机器人技术

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1、随着高新技术的发展，各种类型的军用机器人大量涌现，一些技术发达的国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。目前军用机器人主要是作为作战武器和保障武器使用。在恶劣的环境下，机器人的承受能力大大超过载人系统，并且能完成许多载人系统无法完成的工作，如运输机器人可以在核化条件下工作，也可以在炮火下及时进行战场救护。在地面上，机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷；在波黑战场上，无人机大显身手；在海洋中，机器人帮助人清除水雷、探索海底秘密；在宇宙空间，机器人成了火星考察的明星。现在世界上正在研制或已投入使用的军用机器入主要有以下几种。2004年10月26日 第一天 地面机器人 地面军

2、用机器人主要分为智能机器人和遥控机器人。按其功能可分为：排雷(弹)机器人、侦察机器人、保安机器人，甚至还研制有地面微型军用机器人。 全自主机器人美美国于19884年开始研研制第一台地地面自主车辆辆，可以在人人不干预的情情况下自己在在道路上行驶驶。1992年美美国研制出时时速75公里里的自主车。目目前仍有许多多技术难题未未解决。但地地面自主车的的研制大大推推动了遥控机机器人的发展展。 排雷(弹)机器器人使用排雷雷机器人不仅仅可以加快扫扫雷破障的速速度，而且还还大大降低了了人员的伤亡亡。如美国研研制的交通通警察战场场机器人，它它安装了多种种传感器，可可用于探测建建筑物、掩体体、隧道等处处的地雷；蜜

3、蜂式控控雷器则具有有较快的飞行行速度，可以以迅速而准确确地发现地雷雷的位置，并并通过自身携携带的炸药对对地雷进行引引爆。在19982年爆发发的马岛战争争中，英国海海军就曾用法法国研制的的的机器人，清清除阿根廷布布设的水雷。而而英国陆军的的排弹机器人人在拆除恐怖怖分子放的各各种类型的炸炸弹工作中屡屡建奇功，备备受欢迎。 排爆机器人英国国研制的手手推车排除除爆炸物机器器人是世界上上最有名的排排除爆炸物机机器人。目前前，最新研制制的 SupperM(超超级手推车)的摄像机可可以在距地面面65毫米处工工作，因此它它可以用来检检查可疑车辆辆的底部。SSuperMM机器人采用用橡胶履带，最最大速度为555

4、米分，它它有一整套的的无线电控制制系统及各种种设备，其中中包括一部彩彩色电视摄像像机、一支猎猎枪和两个爆爆炸物排除装装置；该车由由两组耐用的的12伏电池池驱动，并装装有一个电动动制动系统，使使其在通过陡陡坡时能准确确地动作。 侦察机器人高技技术条件下的的战场环境更更加复杂，使使用机器人不不仅可以进入入难以涉足的的恶劣环境中中侦察，而且且一旦机器人人不幸被俘俘，则可以以通过预先设设置的程序自自动引爆以以身殉职。美美国海军陆战战队的GSRR侦察机器人人是由M1114装甲人员员输送车改装装的，上面装装有15台微微处理器、卫卫星导航接收收机、声学临临近传感器、激激光测距机、磁磁罗盘和一台台高分辨率的的

5、摄像机等。摄摄像机装在一一个由计算机机控制的平台台上。如果没没有外部导航航，该车可以以自主地跟踪踪其它车辆越越过障碍物。 保安机器人保安安机器人可用用于军事基地地等重要设施施的保卫工作作。具有代表表性的保安机机器人是由美美国研制的徘徊者，它它是一辆重118吨的66轮全地形车车，它可以按按照预编程序序的路线，沿沿着这些设施施的外部边界界进行巡逻。当当发现入侵者者时，操作者者通过声音传传输系统使机机器人与入侵侵者对话，若若入侵者不合合作，怀有敌敌意，操作者者就可命令机机器人攻击入入侵者。当该该地区受到大大规模进攻时时，操作者就就可调动多台台机器人进行行阻击，以便便为保安人员员争取时间。 地面微型机

6、器人人专家们对微微型机器人备备加青睐，认认为它们体积积小，生存能能力强，具有有广泛的用途途。现已研制制出一种只有有昆虫大小的的名叫扁虱虱的机器人人，它可附在在敌人装备的的部件上，混混入敌人防线线，侦察敌人人的目标，也也可向敌人的的通信系统中中注入一个功功率脉冲进行行干扰，或钻钻到敌人的装装备中去，破破坏发动机等等关键部位。现现在许多国家家都非常重视视微型军用机机器人的研究究，随着发展展，军用微型型机器人有可可能改变211世纪的战场场。 步兵支摄机器人人突击队员员遥控车是是由格鲁曼航航空公司与美美国陆军训练练与条令司令令部共同研制制的。它是一一个重约1660千克的菱菱形车辆，由由电动机驱动动。能

