現(xiàn)在機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成為了一門學(xué)科，也出現(xiàn)了一些協(xié)議。在機(jī)器人技術(shù)中，人們運(yùn)用信息學(xué)(尤其是人工智能)、電子技術(shù)及機(jī)器制造方面的知識。機(jī)器人技術(shù)的目的是，通過一個適合的編程來確保實(shí)現(xiàn)機(jī)器人電子裝置和機(jī)器人機(jī)械裝置的可控制的合作。
這一研發(fā)結(jié)果是，機(jī)器人現(xiàn)在在許多社會領(lǐng)域中已經(jīng)并不新鮮，而使用機(jī)器人的理由幾乎相同：機(jī)器人承擔(dān)著很多過于危險(xiǎn)、復(fù)雜或繁重等工作。通過使用機(jī)器人不僅能夠節(jié)約成本和時間，還可確保工作質(zhì)量的穩(wěn)定性。如同許多其他的技術(shù)研發(fā)一樣，機(jī)器人的歷史也是從一部小說開始的。
早在1920年，捷克作家Karel Capek在其一部名為Rossums的通用機(jī)器人(R.U.R.)這部作品里便涉及到了人形機(jī)器。在這部作品中，該人形機(jī)器被人“撫養(yǎng)”長大，是為了使其在工廠中能夠在人的位置上工作。1926年，在影片《大都會》中，一臺人形機(jī)器首次出現(xiàn)在銀幕上(圖1)。人們通過Isaac Asimov(1920～1992年)首次看到了機(jī)器人。Isaac Asimov是那個年代的俄羅斯-美國生物化學(xué)家、專業(yè)書籍作家和著名的科幻小說作家。
圖1 1930年，英國工程師船長W.H. Richards在柏林Wintergarten公園演示他的人工制造的名為“Robot”的人形機(jī)器
目前對機(jī)器人還沒有統(tǒng)一定義
對于機(jī)器人現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一定義，而各種定義對機(jī)器人的定位又不盡相同。美國機(jī)器人研究所(RIA)認(rèn)為：“機(jī)器人是一個可編程的用于使材料、工件、工具或?qū)Ｓ醚b置運(yùn)動的多用途操作應(yīng)用裝置。自由編程的運(yùn)動過程使得其可在完成各種不同的任務(wù)中使用。”
德國工程師協(xié)會(VDI)(指南2860)寫道：“工業(yè)機(jī)器人是可萬能使用的帶有多個軸的運(yùn)動自動化裝置，其運(yùn)動可鑒于運(yùn)動順序和路徑及角度自由(無機(jī)械介入)編程并在必要時由傳感器操作(圖2)。它們可裝備夾鉗、工具或其他生產(chǎn)資料并能夠執(zhí)行操作和/或生產(chǎn)制造任務(wù)。”
圖2 由于有傳感器外殼，該名為“Apas assistant”的移動助理裝置適用于與人合作進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)
通過使用機(jī)器人能夠進(jìn)一步使人們實(shí)現(xiàn)對工作過程自動化的愿望。如人們通過古典自動化戲劇和音樂劇中的機(jī)器便了解到了這一點(diǎn)。古希臘的數(shù)學(xué)家與哲學(xué)家Archytas von Tarent制造出了能夠飛翔的鴿子，他稱得上是機(jī)械科技的開創(chuàng)者，他所設(shè)計(jì)的在空中飛翔的鴿子成為了第一個自動化裝置。此外，還可以從15世紀(jì)達(dá)芬奇的畫作和繪畫草圖中了解到這些。
第一臺工業(yè)機(jī)器人的誕生和發(fā)展
在19世紀(jì)末，機(jī)器人便開始在軍事領(lǐng)域中使用。人們研發(fā)出可遙控的船和魚雷。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，機(jī)器人的發(fā)展取得了長足的進(jìn)步，其基礎(chǔ)是當(dāng)時已經(jīng)發(fā)明了五極管、研發(fā)出了集成電路和功率強(qiáng)的計(jì)算機(jī)。
但是，當(dāng)今的工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)開始于20世紀(jì)中期。大約自1955年起，市場上出現(xiàn)了首批NC機(jī)械。1954年，George Devol在美國申請了一個可編程的控制裝置專利。Devol與Joseph E Engelberger共同成立了第一家機(jī)器人制造公司，即Unimation公司，而第一臺工業(yè)機(jī)器人Unimate便是基于George Devol的美國專利設(shè)計(jì)出來的。該工業(yè)機(jī)器人自1961年起在新澤西州的通用汽車公司投產(chǎn)使用。在此，該工業(yè)機(jī)器人用于操作汽車車身的壓鑄件的焊接作業(yè)。
