,传说他制作的木头鸽子竟然飞起来了。在中国的春秋战国时期,传说鲁班也制作出会飞的木鸟。

  “自动工作机”呢?因为机器人是一种特殊的自动机器,它不仅能做特定的工作,而且可以重新调整和编程以完成很多不同的工作。这种可编程性和多功能适应性正好说明为什么所有的机器人都可视为自动化机器,而并非所有的自动化机器都是机器人了。

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  对于现代工业机器人祖先们的故事,常常带有浓厚的神话传奇色彩。这与其说是在记载事实,不如说是人类的一种美妙幻想。关于机器人的“可靠”的记载,最初出现在著名的荷马史诗《伊利亚特》里。荷马在这部史诗中描绘了一个黄金做成的女人帮助炼铁神赫淮斯托斯的故事。我们发现这个女人的“后裔”——机器人正在现代工业的锻压生产中起着的积极的作用。人类掌握了“水落”和“风吹”造成的动能以后,才真正感觉到了本身能动的机器“助手”的可爱之处,于是开始生产大量的机械。19世纪创造了人类最忠实的助手,工业生产的伴侣——车床。

  被国际上普遍接受的工业机器人的定义只有一个,是由美国机器人工业协会的一批工业科学家于1979年提出的。他们把工业机器人定义为:“一种可改编程序的多功能操作机构,用以按照预先编制的能完成多种作业的动作程序运送材料、零件、工具或专用设备。”让我们来仔细研究这个定义,并理解其确切含义。

工业革命对人类的影响是史无前例而意义重大的:工业革命是以机器取代人力,以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产的一场生产与科技革命。

  其他发明家集中力量研制了模仿人的动作的一种自动机。有些记载流传到我们手里,其可靠性会引起人们的怀疑。例如,有记载说,早在13世纪,雷根斯堡市大主教阿尔斯·马格努斯有一个机械“卫士”在其教堂中的卧室门口站岗。这个“卫士”是由蜂蜡、木头、金属以及皮革制成的。传说在大主教没请客人进屋之前,他会向客人致敬,打听客人来意,跟客人开玩笑。有一天,主教的弟子、青年哲学家托马斯·阿奎那向这个“卫士”提出了一些哲学难题,“卫士”答不出来,恼火万分,竟找了根棍子将阿奎那痛打一顿。

  第一个关键词组是“可编程序”。其含意为:机器人是这样一种机器,其程序不仅可以编制一次,且可视需要编制任意次。我们日常所用的很多电子装置都带有可编程的计算机芯片。例如,在电子数字闹钟的芯片内部编一个程序,指令它演奏一曲“友谊地久天长”作为闹铃声,然而这些程序不能随意改变,也不允许主人自己输入新的程序。例如,即使你对“友谊地久天长”已经厌烦,也不能在钟内存储另一首自己喜爱的歌曲,因为其程序是固定在内部的。而机器人的程序是可以置入的,即根据使用者的意愿,对之可以改变、增加或删除。一个机器人可具有按任意顺序做不同事情的多种程序。当然,为了可以重新编程,一个机器人必须具有一个可输入新的指令和信息的计算机。计算机可以是“随身”的,即计算机的控制板就装在机器人身上;或是“体外”的,即控制机器人的计算机,在保证与机器人互通信息的情况下,可置于机器人体外的任何位置。

人类上下数千年的历史,工业革命之前,设计与制造高度中心化,被掌握在少数人手中,而服务对象却更为少数——有钱人与贵族。工业革命以机器取代人力,以大规模工业化生产取代个体手工。    因此,普通家庭才可以负担、享受以往只有少数有钱人和贵族能享受的珍贵物品。

  传说归传说,到16世纪时,装有发条的钟出现了。这个发条传动装置是德国钟表匠海因莱因发明的,钟的内部头一次运用了后来广泛应用于各种自动机的原理和某些机械。此时,还传说供职于西班牙的工程师胡阿涅洛·塔里阿诺,为查理王制造了小巧精致的自动机械——会击剑的玩具士兵和会弹琴的机械牧女。