7、以166 公里时时的速度在崎崎呕地形上行行驶。该车采采用光纤通信信，可将车载载电视摄像机机的图像传送送给操作员，同同时将操作员员的指令传送送给它，装上上机枪时，其其总高度也只只略高于1米米。它能完成成步兵通常所所能完成的各各种任务，包包括反坦克任任务。车上可可以配备反坦坦克导弹发射射器、机枪、催催泪性毒气弹弹等。 2000年111月29日，中中央电视台新新闻联播报报道：我国首首台类人型机机器人研制成成功。11月月30日，全全国各大报都都在显著位置置发表了这一一消息。许多多人问：何为为仿人型机器器人？仿人型型机器人的问问世标志了什什么？世界及及中国仿人型型机器人发展展到什么水平平？ 从前面几篇可

8、以以看出，大多多数的机器人人并不像人，有有的甚至没有有一点人的模模样，这一点点使很多机器器人爱好者大大失所望，很很多人问为什什么科学家不不研制像人一一样的机器人人呢？其实，科科学家和爱好好者的心情是是一样的，一一直致力于研研制出有人类类外观特征、可可模拟人类行行走与其基本本操作功能的的机器人。 由于仿人型机器器人集机、电电、材料、计计算机、传感感器、控制技技术等多门学学科于一体，是是一个国家高高科技实力和和发展水平的的重要标志，因因此，世界发发达国家都不不惜投入巨资资进行开发研研究。日、美美、英等国都都在研制仿人人形机器人方方面做了大量量的工作，并并已取得突破破性的进展。日日本本田公司司于19

9、977年10月推推出了仿人形形机器人P33，美国麻省省理工学院研研制出了仿人人形机器人科科戈（COGG），德国和和澳洲共同研研制出了装有有52个汽缸缸，身高2米米、体重1500公斤的大型型机器人。本本田公司最新新开发的新型型机器人“阿阿西莫”，身身高120厘厘米，体重43公公斤，它的走走路方式更加加接近人。我我国也在这方方面作了很多多工作，国防防科技大学、哈哈尔滨工业大大学研制出了了双足步行机机器人，北京京航空航天大大学、哈尔滨滨工业大学、北北京科技大学学研制出了多多指灵巧手等等。 日本的仿人形机机器人 本田公司是日本本主要生产跑跑车和轿车的的公司之一。本本田公司投入入巨资，经过过10多年的的

10、开发，终于于研制出了在在世界上居领领先地位的双双足步行机器器人P33。P3通过过它的身体的的重力感应器器和脚底的触触觉传感器把把地面的状况况送回电脑，电电脑则根据路路面情况作出出判断，进而而平衡身体，稳稳定地前后左左右行走。它它不仅能走平平路，还可以以走台阶和倾倾斜的路。它它站立稳定，推推不倒，脚底底不平也能保保持身体的直直立姿态。 本田公司机器人人P2 1997年中国国国务院总理理李鹏前往日日本本田公司司总部参观时时，机器人PP3接待了李李鹏总理。当当李鹏总理一一行抵达表演演大厅时，一一个身着宇宙宙服像宇航员员一样的机器器人从投影电电视的屏幕后后面走了出来来，其走路的的样子酷似顽顽童学步，步

11、步子虽然不快快，但坚实有有力。它走到到大厅当中面面对李鹏总理理站好，伸出出右手作欢迎迎状。并用汉汉语自我介绍绍：“我是机机器人P3，热热烈欢迎李鹏鹏总理和夫人人光临，请允允许我与您握握手”。机器器人握住李鹏鹏总理的手，连连续摇动三次次，然后摆好好姿势供久候候在那里的记记者拍照。 接着P3请出本本田公司社长长川本正彦等等人。他们通通过投影电视视屏幕，向中中国客人介绍绍了本田研制制机器人的发发展历史和技技术特点。川川本社长的声声音刚落，PP3又说：“我我有些紧张，请请允许我暂时时休息一下，接接下来请我的的二哥继续表表演”。说罢罢转身，沿原原路退回。 本田公司机器人人P3 据介绍，本田公公司按研制时

12、时间先后，把把双足步行机机器人分别命命名为P1、PP2、P3等等。P3的高高度为1600cm，体重重130公斤斤。被称为二二哥的机器人人P2身高11.80米，体体重120公公斤，长的笨笨头笨脑，但但行动起来与与灵活的“小小三”相比毫毫不逊色。PP2表演了上上台阶这一高高难动作，它它走的极为平平稳，一步一一个台阶，令令人赞叹不已已。随后P22又表演了用用扳手拧螺丝丝。P2机器器人退场后，PP3机器人出出场与贵宾挥挥手告别：“表表演到此结束束，再次感谢谢李鹏总理的的光临！” 本田公司最近又又推出一种新新型智能机器器人“阿西莫莫”（ASIIMO）。与与1977年年诞生的P33相比，它具具有体型小、质

13、质量轻、动作作紧凑轻柔的的特点。阿西西莫身高1220cm，体体重43公斤斤，更适合于于家庭操作和和自然行走。本本田公司总裁裁吉野浩行在在产品发布会会上说：“将将来我们还会会使机器人具具有更好的视视觉、听觉等等识别能力，提提高它们的自自主性。”他他还说：“如如果通过卫星星网络来控制制，它就是另另外一个你你，可以使使用者的身份份做许多事情情。” 科戈”机器人 出生于澳大利亚亚的罗德尼布鲁克斯，440多岁，美美国麻省理工工学院人工智智能实验室的的教授。他喜喜欢离经判道道，从不相信信传统的成规规。从80年年代起，他就就反对机器人人必须先会思思考，才能做做事的信条。为为了证实自己己的观点，他他研制出了一

