21世纪的机器人技术

一般说来,可以从两个角度来对机器人进行定义．从工程的角度出发,认为它属于一种自动机械,具有对环境的通用性和实用性,操作程序简便．而且可以实现独立的随意的运动．若从仿生学的角度看,则认为它是具有近似人类相当部分功能的机械,它能执行与人类似的动作,且具有类似人的某种智能,如记忆、再现、逻辑运算、学习、判断、感知等。

机器人由硬件和软件两大部分组成．为了使机器人能够从事复杂的工作,执行与人相似的一些动作,必须要使它的机构和功能都具有很大的灵活性．同时,还要有能对其运动器官进行巧妙控制的软件,两者互相配合,协调运行。

从50年代以来,机器人技术已有了很大的进步,按照其功能和类型的发展,大体上可把它划分为以下三个时期:

第一代机器人,是使用存贮和程序控制的自动机器,在60年代初问世,即目前能够在部门实用的重复型机器人,常称为工业机器人．它的动作包括示教、存贮、再现和操作四个步骤．它可以通过示教输入操作程序,在存贮装置内存贮一系列的操作内容,并利用存贮内容的再现,自动地重复进行工作的一种通用自动搬运机械。

它存在的问题包括:

(1)传感器与反馈问题．它一般没有触觉及反馈系统,不能用触觉去发现物体放置的位置与姿态,所以不能做出灵巧的动作。

(2)视觉问题．由于它没有眼睛,不能辨别物体的种类,不能看出零件安装位置,也不能进行视觉检查。

(3)适应能力问题．由于它只按事先存贮的程序动作,不能随环境和作业对象的变化而自动更改作业内容,几乎不能把复杂的装配作业编成程序。

(4)运动自由度问题．一般来说,这类机器人的运动自由度小,手的柔软性差,没有移动的脚。

这种机器人的最大优点在于能把人类从危险、恶劣、单调的工作环境中解放出来,做到工业生产的自动化与省力化,目前仍然得到广泛的应用。

第二代机器人与第一代的根本区别在于其智能性．它具有感觉识别又具有某些思维功能,并由这些功能控制动作,是具有与人类相类似智能的自动机械．其发展主要开始于70年代,主要用在各种对人有害的环境中作业,它能在操作人员操纵下进行工作,或按照人的指令在未知环境中从事高水平的作业．一般把前者称为近距离操纵型机器人,后者称为远距离操纵型机器人。

假如说在60年代主要用示教重复型机器人来做“放”与“拿”工作,那么到了70年代,开始用智能机器人进行“寻找”与“发现”对象物,今后的十年将是机器人大发展的十年,智能机器人的时代已经到来。

目前世界上已有几万台机器人,其品种和功能多种多样,应用范围相当广泛,可归纳为:

(1)危险环境条件替代作业．原子能生产、宇宙开发、空间飞行、海洋开发、军事工程、救火等领域。

(2)社会福利．假肢、高级作业程序及语言控制的假肢、医疗机器人、家用机器人等。

(3)生产自动化领域．工业机器人,装配、检验、系统管理机器人等。

总之,机器人的研究领域相当广泛．可以从仿生学的角度对人和动物肢体的运动学和动力学进行研究,使机器人具有类似生物运动的机构、也可以从生理学的角度对生物体的视觉、触觉和听觉系统进行研究,并作出其物理模型,以便研制机器人的理想信息处理系统；还可以采用电子计算机,进行机器人智能信息处理和肢体运动控制的研究等。

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