  定义中的第二个关键词是“多功能”。其含义是:机器人是多用途的,即可完成多种工作,如用于激光切割的机器人,对其终端工具稍加改变,即可用于焊接、喷漆或装置操作等工作。

机械化是工业革命的主角,早在工业革命之前,人类就开始了各种对机械的尝试。

  到了1675年,最早的摆钟由荷兰发明家许伊根斯制造出来了。

  第三个关键词是“操作机构”。其含义为:机器人工作时,需要一个移动工作对象的机构。正如机器人与其他自动化机器的区别在于它的程序可重编性和万能性,机器人与计算机的区别在于它有一个操作机构。

几千年前,埃及人和中国人都用了相似的方式利用水来记录时间:

  看到机械师们的成就,思想家们便跑到自动化的田野上来收获丰收的果实了。法国著名哲学家笛卡尔有一个时期迷上了自动玩意儿,甚至还制作出一个取名法尘西那娜的机械女人。1637年,他写道:“有一天,人类将制造出一帮举止与人一样,但却没有灵魂的机械来。”他最先提出模仿动物的机械设想:丝毫不用奇怪,人类凭艺术能够创造出各种各样的自动机来,但动物身上有众多的骨、肉、动脉、静脉等等器官,这些自动机使用的部件却不多。于是,科学家们就试图将力学的某些规律用来解释发生在动物体中的现象——从机械得到的启示。

  最后,让我们研究“多种预编动作程序”的意义。其含义为:机器人工作处于动态过程中,即以连续生产活动为其主要特征。

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  17~18世纪,人们向三个方向作了探索。第一个方向是以天才数学家欧勒和贝奴利为代表用力学定律来解释某些生理现象的探索;第二个方向,是以法国医生、哲学家梅特里为代表的,他于1747年发表的著名的论文《人是机器》所表现的思索:人是机器,是一种更复杂的机器,如果有足够的条件,人可以用工具制造出这种机器来;第三个方向是机械发明家将头脑里的想法付诸实践。其中法国发明家和工程师服岗松 (1709~1782)所制作的一些完美的自动机最为著名。他因此被选进了法兰西科学院。在他的杰作中,有一个牧童会吹笛子。牧童吹笛子的时候,服岗松亲自铃鼓伴奏。这个牧童身高170厘米,会吹12首曲子。服岗松还制造了另一个玩意儿:一个机械人左手持木笛吹奏,右手击铃鼓。他设计最为完美的是一只鸭子。这只鸭子由上千个自动零件组成,它几乎会做鸭子所有的动作,如凫水、扎猛于、扑打水面、啄食,甚至借助于藏在体内的化学物质完成通常的消化过程。大诗人歌德曾见过这玩意儿,并且记在日记里。1738年,服岗松将其展览于巴黎。

  虽然这个定义看来相当抽象,而且有些模棱两可,但它确实把工业机器人与固定程序自动化机器区别开来,与类似食品处理机那种只需要更换配件便可完成调料至绞馅的多功能机器区别开来。同时,它也使机器人远远脱离了科学幻想类小说的范畴,因为机器人能否具备任何人类特征,归根到底是依赖于人类的创造才能。

埃及水钟,1500 bc

  此时,工业中出现了一些用以制作形状复杂的零件的复杂机械机床。18世纪20年代,俄国发明家研制出能沿着被加工零件移动车刀的自动刀架。他还设计了一种变速齿轮来加工大型螺杆的车床。1765年,俄国机械师波尔祖诺夫发明了自动保持水位的浮子形锅炉供水控制器。

  通过这一番讨论,我们可以把机器人看作自动化机械发展道路上一个合理的重大进步。我们已经把由人控制的单一功能的生产机械发展为无人控制的多功能机械。工业革命被认为是创造机器人的新纪元:我们正在研究给机器人装上“眼睛”,使它具有人工智能,会“学习”和适应环境的变化。

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  顺便提一下,第一个“工业机器人”是服岗松制造的机械驴。这个驴能以真正的驴所不具有的优雅动作在普通织布机上织布。为什么做成驴形呢?原来,服岗松1742年打算制作一台自动织布机,里昂的纺织工人们知道后,害怕因此失业,便狠狠揍了这个发明家一顿。发明家一生气,便制造了一个能在普通织布机上织布的机械驴。

