按照服務(wù)范圍和用途的不同,特種機(jī)器人可以分為民用和軍用兩大類。其中民用機(jī)器人又可分為:家務(wù)機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。軍用機(jī)器人又可分為:排爆機(jī)器人、偵察機(jī)器人、戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人、掃雷機(jī)器人、空中機(jī)器人、水下機(jī)器人,有些分支發(fā)展很快,如空中機(jī)器人,即無(wú)人機(jī),廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中。
首先說(shuō)下什么是特種機(jī)器人。
特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人,包括:服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。
實(shí)用上,機(jī)器人(Robot)是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。機(jī)器人可接受人類指揮,也可以執(zhí)行預(yù)先編排的程序,也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。機(jī)器人執(zhí)行的是取代或是協(xié)助人類工作的工作,例如制造業(yè)、建筑業(yè),或是危險(xiǎn)的工作。
機(jī)器人可以是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。目前在工業(yè)、醫(yī)學(xué)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。
歐美國(guó)家認(rèn)為:機(jī)器人應(yīng)該是由計(jì)算機(jī)控制的通過(guò)編排程序具有可以變更的多功能的自動(dòng)機(jī)械,但是日本不同意這種說(shuō)法。日本人認(rèn)為“機(jī)器人就是任何高級(jí)的自動(dòng)機(jī)械”,這就把那種尚需一個(gè)人操縱的機(jī)械手包括進(jìn)去了。因此,很多日本人概念中的機(jī)器人,并不是歐美人所定義的。
現(xiàn)在,國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說(shuō)來(lái),人們都可以接受這種說(shuō)法,即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī);或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”
機(jī)器人能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括:智能,指感覺(jué)和感知,包括記憶、運(yùn)算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理等;機(jī)能,指變通性、通用性或空間占有性等;物理能,指力、速度、連續(xù)運(yùn)行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命等。因此,可以說(shuō)機(jī)器人是具有生物功能的空間三維坐標(biāo)機(jī)器。
機(jī)器人發(fā)展史
1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說(shuō)《羅薩姆的機(jī)器人萬(wàn)能公司》中,根據(jù)Robota(捷克文,原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文,原意為“工人”),創(chuàng)造出“機(jī)器人”這個(gè)詞。
1939年美國(guó)紐約世博會(huì)上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro。它由電纜控制,可以行走,會(huì)說(shuō)77個(gè)字,甚至可以抽煙,不過(guò)離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對(duì)家用機(jī)器人的憧憬變得更加具體。
1942年美國(guó)科幻巨匠阿西莫夫提出“機(jī)器人三定律”。雖然這只是科幻小說(shuō)里的創(chuàng)造,但后來(lái)成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。
1948年諾伯特·維納出版《控制論》,闡述了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺(jué)機(jī)能的共同規(guī)律,率先提出以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化工廠。
1954年美國(guó)人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)器人,并注冊(cè)了專利。這種機(jī)械手能按照不同的程序從事不同的工作,因此具有通用性和靈活性。
1956年在達(dá)特茅斯會(huì)議上,馬文·明斯基提出了他對(duì)智能機(jī)器的看法:智能機(jī)器“能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型,如果遇到問(wèn)題,能夠從抽象模型中尋找解決方法”。這個(gè)定義影響到以后30年智能機(jī)器人的研究方向。
1959年德沃爾與美國(guó)發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后,成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳,他也被稱為“工業(yè)機(jī)器人之父”。
1962年美國(guó)AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”(意思是萬(wàn)能搬運(yùn)),與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人,并出口到世界各國(guó),掀起了全世界對(duì)機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮。
1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們?cè)囍跈C(jī)器人上安裝各種各樣的傳感器,包括1961年恩斯特采用的觸覺(jué)傳感器,托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器,而麥卡錫1963年則開(kāi)始在機(jī)器人中加入視覺(jué)傳感系統(tǒng),并在1965年,幫助MIT推出了世界上第一個(gè)帶有視覺(jué)傳感器,能識(shí)別并定位積木的機(jī)器人系統(tǒng)。
1965年約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制出Beast機(jī)器人。Beast已經(jīng)能通過(guò)聲納系統(tǒng)、光電管等裝置,根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始,美國(guó)麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)興起研究第二代帶傳感器、“有感覺(jué)”的機(jī)器人,并向人工智能進(jìn)發(fā)。
1968年美國(guó)斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺(jué)傳感器,能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木,不過(guò)控制它的計(jì)算機(jī)有一個(gè)房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺(tái)智能機(jī)器人,拉開(kāi)了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。
1969年日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人。加藤一郎長(zhǎng)期致力于研究仿人機(jī)器人,被譽(yù)為“仿人機(jī)器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂(lè)機(jī)器人的技術(shù)見(jiàn)長(zhǎng),后來(lái)更進(jìn)一步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。
1973年世界上第一次機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)攜手合作,就誕生了美國(guó)CincinnatiMilacron公司的機(jī)器人T3。
1978年美國(guó)Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA,這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。
1984年英格伯格再推機(jī)器人Helpmate,這種機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年,他還預(yù)言:“我要讓機(jī)器人擦地板,做飯,出去幫我洗車,檢查安全”。
1998年丹麥樂(lè)高公司推出機(jī)器人(Mind-storms)套件,讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣,相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝,使機(jī)器人開(kāi)始走入個(gè)人世界。
1999年日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛(ài)寶(AIBO),當(dāng)即銷售一空,從此娛樂(lè)機(jī)器人成為目前機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭的途徑之一。
2002年丹麥iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba,它能避開(kāi)障礙,自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線,還能在電量不足時(shí),自動(dòng)駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機(jī)器人。
2006年6月,微軟公司推出MicrosoftRoboticsStudio,機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,比爾·蓋茨預(yù)言,家用機(jī)器人很快將席卷全球。
誕生于科幻小說(shuō)之中一樣,人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊,才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。
操作型機(jī)器人:能自動(dòng)控制,可重復(fù)編程,多功能,有幾個(gè)自由度,可固定或運(yùn)動(dòng),用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。
程控型機(jī)器人:按預(yù)先要求的順序及條件,依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。
示教再現(xiàn)型機(jī)器人:通過(guò)引導(dǎo)或其它方式,先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作,輸入工作程序,機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。
數(shù)控型機(jī)器人:不必使機(jī)器人動(dòng)作,通過(guò)數(shù)值、語(yǔ)言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教,機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。
感覺(jué)控制型機(jī)器人:利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。
適應(yīng)控制型機(jī)器人:機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化,控制其自身的行動(dòng)。
學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人:機(jī)器人能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn),具有一定的學(xué)習(xí)功能,并將所“學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。
智能機(jī)器人:以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。
我國(guó)的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā),將機(jī)器人分為兩大類,即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人,包括:服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中,有些分支發(fā)展很快,有獨(dú)立成體系的趨勢(shì),如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前,國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者,從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類:制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人,這和我國(guó)的分類是一致的。
空中機(jī)器人又叫無(wú)人機(jī),近年來(lái)在軍用機(jī)器人家族中,無(wú)人機(jī)是科研活動(dòng)最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購(gòu)經(jīng)費(fèi)投入最多、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的領(lǐng)域。80多年來(lái),世界無(wú)人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國(guó)為主線向前推進(jìn)的,無(wú)論從技術(shù)水平還是無(wú)人機(jī)的種類和數(shù)量來(lái)看,美國(guó)均居世界之首位。
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