14、一系列异型机机器人。这些些机器人没有有思考能力，但但却无所不能能，比如能偷偷桌上的苏打打罐，能穿越越四周发烫的的地面等。他他的成功使他他成为机器人人界最有争议议的人物。 机器人“科戈” 布鲁克斯从小就就喜欢制作各各种标新立异异的小装置。进进入福莱德大大学后，他为为该校唯一的的一台IBMM大型计算机机重新编制了了整个操作系系统的程序。别别的用户怎么么也想不到，计计算机怎么会会突然变的具具有令人不可可思议的奇效效。在获得该该校硕士学位位后，布鲁克克斯又凭自己己的实力考入入了美国斯坦坦福大学。八八十年代初期期，布鲁克斯斯在麻省理工工学院任初级级研究员。那那时人工智能能研究的传统统做法是先设设计出各种

15、“脑脑图”，以帮帮助机器人了了解周围环境境，使机器人人先学会识别别障碍物，再再绕过障碍物物。但这样做做机器人往往往要花很长时时间去判断自自己看到的东东西，而且它它们大多数均均无法穿过陌陌生的空间。而而布鲁克斯认认为，真正的的智能不能这这样运作。 布鲁克斯认为，智智能并不像假假想的那样来来自抽象思维维，而是通过过与外界接触触学习之后作作出的反应。只只要机器人与与其周围的环环境进行复杂杂的相互作用用，智能最终终一定会出现现。 最初他的计划是是先从昆虫机机器人做起，逐逐步向模仿高高级动物发展展，最后才是是人形机器人人。布鲁克斯斯想，只有人人形机器人才才能说明他的的理论也适合合于高级智能能，于是他决决

16、定要制造出出自己的人工工智能型高级级机器人，即即现在的科戈戈机器人。 目前“科戈”的的研制工作正正在进行。“科科戈”本身是是非常复杂的的，要它能通通过与外界的的联系获取知知识，就必须须尽可能地模模仿人类，例例如它的臂必必须像人类那那样具有柔顺顺性。 怎样才能把“科科戈”变成一一个真正的人人形机器人，目目前实现的目目标尚不太明明确。布鲁克克斯和他的同同事们正在借借鉴幼儿的发发育过程，使使“科戈”由由简到难，逐逐步学会各种种本领，直到到听说能力。 “科戈”机器人人的大脑是由由16个摩托托罗拉683332芯片构构成的，“科科戈”的大脑脑放在与之相相邻的室内，通通过电缆与之之相连。“科科戈”最多可可用

17、250个个摩托罗拉芯芯片。布鲁克克斯准备用数数字信号处理理器取代部分分这种芯片，用用以完成特殊殊任务。“科科戈”的大脑脑与人类的大大脑一样，能能同时处理多多项任务。尽尽管计算机的的能力给人们们留下了深刻刻的印象，但但是如果“科科戈”能达到到两岁儿童的的智力，就算算是成功了。现现在“科戈”正正在像婴儿一一样利用自己己的大脑学习习“看”。“科科戈”的每只只眼睛由一台台广角照相机机和一台窄视视野照相机组组成。每一台台照相机均可可以俯仰和旋旋转。“科戈戈”首先通过过广角照相机机观察周围事事物，然后再再利用窄视野野照相机近距距离仔细观察察事物。“科科戈”的头可可以像人的头头一样前后左左右转动。 布鲁克斯

18、说：“我我们试图找到到一种方法，让让科戈自自己了解这个个世界。” “科戈”先学会会看以后，开开始学习听。这这些功能要一一个一个地教教。为此，在在“科戈”的的头上装上了了麦克风和处处理器。声音音可以帮助“科科戈”确定去去看什么地方方，机器人还还可以对声音音进行辨别。“科科戈”已经有有了头和身子子，但还没有有皮肤、臂和和手指。现在在正在为“科科戈”制造第第一条手臂，这这只臂以全新新的方式工作作，每个关节节都有一个弹弹簧，从而使使“科戈”获获得了柔顺性性。 我国的仿人形机机器人研究 我国在仿人形机机器人方面做做了大量研究究，并取得了了很多成果。比比如长沙国防防科技大学研研制成了双足足步行机器人人，北

19、京航空空航天大学研研制成了多指指灵巧手，哈哈尔滨工业大大学、北京科科技大学也在在这方面做了了大量深入的的工作。 多指灵巧手 双足步行机器人人研究是一个个很诱人的研研究课题，而而且难度很大大。在日本开开展双足步行行机器人研究究已有30多多年的历史，研研制出了许多多可以静态、动动态稳定行走走的双足步行行机器人，上上面提到的PP2、P3是是其中的佼佼佼者。 在国家863计计划、国家自自然科学基金金和湖南省的的支持下，长长沙国防科技技大学于19988年2月月研制成功了了六关节平面面运动型双足足步行机器人人，随后于11990年又又先后研制成成功了十关节节、十二关节节的空间运动动型机器人系系统，并实现现了