  机器人的“种族”

中国水钟,200bc

  我们还是来谈谈那些制造人类机械的创造家吧。1774年,瑞士钟表匠皮埃尔·德罗和他的儿子制造了机械记事器、机械画师和机械女乐师。这些机械人受到了人们的注意,可是,宗教裁判所却指控他们犯了妖术罪,将他们关进了监狱,还没收了这些机械人。一般认为,机器人“antros”这个词是亨利·德罗(皮埃尔·德罗之子)的名和姓的原文头几个字母拼起来的。但这完全是巧合。这个词源于希腊文的“antros”一词,该词表示“男人”的意思,跟表示“人”的“antrop。”一词词根相同,所以,“antros”一词也表示“像人的”这个意思。

  机器人是科学技术发展到一定历史阶段的产物。按机器人和人工智能专家波斯佩洛夫的说法“科学始于分类”,那么,机器人又有那些类别呢?

大约公元前两百年,阿基米德设计了阿基米德螺旋式抽水机,它被用于讲水从低处移向高处,进行灌溉。

  机械人,是发条时期的反映。正如伟大的哲学家马克思所说的:“正是钟表的发条使人类产生了把自动机应用到生产上的想法。”

  目前,对机器人还没有统一的分类,各派专家都按自己的标准提出了各自的分类法。从事研制和使用机器人的动力机和机械手的一些单位代表建议,应根据机器人的运动学、几何学和动力学等方面的特点来分类。如按机器人的运动参数来分类的话,要依据它的移动速度;如按几何参数来分类的话,要依据它的职能器官,首先是它的机械手的尺寸,按这些器官的移动范围来归类;如按动力学来划分的话,可依据重量把它分三类:小于5公斤(人用一只手能移动的重量)的算一类;5~40公斤 (人用双手能移动的重量)算一类;40公斤以上(必须在几个人的共同努力之下才能移动的重量)算一类。

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  1784年,瓦特设计出蒸汽机的离心调速器,蒸汽从此就成为驱动机床、机器和机械转动的主要能源。现在,机械师们用发动机,他们也会借助各个独立环节构成的传输网络,将轴旋转变成操作机械的任何一种复杂运动。他们开始制作更多这样的机器,这些机器用它们的机械手能在许多劳动过程中模仿人的各种动作。机械师们也能通过自动机向各种部件传达指令。他们使用的是八音盒磁鼓上的双头螺杆、穿孔的硬纸带和带小凸轮的小轴,这便是自动机的工作程序。但这种程序很原始,是固定的,对外部环境不能做出任何反应。自动机研究者的创造性活动带来了许多好处。这种创造性活动在各地普遍开始转人机器生产——即工业革命,帮助人们找到并在实践中检验发展了机械制造及自动机原理的基本数学手段和技术手段。

  研究机器人控制系统的专家却提出了另一种建议:应该根据控制过程中人的参与程度来分类。即把机器人分为以下几种:第一类是生物工程机器人,包括由根据模仿原理控制的机器人,这就是那些像虾、蟹一样露于体表的外骨骼,即直接罩在机器人身上的机械动力架。属于这一类的还有不用人靠近,而由操作员从控制台控制的机器人,以及半自动机器人,即操作员从控制台视情况仅仅改变其动作程序的机器人。这些机器人不属于完全意义上的机器人之列,因为它们的智能完全或部分地由操作人员的智能所代替。第二类才是所谓的真正的机器人。这是自主操纵的机器人,即它工作时,不需要人去参与,它是装有人工电脑的自动机。我们从这里可以看出,这种分类法是根据机器人的智力程度作出的,即是由计算机的能力以及构成控制装置基础的软件的灵活性来确定的。

他是这样工作的:

  技术在昂首阔步地向前走着,在纺织业、金属加工业、采矿业和其他工业部门,到处都在实行机械化。

  不过,从事机器人应用的专家们却有自己的考虑:根据机器人的应用范围或生存环境来分类。他们认为,自然界里的动物形形色色,有的生活在地上,有的生活在地下,有的生活在空中,有的生活在海洋里;机器人也一样,它们为人类服务,有的在地上生活,有的在宇宙空中奔忙,有的忙碌于碧波荡漾的汪洋大海里,有的服役于极地冰川,有的置身在荒漠孤岛。

