机器人技术的发展
摘 要：机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域,也是一个国家工业自动化水平的重要标志。本文简要介绍了机器人的诞生以及其发展历程，讨论了机器人的智能化，以及机器人与人的关系，并对未来机器人技术的发展进行了展望。
关键词：机器人，机器人技术，发展，展望
（一） 机器人的诞生与发展历程
1920年捷克剧作家卡雷尔.卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。剧情是这样的：罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场，让它去充当劳动力，以呆板的方从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司使机器人具有了感情，在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员。该剧预告了机器人的发展对人类社会的影响。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”(农奴)写成了“Robot”（机器人）①。这也是人类社会首次使用“机器人”这一概念。尽管这个名词术语出现的较晚,然而人类对机器人的幻想与追求却有3000多年的历史。
自动化技术的发展，特别是计算机的诞生，推动了现代机器人的发展。
50年代是机器人的萌芽期，其概念是“一个空间机构组成的机械臂，一个可重复编程动作的机器”。1954年美国戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文，首次提出“工业机器人”的概念；1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型；1959年美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人。
60年代随着传感技术和工业自动化的发展，工业机器人进入成长期，机器人开始向实用化发展，并被用于焊接和喷涂作业中。
70年代随着计算机和人工智能的发展，机器人进入实用化时代。日本虽起步较晚，但结合国情，面向中小企业，采取了一系列鼓励使用机器人的措施，其机器人拥有量很快超过了美国，一举成为“机器人王国”。
80年代，机器人发展成为具有各种移动机构、通过传感器控制的机器。工业机器人进入普及时代，开始在汽车、电子等行业得到大量使用，推动了机器人产业的发展。为满足人们个性化的要求，工业机器人的生产趋于小批量、多品种。
90年代初期，工业机器人的生产与需求进入了高潮期：1990年世界上新装备机器人81000台，1991年新装备76 000台。1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各 条战线上。随后由于受到日本等国经济危机的影响，机器人产业也一度跌入低谷。近两年随着世界经济的复苏，机器人产业又出现了一片生机。90年代还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人，产生了智能机器或机器人化机器。随着信息技术的发展，机器人的概念和应用领域也在不断扩大。
从世界上第一台遥控机械手的诞生至今已有50年了，在这短短的几年里，伴随着计算机、自动控制理论的发展和工业生产的需要及相关技术的进步，机器人的发展已经历了三代：第一代为简单个体机器人，第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，它的未来发展方向是有知觉、有思维、能与人对话②。
（二） 机器人智能化
第一代机器人属于示教再现型，第二代则具备了感觉能力，第三代机器人是智能机器人，它不仅具备了感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。智能机器人在发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出发生故障部位，并能自我修复。今天，智能机器人的应用范围大大地扩展了。除工农业生产外，机器人已应用到各行各业，并已初步具备了人类的特点。机器人向着智能化、拟人化发展的道路，是没有止境的。
计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。在研究和开发未知及在不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。上世纪80年代以来，人们将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人。
机器人若是具有认知能力、学习能力、思维能力以及适应环境的能力就属于智能机器人了。智能机器人一般由三大部分组成：运动部分、智能部分和感觉部分。运动部分，包括行走机构、机械手、手爪；智能部分，包括有认知能力、学习能力、思维能力和决策能力的装置；感觉部分，包括有视觉、听觉、触觉、接近觉的装置。
智能机器人由感觉装置感受到外界环境的状况，产生信息，并由电脑进行识别。电脑中存储许多知识，也就是存储许多规则和数据。电脑根据已有的知识，对得到的外界信号加以分析、判断、推理，最后做出决策，产生控制信号，驱动机器人的行走机构、机械手和手爪运动，完成操作。这样，不但能适应外界环境的变化，而且还能完成复杂的任务。
智能机器人的功能与人更接近了，但是它与人相比还相差很远。人有智力、情感和意识。目前最高级机器人的智力也只相当于小孩子的智力，但没有感情和意识(有的机器人有表情，但还没有感情)。
现在的普通智能机器人，它的智力相当于两三岁幼儿的智力水平。而在将来，高智能的机器人将会越来越多，其智力水平也一定会不断提高，普及型机器人的智力将慢慢地达到七八岁、十几岁少年甚至青年人的智力水平。
现有机器人的智能主要来自于微小的芯片所具有的巨大计算能力。人类把知识以数据形式存储在机器人内部，机器人利用传感器和各种计算方法获取外部环境、内部姿态等信息，通过一定的决策控制规则，驱动自身的执行器来完成各种动作③。这种计算智能虽然能较好地处理事务性和计算性的工作，但不能处理未知情况，难以适应快速变化的环境，无法进行创造性的工作。
但可以预见，随着未来人工智能技术的的发展，未来机器人运算将依靠电子计算机，光计算机、甚至是神经计算机组成机器人的“大脑”。有了“大脑”机器人便具备了判断、分析、推理等“智力”，可以对从外界接收到的信息进行更有效、更准确和迅速的处理。
20世纪90年代后期，为促进智能机器人的发展，日本、韩国等国家相继发起举行机器人足球世界杯赛，并成立了相应的协会④。机器人足球赛涉及多机器人的动作协调、系统控制等前沿的课题。可以说，每一场机器人足球赛实际上都是世界各国机器人发展水平的一场较量。也许在将来的某一天，就如同1996年世界国际象棋冠军卡斯帕罗夫输给了计算机“深蓝”一样，我们会看到世界顶尖级的球员组成的“超级联队”也对付不了的机器人球队，你相信吗?