20、平地前进进、后退，左左右侧行，左左右转弯，上上下台阶，上上下斜坡和跨跨越障碍等人人类所具备的的基本行走功功能。近期在在十二关节的的空间运动机机构上，实现现了每秒钟两两步的前进及及左右动态行行走功能。 “先行者”类人人型机器人 经过十年攻关，国国防科技大学学研制成功我我国第一台仿仿人型机器人人“先行行者”，实现现了机器人技技术的重大突突破。“先行行者”有人一一样的身躯、头头颅、眼睛、双双臂和双足，有有一定的语言言功能，可以以动态步行。 人类与动物相比比，除了拥有有理性的思维维能力、准确确的语言表达达能力外，拥拥有一双灵巧巧的手也是人人类的骄傲。正正因如此，让让机器人也拥拥有一双灵巧巧的手成了许许

21、多科研人员员的目标。 在张启先院士的的主持下，北北京航空航天天大学机器人人研究所于880年代末开开始灵巧手的的研究与开发发，最初研究究出来的BHH1型灵巧巧手功能相对对简单，但填填补了当时国国内空白。在在随后的几年年中又不断改改进，现在的的灵巧手已能能灵巧地抓持持和操作不同同材质、不同同形状的物体体。它配在机机器人手臂上上充当灵巧末末端执行器可可扩大机器人人的作业范围围，完成复杂杂的装配、搬搬运等操作。比比如它可以用用来抓取鸡蛋蛋，既不会使使鸡蛋掉下，也也不会捏碎鸡鸡蛋。灵巧手手在航空航天天、医疗护理理等方面有应应用前景。 双足步行机器人人在爬楼梯 灵巧手有三个手手指，每个手手指有3个关关节，

22、3个手手指共9个自自由度，微电电机放在灵巧巧手的内部，各各关节装有关关节角度传感感器，指端配配有三维力传传感器，采用用两级分布式式计算机实时时控制系统。 仿人型机器人是是多门基础学学科、多项高高技术的集成成，代表了机机器人的尖端端技术。因此此，仿人形机机器人是当代代科技的研究究热点之一。仿仿人型机器人人不仅是一个个国家高科技技综合水平的的重要标志，也也在人类生产产、生活中有有着广泛的用用途。目前，我我国仿人形机机器人研究与与世界先进水水平相比还有有差距。我国国科技工作者者正在努力向向前，我们热热切地期盼着着我们自己水水平更高的、功功能更强的仿仿人型机器人人与大家见面面。第一课、机器人人的分类几

23、千年前人人类就渴望制制造 一种像像人一样的机机器，以便将将人类从繁重重的劳动中解解脱出来。 如古希腊诗诗人Homeeros的长长篇叙事诗 伊利亚特特中的冶炼炼之神瘸腿海海倍斯特司 ，就用黄金金铸造出一个个美丽聪颖的的侍女；希腊腊神话阿鲁鲁哥探险船中中的青铜巨人人泰洛斯（TTaloass)；犹太传传说中的泥土土巨人等等，这这些美丽的神神话时刻激励励着人们一定定要把美丽的的神话变为现现实，早在两两千年前就开开始出现了自自动木人和一一些简单的机机械偶人。到了近代代 ，机器人人一词的出现现和世界上第第一台工业机机器人问世之之后，不同功功能的机器人人也相继出现现并且活跃在在不同的领域域，从天上到到地下，

24、从工工业拓广到 农业、林、牧牧、渔，甚至至进入寻常百百姓家。机器器人的种类之之多，应用之之广，影响之之深，是我们们始料未及的的。从机器人人的用途来分分，可以分为为两大类：军用机器器人： 地面军用用机器人地面机器人人主要是指智智能或遥控的的轮式和履带带式车辆.地地面军用机器器人又可分为为自主车辆和和半自主车辆辆。自主车辆辆依靠自身的的智能自主导导航,躲避障障碍物,独立立完成各种战战斗任务;半半自主车辆可可在人的监视视下自主行使使,在遇到困困难时操作人人员可以进行行遥控干预。无人机被称为空空中机器人的的无人机是军军用机器人中中发展最快的的家族，从11913年第第一台自动驾驾驶仪问世以以来，无人机机

25、的基本类型型已达到3000多种，目目前在世界市市场上销售的的无人机有440多种。美美国几乎参加加了世界上所所有重要的战战争。由于它它的科学技术术先进，国力力较强，因而而80多年来来，世界无人人机的发展基基本上是以美美国为主线向向前推进的。美美国是研究无无人机最早的的国家之一，今今天无论从技技术水平还是是无人机的种种类和数量来来看，美国均均居世界首位位。综观观无人机发展展的历史，可可以说现代战战争是无人机机发展的动力力，高新技术术的发展是它它不断进步的的基础。水下机器器人水下下机器人分为为有人机器人人和无人机器器人两大类：有人潜潜水器机动灵灵活，便于处处理复杂的问问题，担任的的生命可能会会有危险