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  电的时代来到了。电动机和直流发电机出现之后,电为生产的自动化提供了新的可能性。1830年,俄国科学家希林格发明了磁电式继电器——电动机的主要部件之一。1872年奇科列地在第一届莫斯科综合技术展览会上首次展出了电动缝纫机。1895年,阿波斯托—别尔季切夫斯基和弗赖登贝格制造了世界上第一座电话自动交换台。20世纪初发明了电压调节器之后,电能在生产中便开始大显身手。电动机驱动机床,使自动机获得新生。20世纪30年代,出现了更多组合机器,40年代完备的组合机床自动生产线问世了。40年代末出现了智能增加器 (电子计算机)和控制论。这使工业自动化的另一表现——包括工业机器人在内的许多电子自动机的出现成为可能。

  现在的机器人大致有:工业机器人、农业机器人、运输机器人、建筑机器人、日常生活机器人。在控制论的推动下,人们认为这一大群机器人由电脑、遥测传感器、机械控制器支撑着,它们可以分为三大类,即生产用的机器人、供研究用的机器人和供生活用的机器人。

阿基米德还设计了滑轮组:

  这里再强调一下关于假肢器官方面的进步 (前面已谈到一些)。假肢器官方面的研究对于现代机器人的发展相当重要。为设计人工肢体,科学家必须研究能使我们运动和工作的人体结构学,这也引导机械设计师们去思考人的胳膊、手和手指是如何配合完成动作的。这方面的例子在前文也举过一些,现在再略举几例。也有人认为,关于假肢的早期事例见于公元前 500年Herodotus的记载。他述说了一个俘虏为挣脱其脚镣,从脚腕处割断自己的脚,而后设计了一只木制的脚来代替的事儿。大约公元前218年的第二次罗迦战争中,一位名叫Marcus Sergius的罗马将军失掉了一只右手。据说后来人们为他装了一只铁制假手,打起仗来相当有力。因此,战争的伤残推动人们去发展更为精致的假肢以代替残缺的肢体。16世纪初 Gotz VonBerlichingen就用一只可以动作的机械手来取代他在战争中失去的手。

  1970年,有人就智能机器人的研究问题曾说过:机器人的进化是在动物进化达到极限,即人类出现之后开始的,在目前看来,它至少在某些领域内可以超过人类;动物的进化过程实际上是一个尝试与失误交替的过程,但机器人的进化目前则是经过人的深思熟虑的结果。

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  16世纪,人们开始研制假肢。这是因为传动与控制机原理的重大发展,达到使用者能够借助于机械手指和拇指,自如地完成诸如抓、握之类的简单动作。本世纪,人们又研制了电力驱动人工手,它借助于来自使用者断肢神经末梢的电脉冲,经放大后传输给假手以驱动其动作。这种人工手在本世纪60年代发生那场由于人工服用查里多米德镇静药带来的灾难之前,一直十分兴旺。服用这种镇静药使胎儿畸形,残废者生来肢体不全或萎缩,亦无神经末梢可与标准假肢的电极相联便无法使用假肢。于是,借助于压缩空气驱动内部活塞而动作的假肢应运而生。这类假肢能感应肌肉收缩时的隆起和硬度,其最新成就是应推肌电手臂的产生。此类假肢可由电机或压缩空气驱传,亦可靠拾取传至肌肉内的电脉冲来驱动。其金属线电极要埋入肌肉,用以拾取电动势。当肌肉将要收缩时,电极便拾取此信号并放大,使患者能够用与控制真手一样的脉冲去控制假肢。

  正因为这样,机器人学专家们才紧紧把握着机器人进化的时代脉搏,不同意那些狭隘的专业分类法,他们提出了按代分类法:第一代机器人是工业机器人,它们是一些具有最简单智能的操作器,它们可以训练并完成预先指定的循环作业图表;第二代机器人是所谓的感觉机器人,它们的特点是具有各种感觉器官即传感器,如机器人的手位传感器、应力传感器好像是机器人的触觉器官,光电传感器是它独特的视觉器官,微音器则是它的听觉器官,如此等等;第三代机器人是智能机器人,这种机器人的使命不仅是模仿人的机械动作,而且是解决一些复杂的智力问题:识别零件的形状和位置,组装随意摆放的部件,识图,检查产品质量……

