机器人的大世界
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的工作,例如公共服务、生产业、建筑业,或是危险的特殊工作。
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。
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服务机器人
服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员,可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人,服务机器人的应用范围很广,主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。
数据显示,目前,世界上至少有48个国家在发展机器人,其中25个国家已涉足服务型机器人开发。在日本、北美和欧洲,迄今已有7种类型计40余款服务型机器人进入实验和半商业化应用。
近年来,全球服务机器人市场保持较快的增长速度,根据国际机器人联盟的数据,2010年全球专业领域服务机器人销量达13741台,同比增长4%,销售额为320亿美元,同比增长15%;个人/家庭服务机器人销量为220万台,同比增长35%,销售额为5.38亿美元,同比增长39%。
另外一个方面,全球人口的老龄化带来大量的问题,例如对于老龄人的看护,以及医疗的问题,这些问题的解决带来大量的财政负担。由于服务机器人所具有的特点使之能够显著的降低财政负担。因而服务机器人能够被大量的应用。
我国在服务机器人领域的研发与日本、美国等国家相比起步较晚。在国家863计划的支持下,我国在服务机器人研究和产品研发方面已开展了大量工作,并取得了一定的成绩,如哈尔滨工业大学研制的导游机器人、迎宾机器人、清扫机器人等;华南理工大学研制的机器人护理床;中国科学院自动化研究所研制的智能轮椅等。
服务机器人的应用范围很广,主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会经过几年的搜集整理,给了服务机器人一个初步的定义:服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人,它能完成有益于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备。这里,我们把其它一些贴近人们生活的机器人也列入其中。
除割草机器人外,到1999年底世界装备的服务机器人几乎都是行业用的机器人。这些专用机器人的主要应用领域有:医用机器人,多用途移动机器人平台,水下机器人及清洁机器人。
1999年末,世界全部服务机器人至少为6600台,其中家用机器人有3000台,约占50%,水下机器人及医用机器人分别占14%及12%,清洁机器人占6%,其他所有机器人占23%。
预计2000-2003年服务机器人总量将增加到49,400台,其中40,000台是家用机器人(除真空吸尘机器人外),5000台是医用机器人。家用真空吸尘机器人2000年底将进入市场,如果价格合理,2003年的销售量可能达到25万台以上。
家用机器人的总销售量预计将超过30万台,它表明服务机器人市场即将进入一个崭新的阶段。
从需求及设备现有的技术水平方面来看,残疾人用的机器人还没有达到人们预期的目标。未来10年,助残机器人肯定会成为服务机器人的一个关键的领域。许多重要的研究机构正在集中力量开发这类机器人。
就服务机器人的总体来看,普及方面的主要困难一个是价格问题;另一个是,用户对机器人的益处、效率及可靠性不十分了解
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工业机器人
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
已知最早的工业机器人,符合ISO定义是由“条例”格里菲斯P·泰勒于1937年完成并出版的Meccano杂志,1938年3月。几乎完全是用吊车状装置建成的Meccano件和动力由单个电动机。运动五轴是可能的,包括抢而抢旋转。自动化是用穿孔纸带通电螺线管,这将有利于起重机的控制杆的运动来实现的。该机器人可以在预先设定的图案叠积木。需要为每个所需的运动马达的转数,第一次绘制在坐标纸上。然后这个信息被转移到纸带上,从而也推动了机器人的单个马达。1997,克里斯舒特建造的机器人的完整副本。
乔治·迪沃申请了第一个机器人的专利在1954年(1961年授予)。制作机器人的第一家公司是Unimation,由迪沃并成立约瑟夫F. Engelberger于1956年,并且是基于迪沃的原始专利。Unimation机器人也被称为可编程移机,因为一开始他们的主要用途是从一个点传递对象到另一个,不到十英尺左右分开。他们用液压 执行机构,并编入关节 坐标,即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节的角度。他们是精确到一英寸的1 / 10,000。Unimation后授权其技术,川崎重工和GKN,制造Unimates分别在日本和英国。一段时间以来Unimation唯一的竞争对手是美国辛辛那提米拉克龙公司 的俄亥俄州。这从根本上改变了20世纪70年代后期,几个大财团的日本开始生产类似的工业机器人。
1969年,维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂,全电动,6轴多关节型机器人的设计允许一个手臂的解决方案。这使得它精确地跟踪在太空中任意路径拓宽了潜在用途的机器人更复杂的应 用,如装配和焊接。沙因曼则设计了第二臂的MIT 人工智能实验室,被称为“麻省理工学院的手臂。” 沙因曼,接收奖学金从Unimation发展他的设计后,卖给那些设计以Unimation谁进一步发展他们的支持,通用汽车公司,后来它上市的可编程的通用机装配(PUMA)。
工业机器人在欧洲起飞相当快,既ABB机器人和库卡机器人带来机器人市场在1973年ABB机器人(原ASEA)推出IRB 6,世界上首位市售全电动微型处理器控制的机器人。前两个IRB 6机器人被出售给马格努森在瑞典进行研磨和抛光管弯曲并在1974年1月被安装在生产同样是在1973年,库卡机器人建立了自己的第一个机器人,被称为FAMULUS,也1第一关节机器人具有6机电驱动轴。
在机器人技术在20世纪70年代后期,许多美国公司的兴趣增加进入该领域,包括大公司,如通用电气和通用汽车公司(这就形成合资 FANUC机器人与FANUC日本LTD)。美国创业公司包括Automatix和娴熟技术,公司在机器人热潮在1984年的高度,Unimation收购了西屋电气公司 107万美元。西屋出售Unimation以史陶比尔法韦日SCA的法国于1988年,还在进行关节型机器人用于一般工业和洁净室应用,甚至买的机器人事业部,博世于2004年底。
