现代机器人发展史 | 机器人小课堂

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2018年05月17日 07:05 | 搜狐 暮云
从工业革命开始之后的两百年时间里,人们就一直不断提高机器的设计理念和制造工艺。尤其是自20世纪中期以来,大规模生产的迫切需求推动了自动化技术的发展,进而衍生出三代机器人产品。第一代机器人是遥控操作的机......

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从工业革命开始之后的两百年时间里,人们就一直不断提高机器的设计理念和制造工艺。尤其是自20世纪中期以来,大规模生产的迫切需求推动了自动化技术的发展,进而衍生出三代机器人产品。第一代机器人是遥控操作的机器,工作方式是人通过遥控设备对机器进行指挥,而机器本身并不能独自控制运动。第二代机器人通过程序控制,可以使其自动重复完成某种方式的操作。第三代机器人被称为智能机器人。

第一代机器人的诞生源于发展核技术的需求。20世纪40年代,美国建立了原子能实验室,但实验室内部的核辐射环境对人体的伤害较大,迫切需要一些操作机械能代替人处理放射性物质。在这个需求的推动下,美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手,随后又在1948年开发了机械耦合的主从机械手。所谓主从机械手,即当操作人员控制主机械手做一连串动作时,从机械手可准确地模仿主机械手的动作。

1952年,美国帕森斯公司制造了一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,这标志着数控机床的诞生。此后,科学家和工程师们对控制系统、伺服系统、减速器等数控机床关键零部件技术的深入研究,为机器人技术的发展奠定了坚实的基础。

然而这些机器人是遥控操作的机器,工作方式是人通过遥控设备对机器进行指挥,而机器人本身并不能独立控制运动。

凭借自动化技术和零部件技术的研究积累,第二代机器人登上了历史舞台。1954年,美国人乔治·沃尔德制造出世界第一台可编程的机械手,并注册了专利。按照预先设定好的程序,该机械手可以从事不同的工作,具有通用性和灵活性。

随后的1958年,被誉为“机器人之父”的美国人约瑟夫·恩格尔伯格创建了世界上第一家机器人公司——Unimation,正式把机器人向产业化方向推进。1962年,Unimation公司的第一台机器人产品Unimate问世。该机器人由液压驱动,并依靠计算机控制手臂执行相应的动作。同年,美国机床铸造公司也研制了Versatran机器人,其工作原理于Unimate相似。一般认为,Unimate和Versatran是世界上最早的工业机器人。

世界上最早的工业机器人——Unimate

机器人发展到第二代,依旧是通过程序被控制,可以自动重复完成某种方式的操作。

在机器人技术的研发过程中,人们尝试利用传感器提高机器人的可操作性,具备感知能力的第三代智能机器人渐成研发热点。如厄恩斯特的触觉传感机械手、托莫维奇和博尼的安装有压力传感器的“灵巧手”、麦肯锡的具备视觉传感器系统的机器人以及约翰·霍普斯金大学应用物理实验室研制出的Beast机器人等的成功尝试,第三代智能机器人的发展曙光渐显。

1968年,美国斯坦福国际研究所成功研制出移动式机器人Shakey,它是世界上第一台带有人工智能的机器人,能够自主进行感知、环境建模、行为规划等任务。该机器配有电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电动以及编码器等硬件设备,并由两台计算机通过无线通信系统控制。限于当时的计算水平,Shakey 需要相当大的机房支持其进行功能运算,同时规划行动也往往要耗时数小时。

世界上首台智能移动机器人—Shakey

即便Shakey笨重且效率低下,但它具备人工智能机器人所具备的特征,即利用各种传感器和测量器等来获取环境信息,然后基于智能技术进行识别、理解和推理,并做出规划决策,同时能够自主行动实现预定目标。于是,第三代智能机器人由此展开。

由上述机器人的发展历程我们可以看到,工业生产的内在需求以及传统工业方式亟待转变的趋势,都是推动机器人发展的核心力量。