古希腊数学家亚历山大的希罗也设计了一些神奇的“机器”:

  在研制人工肢体过程中,研究传动、操纵和控制系统取得的大量成果,对机器人学作出了巨大贡献。这种建造人工手臂的设计构思,后来被用于遥控机械手以及机器人的机械手的设计之中。

  这种分类法反应了机器人的产生和发展过程,因为它非常简明,故此本书将采用这种分类法,并在以后的部分分别谈谈每一代机器人。

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  机器人的近代演变

  我们离不开机器人

世界上第一台自动贩卖机:在顶端投币,机器就会给出一定分量的圣水。

  干危险工作和作为玩具用的机器人发展最快,最早使用遥控机械手的一个领域便是搬移放射性物质。本世纪40年代,应研究工作需要,建立了保存放射性元素的屏蔽间“热室”,放射性物资置于铅制容器内,可以安全地储存和运输。但在热室内如何搬动这些材料供使用却成了一个难题。因为材料对人体有害,需要用某种无须人类直接接触材料的方法进行搬运,这就导致

  机器人的万能性和可编程序性,决定了它将取代其他一些自动化机器,特别是在生产中,它与我们人类紧密相连。由于它的万能性,可以提高生产率,改进产品质量,并从多方面降低生产成本。对于一个产品经常变化的市场来说,对机器人重新调整和编程所需费用,远远低于重新调整固定化的自动化机器。如果因为货币贬值和商品竞争而引起人们对产品的需求发生变化,则机器人的万能性对于尽快对产品进行局部调整,显得尤为重要。另外由于机器人承担了很多危险或令人厌烦的工作,许多的职业病、工伤及因此需要付出的高昂代价都可以避免了。因为机器人总是以相同的方式完成其工作,所以产品质量十分稳定,这也会给制造者带来确定的效益:产品的生产率可以预测,库存量也可以得到较好的控制。产品总价值中每一项费用的节省,都将提高产品在各种市场上的竞争能力。机器人的另一优点是可用于小批量生产,而固 (定)化的自动装置一般只对大批量的、标准化的生产才是有利的。

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  “主—从”机械手的发展。在这个系统中,处在放射环境中的“从”机械手模拟热室外面的“主”机械手而运动。

  使用机器人的理由还有很多。过去几年劳动力价格显著地提高,而人的工作速度并没有什么提高。由于工人工资太高,使用机器人可否降低成本,就引起了人们的极大关注。诚然,机器人的初始投资较高,可它一旦投入使用,则可以加快节奏、延长生产时间,创造更多的价值。同时,由于机器人承担了一些危险而单调的工作,人的工作条件也得到了改善。而机器人很少会产生像人一样的疲劳和厌烦,因而就不会生产出次品来,这样就降低了生产费用。机器人还可以在从原材料加工到汽车装配等多种应用中,使产量得到提高。另外,它特别适合在战场或危险环境下工作,例如在外层空间或海底工作。最后,同机器人打交道也很有趣。它为包括业余爱好者在内到高级机器人设计师的每一个人提供了大展宏图的机会。

最早的以蒸汽转化动力的机器:气转球,而在锅底加热使的水沸腾然后变成水蒸气然后由管子进入到球中,最后水蒸气会由球体的两旁喷出并使得球体转动。

  第一只主—从机械手是雷·哥茨等人于1944年在美国国家实验室中研制的。在这个系统中,热室内外的主—从手之间由机械联结。操作者直接操纵主手,使之运动,从而驱动从手运动。然而,这种机械手联动时,常常只能使从手做出笨拙而困难的动作,因为操作者无法感知从手与障碍物或对象的碰撞。