26、，而而且价格昂贵贵。无人人潜水器就是是人们所说的的水下机器人人，“科夫”就就是其中的一一种。它适于于长时间、大大范围的考察察任务，近220年来，水水下机器人有有了很大的发发展，它们既既可军用又可可民用。随着着人对海洋进进一步地开发发，21世纪纪它们必将会会有更广泛的的应用。按照照无人潜水器器与水面支持持设备（母船船或平台）间间联系方式的的不同，水下下机器人可以以分为两大类类：一种是有有缆水下机器器人，习惯上上把它称做遥遥控潜水器，简简称ROV；另一种是无无缆水下机器器人，潜水器器习惯上把它它称做自治潜潜水器，简称称AUV。有有缆机器人都都是遥控式的的，按其运动动方式分为拖拖曳式、（海海底）移动

27、式式和浮游（自自航）式三种种。无缆水下下机器人只能能是自治式的的，目前还只只有观测型浮浮游式一种运运动方式，但但它的前景是是光明的。空间机器器人空间间机器人是一一种低价位的的轻型遥控机机器人，可在在行星的大气气环境中导航航及飞行。为为此，它必须须克服许多困困难，例如它它要能在一个个不断变化的的三维环境中中运动并自主主导航；几乎乎不能够停留留；必须能实实时确定它在在空间的位置置及状态；要要能对它的垂垂直运动进行行控制；要为为它的星际飞飞行预测及规规划路径。民用机器人人：工业机机器人工工业机器人是是指在工业中中应用的一种种能进行自动动控制的、可可重复编程的的、多功能的的、多自由度度的、多用途途的操

28、作机，能能搬运材料、工工件或操持工工具，用以完完成各种作业业。且这种操操作机可以固固定在一个地地方，也可以以在往复运动动的小车上。服务机器器人服务务机器人是机机器人家族中中的一个年轻轻成员，到目目前为止尚没没有一个严格格的定义，不不同国家对服服务机器人的的认识也有一一定差异。服服务机器人的的应用范围很很广，主要从从事维护、保保养、修理、运运输、清洗、保保安、救援、监监护等工作。德德国生产技术术与自动化研研究所所长施施拉夫特博士士给服务机器器人下了这样样一个定义：服务机器人人是一种可自自由编程的移移动装置，它它至少应有三三个运动轴，可可以部分地或或全自动地完完成服务工作作。这里的服服务工作指的的

29、不是为工业业生产物品而而从事的服务务活动，而是是指为人和单单位完成的服服务工作。娱乐机器器人娱乐乐机器人以供供人观赏、娱娱乐为目的，具具有机器人的的外部特征，可可以像人，像像某种动物，像像童话或科幻幻小说中的人人物等。同时时具有机器人人的功能，可可以行走或完完成动作，可可以有语言能能力，会唱歌歌，有一定的的感知能力。 类人机器器人从其其他类别的机机器人可以看看出，大多数数的机器人并并不像人，有有的甚至没有有一点人的模模样，这一点点使很多机器器人爱好者大大失所望。也也许你会问，为为什么科学家家不研制类人人机器人？这这样的机器人人会更容易让让人接受。其其实，研制出出外观和功能能与人一样的的机器人是

30、科科学家们梦寐寐以求的愿望望，也是他们们不懈追求的的目标。然而而，研制出性性能优异的类类人机器人，其其最大的难关关就是双足直直立行走。因因为 机器人人与人的学习习方式不一样样。一个婴儿儿要先学走，再再学跑；而机机器人则要先先学跑，再学学走。也就是是说机器人学学跑更容易些些。农业机器器人由于于机械化、自自动化程度比比较落后，“面面朝黄土背朝朝天，一年四四季不得闲”成成了我国农民民的象征。但但近年农业机机器人的问世世，有望改变变传统的劳动动方式。在农农业机器人的的方面，目前前日本居于世世界各国之首首。 第二课、机器人人发展史美国美美国是机器人人的诞生地，早早在19622年就研制出出世界上第一一台工

31、业机器器人，比起号号称机器人人王国的日日本起步至少少要早五六年年。经过300多年的发展展，美国现已已成为世界上上的机器人强强国之一，基基础雄厚，技技术先进。综综观它的发展展史，道路是是曲折的，不不平坦的。由于美国国政府从600年代到700年代中的十十几年期间，并并没有把工业业机器人列入入重点发展项项目，只是在在几所大学和和少数公司开开展了一些研研究工作。对对于企业来说说，在只看到到眼前利益，政政府又无财政政支持的情况况下，宁愿错错过良机，固固守在使用刚刚性自动化装装置上，也不不愿冒着风险险，去应用或或制造机器人人。加上，当当时美国失业业率高达665，政政府担心发展展机器人会造造成更多人失失业，

32、因此不不予投资，也也不组织研制制机器人，这这不能不说是是美国政府的的战略决策错错误。70年年代后期，美美国政府和企企业界虽有所所重视，但在在技术路线上上仍把重点放放在研究机器器人软件及军军事、宇宙、海海洋、核工程程等特殊领域域的高级机器器人的开发上上，致使日本本的工业机器器人后来居上上，并在工业业生产的应用用上及机器人人制造业上很很快超过了美美国，产品在在国际市场上上形成了较强强的竞争力。进入80年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征

33、，使美国的机器人迅速发展。80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60的机器人市场。尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在：（1）性能可靠，功能全面，精确度高；（2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；（3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用；（4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展

