機(jī)器人的發(fā)展歷史
科技的發(fā)展帶動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,可以說(shuō)機(jī)器人的發(fā)展史也是世界科技發(fā)展史的體現(xiàn)。科學(xué)的前沿技術(shù)在機(jī)器人中都有應(yīng)用。
機(jī)器人發(fā)展到目前為止共分為三個(gè)階段。**階段的機(jī)器人只有“手”, 以固定程序工作, 不具有外界信息的反饋能力;第二階段的機(jī)器人具有對(duì)外界信息的反饋能力, 即有了感覺(jué), 如力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等;第三階段, 即所謂“智能機(jī)器人”階段,這一階段的機(jī)器人已經(jīng)具有了自主性,有自行學(xué)習(xí)、推理、決策、 規(guī)劃等能力。
**代是可編程機(jī)器人,這類機(jī)器人一般可以根據(jù)操作員所編的程序,完成一些簡(jiǎn)單的重復(fù)性操作。這一帶機(jī)器人從20世紀(jì)60年代后半期開(kāi)始投入使用,目前他在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。
第二代是感知機(jī)器人,即自適應(yīng)機(jī)器人,它是在**代機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,具有不同程度的“感知”能力。這類機(jī)器人在工業(yè)界已有應(yīng)用。
第三代機(jī)器人將具有識(shí)別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機(jī)制,它可以把感知和行動(dòng)智能化結(jié)合起來(lái),因此能在非特定的環(huán)境下作業(yè),故稱之為智能機(jī)器人。目前,這類機(jī)器人處于試驗(yàn)階段,將向?qū)嵱没较虬l(fā)展。
現(xiàn)在,讓我們來(lái)具體看看機(jī)器人的發(fā)展歷史。
工業(yè)機(jī)器人的**早研究可追溯到第二次大戰(zhàn)后不久。在40年代后期,橡樹(shù)嶺和阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就已開(kāi)始實(shí)施計(jì)劃,研制遙控式機(jī)械手,用于搬運(yùn)放射性材料。這些系統(tǒng)是“主從”型的,用語(yǔ)準(zhǔn)確地“模仿”操作員手和臂的動(dòng)作。主機(jī)械手由使用者進(jìn)行導(dǎo)引做一連串動(dòng)作,而從機(jī)械手盡可能準(zhǔn)確地模仿主機(jī)械手的動(dòng)作,后來(lái)用機(jī)械耦合主從機(jī)械手的動(dòng)作加入力的反饋,使操作員能夠感覺(jué)到從機(jī)械手及其環(huán)境之間產(chǎn)生的力。50年代中期,機(jī)械手中的機(jī)械耦合被液壓裝置所取代,如通用電氣公司的“巧手人”機(jī)器人和通用制造廠的“怪物”I型機(jī)器人。1954年G.C.Devol提出了“通用重復(fù)操作機(jī)器人”的方案,并在1961年獲得了專利。
1958年,被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的Joseph F.Engel Berger創(chuàng)建了世界上**個(gè)機(jī)器人公司——Unimation(Univeral Automation)公司,并參與設(shè)計(jì)了**臺(tái)Unimate機(jī)器人。這是一臺(tái)用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人,手臂的控制由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成。它采用了分離式固體數(shù)控元件,并裝有存儲(chǔ)信息的磁鼓,能夠記憶完成180個(gè)工作步驟。與此同時(shí),另一家美國(guó)公司——AMF公司也開(kāi)始研制工業(yè)機(jī)器人,即Versatran(Versatile Transfer)機(jī)器人。它主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸、采用液壓驅(qū)動(dòng)。該機(jī)器人的手臂可以繞底座回轉(zhuǎn),沿垂直方向升降,也可以沿半徑方向伸縮。一般認(rèn)為Unimate和Versatran機(jī)器人是世界上**早的工業(yè)機(jī)器人。
可以說(shuō),60年代和70年代是機(jī)器人發(fā)展**快、**的時(shí)期,這期間的各項(xiàng)研究發(fā)明有效地推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和推廣。
1979年Unimation公司推出了PUMA系列工業(yè)機(jī)器人,他是全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多CPU二級(jí)微機(jī)控制、采用VAL專用語(yǔ)言,可配置視覺(jué)、觸覺(jué)的力覺(jué)感受器的,技術(shù)較為先進(jìn)的機(jī)器人。同年日本山梨大學(xué)的牧野洋研制成具有平面關(guān)節(jié)的SCARA型機(jī)器人。整個(gè)70年代,出現(xiàn)了更多的機(jī)器人商品,并在工業(yè)生產(chǎn)中逐步推廣應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、控制技術(shù)和人工智能的發(fā)展,機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā),無(wú)論就水平和規(guī)模而言都得到迅速發(fā)展。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì),到1980年全世界約有2萬(wàn)余臺(tái)機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用。
在過(guò)去30~40年間,機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)獲得引人注目的發(fā)展,具體體現(xiàn)在: 1.機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在全世界迅速發(fā)展;
2.機(jī)器人的應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域; 3.形成了新的學(xué)科——機(jī)器人學(xué); 4.機(jī)器人向智能化方向發(fā)展;
5.服務(wù)機(jī)器人成為機(jī)器人的新秀而迅猛發(fā)展。
我國(guó)在機(jī)器人研究方面相對(duì)西方國(guó)家和日本來(lái)說(shuō)起步較晚。但我們所取得的成就仍是不容輕視的。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始涉足機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。1986年,我國(guó)開(kāi)展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計(jì)劃,1987年,我國(guó)的“863”高技術(shù)計(jì)劃將機(jī)器人方面的研究開(kāi)發(fā)列入其中。目前我國(guó)從事機(jī)器人研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的主要是高校及有關(guān)科研院所等。**初我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)方面研究的主要目的是跟蹤國(guó)際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)。隨后,我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用方面取得了很大的成就,主要研究成果有:哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的兩足步行機(jī)器人,北京自動(dòng)化研究所1993年研制的噴涂機(jī)器人,1995年完成的高壓水切割機(jī)器人,沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制完成的有纜深潛300m機(jī)器人、無(wú)纜深潛機(jī)器人、遙控移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人。
我國(guó)在仿人形機(jī)器人方面,也取得很大的進(jìn)展。例如,中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)經(jīng)過(guò)10年的努力,于2000年成功地研制出我國(guó)**個(gè)仿人形機(jī)器人——“先行者”,其身高140厘米,重20公斤。它有與人類似的軀體、頭部、眼睛、雙臂和雙足,可以步行,也有一定的語(yǔ)言功能。它每秒走一步到兩步,但步行質(zhì)量較高:既可在平地上穩(wěn)步向前,還可自如地轉(zhuǎn)彎、上坡;既可以在已知的環(huán)境中步行,還可以在小偏差、不確定的環(huán)境中行走。
可以說(shuō)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展速度還是比較快的。原來(lái)只能在科幻小說(shuō)和電影中看到的機(jī)器人現(xiàn)在可以說(shuō)已經(jīng)離我們?cè)絹?lái)越近了。那么在未來(lái),機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)到底會(huì)是怎樣的呢?
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