机器人让生活更美好

生活中的自动化姓　　名刘鹏博学　　号080242008026院（系）专业机械设计制造及其自动化2008级 机器人使生活更美好提到机器人，相信谁都不会陌生。拿电影来说，《终结者》里的钢筋铁骨，《星球大战》里的笨拙可爱，《机器人总动员》里的柔情蜜意，都给人留下了深刻的印象。在银幕里，机器人总是肩负拯救地球拯救人类的使命，既反映了人类的无奈与绝望，也寄托了对机器人的期待和渴望。随着以微型电子计算机为基础的自动化的飞速进步，人们的这个愿望正逐步实现。机器人技术为现代制造业的发展做出了重大贡献。近年来，机器人技术的应用正在逐步由现有的生产领域向更为广泛的人类生活领域拓展，高度智能化的机器人技术开始向人类在教育、环境、社会服务、医疗等领域所面临的种种问题发起挑战，小型化、轻量化且更加接近实用的人工智能机器人不断地被开发研制出来。同时，人们也对机器人技术的未来发展充满了期待。工业机器人在日本的开发和应用始于上世纪六十年代，随着科学技术的发展，工业机器人的应用越来越广泛，在机械制造领域发挥了重要的作用，参与机械装置和零部件的生产，代替人从事体力劳动。在机器人在工业生产领域发挥重要作用的同时，机器人也逐渐走向人们的生活，并且越来越普及，各种各样的机器人将为人们的生活忠实服务。然而，像电影中那样的机器人是不存在的，这一切都是人们的美好想象。即使在科技已经如此发达的今天，机器人依然停留在工业化的生产流水线上，它们更多的是服从电脑命令的“机器”，而缺乏“人”样。在生活领域方面，机器人更是显得凤毛麟角。现有的机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。而不能像电影中机器人那样拥有智能，能够独立思考，这还有待于进一步发展和研究。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕 部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。随着科学技术的发展，人们对机器人的研究也越来越深入，越来越成熟，逐步发明了可以帮助人们打理生活、做简单家务的家务型机器人，能自动控制、可重复编程、多功能的操作型机器人，按预先要求的顺序及条件、依次控制机器人的机械动作程控型机器人，通过引导或其他方式先教会机器人动作、输入工作程序、自动重复进行作业夫人示教再现型机器人，通过数值、语言等对机器人进行示教、的数控型机器人，利用传感器获取的信息控制机器人动作的感觉控制型机器人，能适应环境的变化、控制其自身行动的适应控制型机器人，能“体会”工作的经验、具有一定的学习功能、并将所“学”的经验用于工作中的学习控制型机器人，以及以人工智能决定其行动的智能机器人等。这些机器人的应用，给工业生产、人们的生活等都带来许多的方便，减轻了人的劳动强度。 从1960年世界上第一台机器人在美国问世以来,全世界至今已生产出大约100万台机器人。早期大多数机器人在外形上并不像人,有的甚至没有一点儿人的模样。1973年日本早稻田大学研制出世界上第一个人形机器人,成为机器人制造历史上具有里程碑意义的转折点。在此之后,日本在机器人研究制造领域继续处于领跑地位:他们在2000年推出了世界上第一个双足行走的机器人;在2003年他们更推出了类人美女机器人。中国在机器人领域的研究起步稍晚,1985年中国的第一台机器人在沈阳诞生,主要从事焊接工作。进入21世纪后,中国的机器人研究出现了加速发展的势头。2000年11月29日,我国第一台仿人双足机器人“先行者”在长沙首次亮相;2005年中国的第一台有表情的人形机器人“童童”在中国科学院自动化研究所研制成功。而今机器人有的酷似真人,足能以假乱真;有的则能做体操、眨眼等6000多个动作，广泛应用于工业、医疗、娱乐、家庭服务机器人等领域。在2008年的北京奥运会、2010年的上海世博会中，就有机器人为人们服务，如翻译机器人、安保机器人等。随着科学技术的进步，市场需求与应用趋向多元化，再加上过去十年来人工智能与传感技术等的进展，人们在机器人的研究中已经取得了很大的进展，危险作业机器人、助老助残机器人、月球车、水下机器人、仿人机器人，烹饪机器人，医疗机器人等都证明了这一点。虽然现在机器人还不能突破机器的限制，但当其一旦打破“人形迷思”，机器人发展将无限广阔。展望未来，机器人将不只是劳工、手术助理、指挥家、清洁人员和宠物，只要我们的想象力源源不绝，智能机器人也将为我们的生活带来无限的惊喜。新技术往往在刚兴起时价格昂贵，例如多年以前GPS只用于军事领域，如今在手机、汽车等居家用品中的使用极为平常，机器人亦如此，随着科技的发展进步，机器人技术也将变得更加容易获得。随着相关芯片、传感器和马达市场价格的下调，机器人的成本会逐步下降，对机器人的美好想象最终将走下银幕，走进寻常百姓家，让生活更美好！