34、迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。英国早早在19666年，美国UUnimattion公司司的尤尼曼特特机器人和AAMF公司的的沃莎特兰机机器人就已经经率先进入英英国市场。11967年英英国的两家大大机械公司还还特地为美国国这两家机器器人公司在英英国推销机器器人。接着，英英国 Halll Auttomatiion公司研研制出自己的的机器人RAAMP。700年代初期，由由于英国政府府科学研究委委员会颁布了了否定人工智智能和机器人人的Lighhthalll报告，对工工业机器人实实行了限制发发展的严厉措措施，因而机机器人工业一一蹶不振，在在西欧差不多多居于末位。 但是，国国际上机器人

35、人蓬勃发展的的形势很快使使英政府意识识到：机器人人技术的落后后，导致其商商品在国际市市场上的竞争争力大为下降降。于是，从从70年代末末开始，英国国政府转而采采取支持态度度，推行并实实施了一系列列支持机器人人发展的政策策和措施，如如广泛宣传使使用机器人的的重要性、在在财政上给购购买机器人企企业以补贴、积积极促进机器器人研究单位位与企业联合合等，使英国国机器人开始始了在生产领领域广泛应用用及大力研制制的兴盛时期期。法国法法国不仅在机机器人拥有量量上居于世界界前列，而且且在机器人应应用水平和应应用范围上处处于世界先进进水平。这主主要归功于法法国政府一开开始就比较重重视机器人技技术，特别是是把重点放在

36、在开展机器人人的应用研究究上。法法国机器人的的发展比较顺顺利，主要原原因是通过政政府大力支持持的研究计划划，建立起一一个完整的科科学技术体系系。即由政府府组织一些机机器人基础技技术方面的研研究项目，而而由工业界支支持开展应用用和开发方面面的工作，两两者相辅相成成，使机器人人在法国企业业界很快发展展和普及.德国德德国工业机器器人的总数占占世界第三位位，仅次于日日本和美国。这这里所说的德德国，主要指指的是原联邦邦德国。它比比英国和瑞典典引进机器人人大约晚了五五六年。其所所以如此，是是因为德国的的机器人工业业一起步，就就遇到了国内内经济不景气气。但是德国国的社会环境境却是有利于于机器人工业业发展的。

37、因因为战争，导导致劳动力短短缺，以及国国民技术水平平高，都是实实现使用机器器人的有利条条件。到了770年代中后后期，政府采采用行政手段段为机器人的的推广开辟道道路；在改改善劳动条件件计划中规规定，对于一一些有危险、有有毒、有害的的工作岗位，必必须以机器人人来代替普通通人的劳动。这这个计划为机机器人的应用用开拓了广泛泛的市场，并并推动了工业业机器人技术术的发展。日日尔曼民族是是一个重实际际的民族，他他们始终坚持持技术应用和和社会需求相相结合的原则则。除了像大大多数国家一一样，将机器器人主要应用用在汽车工业业之外，突出出的一点是德德国在纺织工工业中用现代代化生产技术术改造原有企企业，报废了了旧机器

38、，购购买了现代化化自动设备、电电子计算机和和机器人，使使纺织工业成成本下降、质质量提高，产产品的花色品品种更加适销销对路。到11984年终终于使这一被被喻为快完完蛋的行业重新振兴起起来。与此同同时，德国看看到了机器人人等先进自动动化技术对工工业生产的作作用，提出了了1985年年以后要向高高级的、带感感觉的智能型型机器人转移移的目标。经经过近十年的的努力，其智智能机器人的的研究和应用用方面在世界界上处于公认认的领先地位位。俄罗斯在前苏联（主主要是在俄罗罗斯），从理理论和实践上上探讨机器人人技术是从550年代后半半期开始的。到到了50年代代后期开始了了机器人样机机的研究工作作。19688年成功地试

39、试制出一台深深水作业机器器人。19771年研制出出工厂用的万万能机器人。早早在前苏联第第九个五年计计划（19770年一19975年）开开始时，就把把发展机器人人列入国家科科学技术发展展纲领之中。到到1975年年，已研制出出30个型号号的120台台机器人，经经过20年的的努力，前苏苏联的机器人人在数量、质质量水乎上均均处于世界前前列地位。国国家有目的地地把提高科学学技术进步当当作推动社会会生产发展的的手段，来安安排机器人的的研究制造；有关机器人人的研究生产产、应用、推推广和提高工工作，都由政政府安排，有有计划、按步步骤地进行。中国有人认为为，应用机器器人只是为了了节省劳动力力，而我国劳劳动力资源

40、丰丰富，发展机机器人不一定定符合我国国国情。这是一一种误解。在在我国，社会会主义制度的的优越性决定定了机器人能能够充分发挥挥其长处。它它不仅能为我我国的经济建建设带来高度度的生产力和和巨大的经济济效益，而且且将为我国的的宇宙开发、海海洋开发、核核能利用等新新兴领域的发发展做出卓越越的贡献。 我国已已在“七五”计计划中把机器器人列人国家家重点科研规规划内容，拨拨巨款在沈阳阳建立了全国国第一个机器器人研究示范范工程，全面面展开了机器器人基础理论论与基础元器器件研究。十十几年来，相相继研制出示示教再现型的的搬运、点焊焊、弧焊、喷喷漆、装配等等门类齐全的的工业机器人人及水下作业业、军用和特特种机器人。