  工业机器人已经在机械制造业得到了广泛的应用。机器人在高温、肮脏而危险的铸造过程中,把熔化的金属浇入铸模;另一个广泛应用是焊接。主要是为了连续进行点焊和缝焊,也是为了使人脱离对人有害、使人厌恶的高温和散发臭氧的环境。有害于健康的喷漆是机器人的又一个应用领域。因为机器人可以安全地均匀地喷涂极薄的漆膜,这就明显地节约了油漆的用量。繁重、危险而乏味的机器上下料,也是经常使用机器人的工作领域。在为完成一系列的工序,如机械零件加工和喷漆过程而设置的包括一组机器的自动生产单元中,机器人往往是它的中心环节。汽车、电机、计算机,以至机器人的装配是机器人崭新而有效的应用领域。

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  1946年,伯格塔按照美国的第一颗原子弹试验计划——曼哈顿计划的要求,改进了雷·哥茨的设计。1949年,机械手能够反馈信息,取得巨大的进步。这样,从手所承受的撞击力通过反推主手而传递给操作者,使他“感知”手与障碍物的碰撞,从而实施更佳的控制。后来,用电气联结取代机械联结,是机械手又一重大进步。这样用变阻器检验主关节的运动,并将所得的信号传给伺服马达,由马达驱动机械手关节。

  在上述应用中,多数机器人是聋、哑、瞎和不动的,所以,使用这些机器人和自动化机器并无多大差别。智能机器人的出现,开辟了机器人全新的应用领域。智能机器人是装备有某些传 (递)感(觉)装置,能感知环境变化并作出反应的机器人。机器人学方面的研究表明,赋予机器人以有视觉的

第一台风力发动的机器:希罗的风琴

  机械手的下一个重大进步是有了通讯设备。这种被称为“远程操作器”的装置终于使外层空间遥控机械手出现了。喷气发动机的实验人员根据美国国家宇航局空间实验的需要,在探索制造一种灵巧且通用的机器的过程中,对远程操作器的内容作了巨大的扩展。他们认为,这种机器必须对极远距离提供精确的控制。他们最后制造了一种装置,控制者可借控制器和显示器的帮助对其发布指令。此设备可安装在一个遥远的环境中,有执行指令的致动器和反馈信息的传感器。这种传感器可以是电视机,也可以是有听觉、触觉的东西。人和设备之间的距离可以很近,也可以很远。

  “眼睛”和有触觉的“手指”是完全可以办到的。人工智能是机器人特有的能力,它包括对环境的变化作出反应、适应、理解和决定。例如,在现场使用机器人最重要的问题就是安全,如果一个机器人装备了传感装置就能够探测到人的存在,当它探测到工作区内有人时,将由程序控制自动停止操作。已经成功应用的机器人具有“看”、“听”和“感觉”的能力。传感器的发展以及近年来机器人移动技术的发明,已促使机器人走出工厂,走进桔子园、养牛场或医院等截然不同的环境。

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  美国第一个登上月球和火星的机器就是一种远程传感器,它为宇航员登上月球提供了可靠的球面环境信息。然而,在人类操作者和远程操作器之间传递信息所需的时间滞后却成了一个问题。即使对登月舱而言,时间滞后也显得过长,以致某些本来可以进行的试验也无法完成。纵然是1.3秒的滞后也会给操作者带来困难和失控,所以有必要扩充计算机用量。例如让宇宙飞船具备当其陷入绝境时能够自动停止飞行的性能。这就需给遥控装置增设计算机与传感器,从而实现所需要的“现场反射”能力。

  机器人还可以用于家庭娱乐。某些未来派艺术家和某些超前研究者,如美国超等机器人制造公司把机器人看作是移动的消遣品或机器哨兵。另外一些人把它看作可以驱使的奴仆。目前这类应用仍属于初始阶段,但却给未来的机器人制造业以诱人的启迪。由于机器人的创造与应用,我们预计很多新型的工业将会应运而生。这些新型机器人可能应用的范围将主要受到人类想象力和创造力的局限。

希罗发明的“自动门”