（三） 机器人与人类的关系
随着机器人在不同领域的出色表现以及人性化的快速发展，一些人从很早的时候就开始担心机器人的智能化是否会超越人类，危害人类，甚至是统治人类。1978年的9月6日，日本广岛一间工厂的切割机器人在切割钢板时，突然间将一名值班工人当作钢板，切成肉片。这一惨案成为世界上第一宗机器人杀人事件。随着科技的发展，机器人的功能日益强大，它们会不会对人类产生威胁呢⑤?
早在机器人躁动于人类经济社会的母胎时,人类在期望它的诞生时多少有些不安。人们希望机器人能够代替人类从事各种劳动,为人类服务,同时又担心机器人的发展将引起新的社会问题,甚至威胁到人类的生存。机器人登上社会舞台和经济舞台,社会结构发生静悄悄的变化,人-机器的社会结构,逐渐向人-机器人-机器的三级社会结构变化。人们将不得不学会与机器人相处,并适应这种共处,甚至必须改变自己的传统观念和思维方式。不过,这种共处是十分友好的,机器人已经成为人类的助手和朋友。虽然在一些国家,机器人的发展曾造成部分工人失业或改行,但这并不是发展的主流。机器人智能也远未达到与人类抗衡或威胁人类的程度。
为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：
1，机器人不应伤害人类; 2，机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外; 3，机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。
事实上对于这一点我们不必太过担心，真正应该关注的是如何更好地发展人工智能和机器人。从过去的发展历程来看，机器思维能力的提高总是通过局部推进的方式实现的，比如深蓝战胜卡斯帕罗夫，只能反映机器在下国际象棋方面超过了卡斯帕罗夫，并不表明各方面都比他强。即使只在这一个方面也用了约50年的时间。未来最大的可能是机器人与人越来越接近，最终排除谁统治谁的问题，即使出现了少数的机器人侵害人类的事件，也仅仅相当于现在普通的犯罪现象，不值得大惊小怪。
同时为了避免机器人在使用过程中对人类造成意外伤害，科学家和工程师们进行了不少研究，例如通过对人类语音的识别，让机器人理解人类的意图并给予适当的帮助;设计能及时关闭机器人能源的装置，以避免意外状况发生时，机器人对人造成伤害;在机器人的软件系统中给出更严格的限制等⑥。同时，科学家们也在不断研究如何使机器人更好地融入人类社会，成为人类的助手。
（四） 展望机器人技术的未来
从第一台机器人诞生至今，机器人的制造和发展已走过了半个多世纪的历程，全球工业机器人的装机量已超过百万台，形成了一个巨大的机器人产业。同时，非制造业用机器人近几年也发展迅速，并逐步向实用化发展。机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。机器人产业的潜力非常巨大，值得强调的是，“机器人产业”应该是“机器人技术”产业，或者叫机器人产业。正如IT产业不仅限于PC一样，机器人产业也包括所有与机器人技术相关的产业，在产业化大背景的驱动下，不久以后，未来机器人的发展水平将会得到飞跃性的提升。
机器人工程技术与人性化技术的共同发展，使得更多的机器人“德才兼备”，它们将会像人们想象中的机器人那样更接近于人类⑦。目前已经比较成熟的机器人研究领域，使得科学家的研究方向不再像90年代初期那样随波逐流，更多创意化的设计理念被融入到了机器人的研究和制造中。
在未来高精度的产业机器人，高感知能力的家用机器人，以及虚拟仿真技术的研究型机器人将会逐步融入到人类社会的方方面面。也许在未来的某一天，在大街上密布的机器人大军将不再是科幻作品中的镜头。
毋庸质疑，21世纪机器人技术必将得到更大的发展，成为各国必争之知识经济制高点。
随着人类活动领域的不断扩展和对快捷舒适生活方式的要求, 同时随着计算机技术的快速发展和人工智能研究的逐步深入,在本世纪机器人技术仍将保持高速的发展态势,并将呈现以下几方面的趋势: 1, 开发具有高智能的智能机器人将成为机器人技术的一个发展重点.智能机器人具有较高的思维判断能力, 语言理解和表达能力,能够较好地与人类交流,并能够完成比较复杂的任务. 2, 较强的自适应性将成为未来机器人的一个重要发展方向.自适应性强意味着机器人能够自发调整自己的行 为状态来适应外部环境的变化,从而提高了机器人工作的稳定性. 3, 在工业机器人大力普及的同时,服务性机器人将快速走进人类生活的方方面面,而且拥有较强的语言交流 能力,仿人形的外部特征的仿人机器人将极大拉近人类与机器人之间的距离. 4, 多机器人协作以发挥群体智能的多机器人系统将越来越受到重视⑧.
机器人技术在未来社会的发展中，无论是在工业、农业、服务业，还是在军事方面，代替人们从事危险活动，都将得到广泛的应用。机器人的发展将越来越趋向智能化，越来越人性化。在未来，“德才兼备”的机器人将不仅仅是梦想。
参考文献：①刘兴良 《机器人基本知识》 新时代出版社 1986年
② (日)中英昌 《机器人》 科学技术文献出版社 1986年
③王树国等 《智能机器人的现状及未来》 《机器人技术与应用》杂志社 1998年
④陈万米，张冰，朱明 《智能足球机器人系统》 清华大学出版社 2009 年10月
⑤ (日)加藤一郎 《机器人能改变人类吗？: 机器人生命 人类的将来》 上海科学技术出版社 1984年
⑥诸静 《机器人与控制技术》 浙江大学出版社 1991年
⑦徐缤昌, 阙志宏 《机器人控制工程》 西北工业大学出版社 1991年5月
⑧芮延年 《机器人技术及其应用》 化学工业出版社 2008年7月1日