41、目目前，示教再再现型机器人人技术已基本本成熟，并在在工厂中推广广应用。我国国自行生产的的机器人喷漆漆流水线在长长春第一汽车车厂及东风汽汽车厂投入运运行。19886年3月开开始的国家8863高科技技发展规划已已列入研究、开开发智能机器器人的内容。就就目前来看，我我们应从生产产和应用的角角度出发，结结合我国国情情，加快生产产结构简单、成成本低廉的实实用型机器人人和某些特种种机器人。日本日日本在60年年代末正处于于经济高度发发展时期，年年增长率达111。第二二次世界大战战后，日本的的劳动力本来来就紧张，而而高速度的经经济发展更加加剧了劳动力力严重不足的的困难。为此此，日本在11967年由由川崎重工业

42、业公司从美国国Unimaation公公司引进机器器人及其技术术，建立起生生产车间，并并于19688年试制出第第一台川崎的的“尤尼曼特特”机器人。正是由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎。日本政府一方面在经济上采取了积极的扶植政策，鼓励发展和推广应用机器人，从而更进一步激发了企业家从事机器人产业的积极性。尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政府银行提供优惠的低息资金，鼓励集资成立“机器人长期租赁公司”，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的资金负担；政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优

43、待产品，企业除享受新设备通常的40%折扣优待外，还可再享受 13的价格补贴。另一方面，国家出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年，到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期，70年代的实用期，到80年代进人普及提高期。”并正式把1980年定为“产业机器人的普及元年”，开始在各个领域内广泛推广使用机器人。日本政府和企业充分信任机器人，大胆使用机器人。机器人也没有辜负人们的期望，它在解决劳动

44、力不足、提高生产率、改进产品质量和降低生产成本方面，发挥着越来越显著的作用，成为日本保持经济增长速度和产品竞争能力的一支不可缺少的队伍。日本在汽车、电子行业大量使用机器人生产，使日本汽车及电子产品产量猛增，质量日益提高，而制造成本则大为降低。从而使日本生产的汽车能够以价廉的绝对优势进军号称“汽车王国”的美国市场，并且向机器人诞生国出口日本产的实用型机器人。此时，日本价廉物美的家用电器产品也充斥了美国市场这使“山姆大叔”后悔不已。日本由于制造、使用机器人，增大了国力，获得了巨大的好处，迫使美、英、法等许多国家不得不采取措施，奋起直追。 目前国际机机器人界都在在加大科研力力度，进行机机器人共性技技

45、术的研究，并并朝着智能化化和多样化方方向发展。主主要研究内容容集中在以下下10个方面面：1工业机器人人操作机结构构的优化设计计技术：探索索新的高强度度轻质材料，进进一步提高负负载/自重比比，同时机构构向着模块化化、可重构方方向发展。2机器器人控制技术术：重点研究究开放式，模模块化控制系系统，人机界界面更加友好好，语言、图图形编程界面面正在研制之之中。机器人人控制器的标标准化和网络络化，以及基基于PC机网网络式控制器器已成为研究究热点。编程程技术除进一一步提高在线线编程的可操操作性之外，离离线编程的实实用化将成为为研究重点。3多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题

46、解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。4机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。5机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。6虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。7多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机

47、理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。8微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。9软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所

48、用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。10仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。第四课、工业机器人技术赖维德一、技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分

49、活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。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。 二、现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：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6

50、5万美元。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。

51、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。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关

52、，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是

53、应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“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，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机

54、器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。 三、“十五”目标及主要研究内容 1目标根据国内外机器人发展的经验、现状及近几年的动态，结合当前国内经济发展的具体情况，“十五”期间机器人技术应重点开展智能机器人、机器人化机械及其相关技术的开发及应用；开展以机器人为基础的重组装配系统及其相关技术的开发研究及加强多传感器融合及决策、控制一体化技术及应用的研究。重点解决我国已研制应用多年的示教再现型工业机器人的产业化前期关键技术，大力推进其产业

55、化进程，力争在“十五”末期实现喷涂、焊接、装配等机器人的产业化。2主要研究内容（1）示教再现型工业机器人产业化技术研究关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。柔性仿形喷涂机器人开发：柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发，整机安全防爆、防护技术开发，高速喷杯喷涂工艺研究。焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。焊接机器

56、人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。电子行业用装配机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。批量生产机器人所需的专用制造、装配、测试设备和工具的研究开发。（2）智能机器人开发研究遥控加局部自主系统构成和控制策略研究包括建模遥控机器人模型，人行为模型，人控制动态建模，图形仿真建模，虚拟工具和虚拟传感器建模；以人为主体的人机共享规划与控制；局部自治控制；多传感融合技术；双向力反应控制；知识库的建立，学习与推理方法；人机交互的高级控制技术；虚拟现实（VR）控制与真实世界控制的相互关系；监控系统的结构。智能移动机器人的导航和定位技术研究包括导航和定位系统的系统结构；在结构环境或非结构环境中导航和

