機器人是先進的綜合控制論、機電壹體化、計算機、材料和仿生學的產物。工業本田公司的ASIMO機器人
、醫藥、農業、建築甚至軍事領域都有重要用途。現在,國際上對機器人的概念已經逐漸接近壹致。壹般來說,人們可以接受機器人是靠自身的動力和控制能力實現各種功能的機器。聯合國標準化組織采用了美國機器人協會給出的機器人定義:“用於搬運材料、零件和工具的可編程多功能機械手;或者是壹個特殊的系統,通過計算機的改變和可編程的動作來執行不同的任務。”
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機器人能力的評價標準包括:智能,指感覺和感知,包括記憶、操作、比較、識別、判斷、決策、學習和邏輯推理;功能是指靈活性、通用性或占用空間;體能是指力量、速度、持續操作能力、可靠性、組合、壽命等。因此,可以說機器人是具有生物功能的實用太空運行工具。
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機器人壹般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置、控制系統和復雜機械組成。【1】執行機構為機器人本體,其手臂壹般采用空間開鏈連桿機構,其中運動副(轉動副或移動副)常被稱為機器人高科技產品(19關節),關節數通常為機器人的自由度。根據關節構型和運動坐標形式的不同,機器人執行器可分為直角坐標型、柱坐標型、極坐標型和關節坐標型。為了擬人化的目的,機器人身體的相關部分常分別稱為基、腰、臂、腕、手(手爪或末端執行器)和行走部分(對於移動機器人)。驅動裝置是驅動致動器運動的機構。根據控制系統發出的指令信號,機器人由動力元件驅動。它輸入電信號,輸出線性和角位移。機器人使用的驅動裝置主要是電驅動裝置,如步進電機、伺服電機等。此外,還有液壓和氣動驅動裝置。檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動和工作狀態,並根據需要反饋給控制系統。與設定的信息比較後,調整執行器,保證機器人的動作符合預定要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類:壹類是內部信息傳感器,用於檢測機器人各部分的內部狀況,如各關節的位置、速度、加速度等,並將測得的信息作為反饋信號發送給控制器,形成閉環控制。另壹種是外部信息傳感器,用於獲取機器人工作對象和外部環境的信息,使機器人的動作能夠適應外界條件的變化,使其達到更高的自動化水平,甚至使機器人具有壹定的“感覺”,向智能化發展。比如視覺、聲感等外部傳感器給出工作對象和工作環境的信息,利用這些信息形成壹個大的反饋回路,會大大提高機器人的工作精度。有兩種方法來控制系統。壹種是集中控制,即機器人的所有控制都由壹臺微機完成。另壹種是分散(分層)控制,即使用多個微型計算機來分擔對機器人的控制。比如用上下位機完成對機器人的控制時,往往用上位機負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算,並向下位機發送指令信息;作為從屬從機,每個關節對應壹個CPU,進行插補運算和伺服控制處理,實現給定的運動,並向主機反饋信息。根據作業任務的不同要求,機器人的控制方式可分為點控制、連續軌跡控制和力(力矩)控制。
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1920年,捷克斯洛伐克作家卡雷爾·卡佩克(karel capek)在他的科幻小說《羅薩姆的機器人環球公司》(Robot Universal Company in Rosam)中,根據Robota(捷克語中“苦役”的意思)和Robotnik(波蘭語中“工人”的意思),杜撰了“機器人”壹詞。西屋電氣公司制造的家用機器人Elektro於1939年在紐約世博會展出。它由電纜控制,會走路,會說77個單詞,甚至會抽煙,但還遠沒有真正做家務。但它讓人們對家用機器人的向往更加具體化。1942年,美國科幻大師阿西莫夫提出了“機器人三定律”。雖然這只是科幻小說中的壹個創造,但後來卻成了學術界默認的研發原則。1948年,諾伯特·維納發表了《控制論》,闡述了機器中的通訊和控制功能以及人的神經和感覺功能的* * *定律,率先提出了以計算機為核心的自動化工廠。美國人喬治·德沃爾制造了世界上第壹個可編程機器人,並註冊了專利。這種機械手可以根據不同的程序做不同的工作,因此具有通用性和靈活性。在1956年的達特茅斯會議上,馬文·明斯基提出了他對智能機器的看法:智能機器“可以創建周圍環境的抽象模型,如果遇到問題,可以從抽象模型中找到解決方案”。這個定義將影響未來30年智能機器人的研究方向。1959德瓦爾和美國發明家約瑟夫·恩格爾伯格制造了第壹個工業機器人。隨後,全球第壹家機器人制造工廠Unimation公司成立。由於恩格爾伯格對工業機器人的研究和推廣,他也被稱為“工業機器人之父”。1962年,美國AMF公司生產出“VERSTRAN”(意為萬能搬運),成為像Unimation公司生產的Unimate壹樣真正商業化的工業機器人,並出口到世界各國,掀起了世界性的機器人和機器人研究熱潮。1962 -1963傳感器的應用提高了機器人的機動性。人們試圖在機器人上安裝各種傳感器,包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器,1962年托莫維奇和邦尼在世界上最早的“靈巧手”上使用的壓力傳感器,1963年麥卡錫開始在機器人上加入視覺傳感系統,1963年,1965年,約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制出野獸機器人。Beast已經能夠通過聲納系統、光電池和其他設備根據環境修正自己的位置。從20世紀60年代中期開始,英國的麻省理工學院、斯坦福大學和愛丁堡大學相繼成立了機器人實驗室。美國已經開始研究具有傳感器和“感覺”的第二代機器人,並向人工智能邁進。1968美國斯坦福研究所公布了他們成功的機器人Shakey。它有壹個視覺傳感器,可以根據人類的指令找到並抓住積木,但控制它的計算機有壹個房間那麽大。Shakey可以算是世界上第壹臺智能機器人,拉開了第三代機器人研發的序幕。1969年,日本早稻田大學加藤壹郎實驗室研制出第壹臺用雙腳行走的機器人。加藤壹郎長期致力於人形機器人的研究,被譽為“人形機器人之父”。日本專家壹直擅長開發人形機器人和娛樂機器人,後來更進壹步,誕生了本田的ASIMO和索尼的QRIO。索尼公司的QRIO機器人
1973年,美國辛辛那提米拉克龍公司的機器人T3在機器人和小型計算機共同協作下首次誕生。1978年,美國Unimation公司推出通用工業機器人PUMA,標誌著工業機器人技術已經完全成熟。彪馬還在工廠壹線工作。1984年,恩格爾伯格推了機器人Helpmate,可以給醫院裏的病人送飯、送藥、發郵件。同年,他還預言:“我會讓機器人掃地、做飯、出門幫我洗車、檢查安全。”從65438年到0990年,中國著名學者周海中教授在他關於機器人的文章中預言,到21世紀中葉,納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。1998年,丹麥樂高公司推出Mind-storms套件,讓機器人制造像搭積木壹樣簡單,可以隨意組裝,讓機器人進入個人世界。索尼AIBO機器人
從65438到0999,日本索尼公司推出了狗機器人AIBO,立即銷售壹空。自此,娛樂機器人成為機器人進入普通家庭的方式之壹。2002年,美國iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba,它可以避開障礙物,自動設計行進路線,在電量不足時自動開到充電座。Roomba是世界上最大、商業化程度最高的家用機器人。iRobot公司在北京的授權代理:北京微網智宏科技有限公司..2006年6月,微軟公司推出了微軟機器人工作室(Microsoft Robotics Studio),機器人模塊化、平臺統壹的趨勢越來越明顯。比爾·蓋茨預言家用機器人將很快席卷全球。