只有少数的非日本公司管理,最终在这个市场中生存,其中主要的有:娴熟技术,史陶比尔,Unimation,在瑞典 - 瑞士公司ABB阿西亚·布朗Boveri公司,在德国公司的KUKA机器人与意大利公司柯马。
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发展历史
智能型机器人是最复杂的机器人,也是人类最渴望能够早日制造出来的机器朋友。然而要制造出一台智能机器人并不容易,仅仅是让机器模拟人类的行走动作,科学家们就要付出了数十甚至上百年的努力。
1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说中,根据Robota(捷克文,原意为“劳役、苦工”)和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。它由电缆控制,可以行走,会说77个字,甚至可以抽烟,不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。
1942年 美国科幻巨匠提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造,但后来成为学术界默认的研发原则。
1948年 诺伯特·维纳出版《控制论——关于在动物和机中控制和通讯的科学》,阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律,率先提出以计算机为核心的自动化工厂。
1954年 在达特茅斯会议上,马文·明斯基提出了他对智能机器的看法:智能机器“能够创建周围环境的抽象模型,如果遇到问题,能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。
1956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。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作,因此具有通用性和灵活性。
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。随后,成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传,他也被称为“工业机器人之父”。
1962年 美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人,并出口到世界各国,掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。
1962年-1963年 传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器,包括1961年恩斯特采用的触觉传感器,托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器,而1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统,并在1964年,帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器,能识别并定位积木的机器人系统。
1965年 约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声呐系统、光电管等装置,根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始,美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人,并向人工智能进发。
1968年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器,能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人,拉开了第三代机器人研发的序幕。
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。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人,被誉为“仿人机器人之父”。专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长,后来更进一步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。
1973年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作,就诞生了美国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。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。
1984年 英格伯格再推机器人Helpmate,这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送。同年,他还预言:“我要让机器人擦地板,做饭,出去帮我洗车,检查安全”。
1990年 中国著名学者周海中教授在《论机器人》一文中预言:到二十一世纪中叶,纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。
1998年 乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件,让机器人制造变得跟搭积木一样,相对简单又能任意拼装,使机器人开始走入个人世界。
1999年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO),当即销售一空,从此娱乐机器人成为机器人迈进普通家庭的途径之一。
2002年 美国iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba,它能避开障碍,自动设计行进路线,还能在电量不足时,自动驶向充电座。
2006年 6月,微软公司推出Microsoft Robotics Studio,机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显,比尔·盖茨预言,家用机器人很快将席卷全球。
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