57、定位方法研究；感知系统的传感器和信息处理系统的构成；根据传感器数据建立环境模型的方法；模糊逻辑的推理方法用于移动机器人导航的研究。面向遥控机器人的虚拟现实系统包括人机交互图形生成及其程序设计；遥控机器人（载体和机械手）几何动态图形建模；遥控操作环境图形建模；遥控机器人操作与数据的获取；虚拟传感器及基于虚拟传感器的双向力反应、反馈控制；面向任务的虚拟工具；基于虚拟现实的遥控操作的理论与方法；基于VR模型操作和真实世界操作的可切换、相容性和可交换性；VR监控系统。人机交互环境建模系统包括CAD建模中的人机交互技术；求知模型工件的反示过程中的交互技术；机器人与环境的布局及功能验证中的交互技术；传感器

58、数据处理中的交互技术；机器人标定、运动学建模、动力学建模中的交互技术。基于计算机屏幕的多机器人遥控技术包括三维立体视觉建模；模型的计算机显示；遥控机器人模型的控制；人机接口；网络通讯。（3）机器人化机械研究开发并联机构机床（VMT）与机器人化加工中心（RMC）开发研究包括VMT与RMC智能化结构实现技术；VMT与RMC关键传动实现技术；VMT与RMC加工、装配、摆放、涂胶、检测作业技术；VMT与RMC监控检测技术开发；VMT与MRC智能化开式CMC控制系统开发；系统软件和应用软件开发；智能化机构、材料机电一体化技术；作业状态变量智能化传感技术；机电一体化的多功能及灵巧作业终端；通用智能化开式C

59、NC控制硬软件系统；并联机构运动学及动力学理论；RMC智能控制理论；VMT与RMC典型应用工程开发。机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备包括散料输送系统监控和遥控操作的传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；机器人运动规划在等量堆取料、自主操作中的应用；基于广域网的远程实时通讯；具有监测和管理功能的故障诊断系统。（4）以机器人为基础的重组装配系统开放式模块化装配机器人包括通用要素的提取；专用件标准化；装配机器人模块CAD设计；通用主流计算机构造的控制器；人机界面方式；网络功能。面向机器人装配的设计技术包括数字化装配与CAD集成技术；产品机器人化装配规划生

60、成技术；产品可装配性模糊评价。机器人柔性装配系统设计技术其中单元技术：供料系统智能化设计、末端执行器快速执行、物流传输及其控制与通讯；集成技术：柔性装配线仿真软件、管理系统。可重构机器人柔性装配系统设计技术开展基于任务和环境的动态重构机器人柔性装配系统理论研究；系统基于自治体（Agent）的分布式控制技术及系统各单元体间的协作规划。装配力觉、视觉技术包括高精度、高集成化六维腕力传感技术；视觉识别与定位技术。智能装配策略及其控制包括装配状态实时检测和监控；装配顺序和路径智能规划及控制技术。（5）多传感器信息融合与配置技术机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用

61、包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。机电一体化智能传感器包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统；机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。 第五课、纳米机机器人走过来来纳米物理学学家在世纪之之交畅想了纳纳米科技发展展的未来，它它的主调是：纳米科技的的发展将使得得人类可以直直接操纵原子子，从而实现现人们的很多多梦想，如制制造仅有少数数原子构成的的微型纳米机机器人，它们们可以游走在在血管中吃掉掉沉积在血管管壁上的垃圾圾，它们可以以游走

62、在组织织间定向地识识别和杀死癌癌细胞，它们们可以直接利利用太阳能制制造面包，甚甚至于纳米机机器人可以自自行复制等等等。这些听上上去似乎是天天方夜谭的畅畅想其实也并并非不着边际际，分子仿生生学就是一门门可以使研制制纳米机器人人成为现实的的新学科。研制纳纳米机器人将成为纳米米科技时代的的重要内容之之一物理理学家总是模模拟生物学原原理制作各种种灵巧的机器器，这就是仿仿生学。仿生生学是生物物物理学的一个个分支学科，它它按照生物学学原理提出设设计原型，制制造用于特殊殊目的的功功能器件。 纳米机器器人的研制制属于分子仿仿生学的范畴畴，它根据分分子水平的生生物学原理为为设计原型，设设计制造可对对纳米空间进进

63、行操作的功能分子器器件。事实上，细细胞就是一个个活生生的纳纳米机器。酶酶是细胞中种种类最多和最最活跃的分子子，每一个酶酶分子也是一一个个活生生生的纳米机器器人。酶分子子催化底物反反应时，其蛋蛋白分子不同同结构域之间间的相对运动动就像是微型型人在移动和和重新安排底底物分子的原原子排列顺序序。细胞中的的很多结构单单元都是执行行某种功能的的微型机器：核糖体是按按照基因密码码的指令安排排氨基酸顺序序制造蛋白质质分子的加工工器；高尔基基体是给新制制造的蛋白质质进行修饰的的加工厂；加加工好的蛋白白质可以按照照信号肽的指指令由膜囊泡泡运送到确定定的部位发挥挥功能；完成成了功能使命命的蛋白质会会被贴上标签签送去被水解解成氨基酸成成为合成新蛋蛋白的原材料料。细胞的生生命过程就是是这样一批又又一批功能相相关的蛋白质质组群不