  我们还是以登月试验中的控制问题为例。如果登月舱即将掉进月球上的一个火山口(月球表面布满火山口),而传达停止指令的时间过长,登月舱就可能来不及止步而陷入火山口。为解决这个问题,加州的喷气发动机实验室的科学家们为他们的远程操作器设计出“现场反射”或自律反应环节,这在机器人发展史上是一大进步。正如人类行路时所需的反应多来自脊髓神经的现场反射、而非来自大脑一样,今天智能机器人方面的很多工作就是企图在机器中建立这类现场反应 (反射)。由于科技的不断进步,进一步增设了声控传感器,使得今天的远程操作进一步发展了,比如,采用了移动底盘、双臂、力反馈、声反馈、立体视觉、计算机控制和声指令等。

  这是否意味着机器人能完成所有的工作,人们就没有工作可做了呢?它可以做所有最困难、最危险和最令人厌烦的工作,作为始终不渝的工人,机器人大大优于人类。它们可以每天工作24小时,每周工作七天,年复一年永无休止地做下去。但与人类的智能相比,机器人就相形见拙了。迄今发明的机器人中,还没有一个能完成人类做的每一项工作。人具有惊人的适应能力和创造能力;人在一生中,可以学会上千种工作;人还具有一套神秘的智力综合能力和聪颖的意识系统。所以人类的潜在能力是无限的。

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  总之,早期机械人的操作机构是相当简单的,它们的运动必须由人来控制。后来,在这些操作机构上增添了计算机控制,扩展了它们的功能,计算机成为这类机械人“机身”的“大脑”。计算机和机械手技术的共同发展,最终实现了能满足许多困难工作所需的精确运动。但今天的遥控机械手依然很重要,因为有些工作完全可以自动操作,但有的工作人参与部分操作。另外,对于某些工作很难由人进行全部操作,还需要复杂的控制站。

  另外,人有感觉、感情和生物反应,唯有人可以帮助他人。例如,与通常的说法相反,机器人很可能当不好一个临时保姆,因为孩子所需要的人类情感关怀是它所不能提供的。只要研究一下人类在如何相互帮助方面,就可以作出机器人能否承担人类所有工作的最简明的回答。显然,我们永远也不可能做尽人类要做的所有的事情——对机器人来说更是如此。机器人从哪里来

神庙门口点火,火烧水产生蒸汽,蒸汽带动其他机械结构,打开庙门。想象一下,两千年前(大约是汉朝?)的人如果看到这么个自动门,估计当即就觉得神仙显灵了,震撼不是一般的。

  下面,我们将总结一下机器人学近代史中的重要事件。大家都知道,20世纪40年代,第二次世界大战促成了美国、英国、前苏联等国政府和企业、科研单位前所未有的紧密合作,其成果也令人惊叹。这是历史发展的一个辉煌时期,因为正是这些合作,发明了现代通讯技术、雷达、声纳、汽车、飞机和船舶,或者使它们有了重大进步。更令人惊叹不已的是,计算机和原子弹出现了。

自动人偶 Automata

  1940~1942年,美国哈佛大学制成了第一个自动控制器。1943~1948年,宾夕法尼亚大学建造了第一台电子计算机。它完全不像今天我们看到的计算机那么精致,而是装满整整一个房间的硬件,因此它在很多方面的应用极不方便。在这个时候 (1948),贝尔电话实验室发明了晶体管。同一年,英国剑桥大学制成第一台可储存程序的计算机。

以前的人为了找乐子,于是在这样以贵族为中心,制造设计中心化(工匠自己设计自己做,少数人控制设计的话语权)的时代,出现了一批喜欢挑战自我,制造 精巧+漂亮=神奇 机械的人。在电力出现之前,这些自动人偶靠着精巧的机械设计,靠发条驱动自己,完成了复杂的动作。他们大多出自工程师、钟表工匠之手,可以说是机器人的前身。

  此时把计算机的功能引进机器已成为可能,所以一些著名科学家便设想将计算机的智能同机器的机械功能结合起来。沙能便是这些科学家中的一员。1952年,他发明了一只机械鼠,它可以学会做迷宫游戏。

阿拉伯伊斯兰学者,发明家,机械工程师,工匠,艺术家,数学家和天文学家加扎利(1136-1206)设计的大象钟:

  1952年,美国国际商用机器公司 (IBM)的新型计算机问世,宣告了计算机时代的到来。1956年,数控机床出现了。这种机床采取脱机编程方式,用穿孔纸带存储对机床的指令。穿孔带上的指令读入机床后,即可执行程序操作。1959年,美国制造了第一台商品工业机器人,这是一台用凸轮和限位开关控制的提卸装置。1961年,美国又生产了第一台伺服控制工业机器人。同年,塑料及电子方面的工作成就又把假肢技术推进了一步,在美国林肯实验室里,人们把一个装有触觉传感器的远程操作器的从手同一个计算机联接起来。这个早期试图联接计算机和机械手的探讨为后来的机器人的发展铺平了道路。

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  1963年,美国机器和铸造公司(AMF)制出产业机器人。从这一年开始,又出现了为机器人配备各种手臂的设计。

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  在此期间,其他国家 (特别是日本)也认识到工业机器人的重要性。从1968年开始,日本的机器人制造业取得了惊人的进步。

瑞士钟表匠皮埃尔•雅克德罗Pierre Jaquet-Droz(1721-1790)设计制造了机械人偶,以帮助销售自己的手表。

  1969年,美通用电气(GE)公司为美陆军建造的实验行走车是机器人一项非同凡响的发展。其控制难度实非人力所能及,从而促进了自动控制研究的深入发展。该行走车的四腿装置所要求的为数极多的自由度是控制的主要课题。同年波士顿机械臂出现了。第二年又有斯坦福机械臂问世,后来还装备了摄像机和计算机控制器。而且,随着这些机械被用作机器人的操作机构,机器人学开始取得若干重大进展。1970年,美国第一次全国性的机器人学术会议召开。1971年,日本成立工业机器人协会以推动机器人的应用。随后推出第一台计算机控制机器人。它被誉为“未来工具”,即T型的机器人,可

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  3力举超过100磅重的物体,并可追踪在装配线上的工件。

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  仅美国而言,在短短的二十几年内,机器人的拥有量就从0增加到6000台。如小河奔腾汇入大江,机械、电气和工业技术的高度发展与融合,终于形成了现代化的工业机器人群体。由于智能机器人的发展将赋予这类机器更为广泛的通用性和超人的功能,今后机器人的拥有量会以惊人的速度持续增长。科学终于把古人的幻想变为现实。可以有把握地推测,机器人在未来的发展,将超出我们的想象。计算机正在逐年地向小型、新颖和廉价方向发展。随着时间的推移,机器人会不会也走这条路呢?现在,电子学、计算机、控制和能源系统方面的新成果将为机器人的设计提供更为有效的手段。专用机器人在机械工程方面的应用将是永无止境的。机器人将在人类认识自然、改造自然的斗争中发挥巨大的作用。

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这个会写字的机械人偶被认为是最早的计算机雏形。共计由六千多个部件组成,这个会写字的小男孩人偶用羽毛笔蘸真的墨水写字,而且他写字的内容还是可以“编程”的,不同的机械齿轮会使人偶的手臂做出不同的动作。   (天天CAD网www.ttcad.com)

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雅克德罗还做了一个会弹琴的机械人偶。

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17-19世纪江户时代是日本机关人偶最盛行的时代。

奉茶童子是最典型的日本机关人偶。主人将茶放置于机关人偶双手的碗上,它会自动往客人的方向移动,客人拿杯子和茶托后,奉茶童子会自动停止,客人喝完茶后,把空的杯子放回机关人偶双手的碗上,奉茶童子会返回原来的位置。

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vnsr威尼斯城官网登入,日本工程师、发明家田中久重(1799-1881)设计了最著名的机关人偶:弓曳童子,它被视为江户时代机关人偶的登峰造极之作。田中久重1875年创建的公司被视为东芝(TOSHIBA)公司的前身。

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另一位众所周知的、设计过机械的大师就是达芬奇了。下图是达芬奇设计的小车,通过上发条可以自动行驶。

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除却众所周知的画家身份,达芬奇设计了许许多多有意思的机械。

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达芬奇与众不同之处在于,他会从自然中找到事物加以分析。当他画马腿的时候他画的不只是马腿,他关注的是马腿如何运动。

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