1968年Shakey希望可以設(shè)計(jì)第一臺能夠自主規(guī)劃自己行動的移動機(jī)器人，該機(jī)器人的研發(fā)結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)、圖像加工處理技術(shù)和自然代碼編程。Shakey在斯坦福研究院的人工智能實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)器人研發(fā)工作，其研發(fā)的成果于 2004年被列入機(jī)器人技術(shù)榮譽(yù)館。
早在1967年便出現(xiàn)了第一個科技成功的關(guān)于牙科的科學(xué)分析項(xiàng)目，在此用大量的質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)的識別和鑒定。接下來到20世紀(jì)70年代，meta牙科研究項(xiàng)目甚至依照大量質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)的新規(guī)則生產(chǎn)牙科所需的一些用料。1973年，日本東京的Waseda大學(xué)啟動了可與人合作的Wabot 1型機(jī)器人的研發(fā)工作。同年，世界上第一臺裝有6根機(jī)電一體化驅(qū)動軸的機(jī)器人問世。
在20世紀(jì)80年代，機(jī)器人按照常規(guī)在汽車工業(yè)中得到了應(yīng)用。同樣也是在20世紀(jì)80年代，在化學(xué)和生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中機(jī)器人和自動化技術(shù)進(jìn)入了創(chuàng)新時期。在此期間，研發(fā)出了第一批實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人，這些機(jī)器人主要是用于進(jìn)行數(shù)量龐大的滴管移液試驗(yàn)。該機(jī)器人裝置到了20世紀(jì)90年代越來越地多應(yīng)用在生物技術(shù)方面和藥品研發(fā)方面，以在越來越短的時間內(nèi)檢驗(yàn)出越來越多的實(shí)驗(yàn)樣品。在1997年第一臺移動機(jī)器人便降落到了火星上。
機(jī)器人技術(shù)越來越多的應(yīng)用在兒童玩具制造方面。如Lego Mindstorms塑料積木、Ipitara、Robonova或Aibo機(jī)器狗兒童玩具生產(chǎn)也越來越多的采用機(jī)器人技術(shù)。此外，人們還不能忘記機(jī)器人世界杯，這是機(jī)器人間的足球賽，該比賽分為多個級別，1997年在日本首次開賽。
一臺適用的機(jī)器人幾乎可適合于各種領(lǐng)域
在此期間，機(jī)器人用于完成哪些人工可能無法實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)度或完成高速度等工作。最后一點(diǎn)是，機(jī)器人特別適合用于完成太空使命，而且沒有機(jī)器人海洋研究幾乎是無法想象的。今天，在工業(yè)制造方面，機(jī)器人在很多領(lǐng)域已經(jīng)幾乎無法被替代。沒有機(jī)器人也無法制造出先進(jìn)的微處理器。一段時間以來，服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)在幫助人們減輕日常工作量(圖3)。
圖3 使用3D打印設(shè)備生產(chǎn)的零件，將來人人都能制造出屬于自己的服務(wù)機(jī)器人
在家務(wù)勞動方面，機(jī)器人能夠提供高質(zhì)量的服務(wù)：它們可以用于吸塵、擦地板、擦窗戶或割草。在醫(yī)學(xué)方面，機(jī)器人用于檢查、手術(shù)和康復(fù)訓(xùn)練，它們能夠完成醫(yī)院日常的簡單工作。而機(jī)器人技術(shù)要求規(guī)則和安全可靠性。隨著機(jī)器人的自主性越來越大，復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)需要有合適的安全系統(tǒng)。如依據(jù)法律法規(guī)，機(jī)器人需有如外框、柵欄及光柵安全預(yù)防裝置或是設(shè)置其他障礙，以確保機(jī)器人工作的安全性。”
