工业机器人的起源与发展
文/根哥
1 机器人的起源
1.1古代机器人
机器人的起源要追溯到3000多年前。“机器人”是20世纪20年代出现的存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种梦想，即创造出一种像人一样的机器或者人造人，以便能够代替人去进行各种工作。
直到70多年前，“机器人”才作为专业术语加以引用，然而机器人的概念在人类的想象中却已经存在3000多年了。早在我国西周时代（公元前1066-前771年），就流传有关巧匠偃师献给周穆王一个艺伎（歌舞机器人-图1.1-1）的故事，作为第一批自动化动物之一的能够飞翔的木鸟是在公元前400年至公元前350年间制成的。公元前3世纪，古希腊发明家代达罗斯用青铜为克里特岛国王麦诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯（图1.1-2）。在公元前2世纪出现的书籍中，描写过一个具有类似机器人角色的机械化剧院，这些角色能够在宫廷仪式上进行舞蹈和列队表演。我国东汉时期（公元25-22-年），张衡发明的指南车（图1.1-3）是世界上最早的机器人雏形。
图1.1-1
图1.1-2
图1.1-3
1.2近代机器人
进入近代之后。人类关于发明各种机械工具和动力机器，协助以致替代人们从事各种体力劳动梦想更加强烈。18世纪发明的蒸汽机开辟了利用机器动力代替人力的新纪元。随着动力机器的发明，人类社会出现了第一次工业和科学革命。各种自动机器，动力机和动力系统问世，使机器人开始由幻想时期转入自动化机械时期，许多机械式控制的机器人，主要是各种精巧的机器人玩具和工艺品，运用而生。
瑞士钟表名匠德罗斯父子3人于公元前1768-1774年间，设计制造出3个像真人一样大小的机器人——写字偶人（图1.2-1），绘图偶人和弹风琴偶人。他们是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士切特尔市艺术和历史博物馆内。同时还有德国梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龙哥雷姆”，日本物理学家细川半藏设计的各种自动机器图形，法国杰夸特设计的机械式可编程序织造机等。1893年，加拿大摩尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”，是以蒸汽为动力的。这些机器人工艺赠品，标志着人类在机器人从梦想到现实这一漫长道路上，前进了一大步。
图1.2-1
1.3现代机器人
20世纪初，机器人已经躁动与人类社会和经济的母胎之中，人们含有几分不安定地期待着它的诞生。他们不知道即将问世的机器人将是个宠儿，还是个怪物种。1920年，捷克剧作家卡雷尔在他的科幻情节剧《罗萨姆的万能机器人》中，第一次提出了“机器人”这个名词，被当成了机器人一词的起源。在该剧本中，卡雷尔把斯诺伐克语“Robota”理解为奴隶的意思。该剧忧心忡忡的预告了机器人的发展对人类社会产生的悲剧性影响，引起人们的广泛关注。
针对人类社会对即将问世的机器人的不安，美国著名科幻小说家阿西莫夫在他的小说《我是机器人》中，提出了有名的“机器人三守则”。即“机器人必须不危害人类，也不允许他眼看人类受伤害而袖手旁观；机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类；机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲”这三条守则，给机器人社会赋予新的伦理性，并使机器人概念通俗化，更易于人类社会接受。至今，它仍为机器人研究人员，设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。
美国人乔治·德沃尔在1954年设计了第一台电子程序可编程的工业机器人，并于1961年发表了该项机器人专利。1962年，美国万能自动化公司的第一台机器人Unimate（图1.3-1）在美国通用汽车公司（GM）投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。从此，机器人开始成为人类生活中的现实。此后，人类继续以自己的智慧
劳动，谱写机器人历史的新篇章。
图1.3-1
2 机器人的发展
2.1二十世纪中期的开端
工业机器人问世后，从20世纪60年代初期到70年代初期，机器人技术的发展较为缓慢，许多研究单位和公司所作的努力均为成功。这一阶段的主要成果有美国斯坦福国际研究所于1968年研制的移动式智能机器人夏凯和米拉克龙公司于1973年制成的第一台适于投放市场的机器人T3等。
20世纪70年代，人工智能学界开始对机器人产生浓厚兴趣。他们发现，机器人的出现与发展为人工智能恩典发展带来了新的生机，提供了一个很好的试验平台和应用场所，是人工智能可能取得重大进展的潜在领域。这一认识，很快为许多国家的科技界，产业界和政府有关部门所赞同。随着自动控制理论，电子计算机和航天技术的迅速发展，到了20世纪70年代中期，机器人技术进入了一个新的发展阶段。到了70年代末期，工业机器人有了更大的发展，进入80年代后，机器人生产继续保持70年代后期的发展势头。到80年代中期机器人制造业成为发展最快和最好的经济部门之一。
到了20世纪80年代后期，由于传统机器人用户应用工业机器人已趋于饱和，从而造成工业机器人产品的积压，不少机器人厂家倒闭或被兼并，国际机器人学研究和机器人产业出现不景气。到90年代初期，机器人产业出现复苏和继续发展迹象。全世界工业机器人的数目每年都在递增，但市场是波浪式向前发展的，经过不少波折后，机器人学以较好的发展势头进入21世纪。
2.2二十一世纪的迅猛发展
进入21世纪以来，工业机器人产业发展速度加快，每年增长率达30%左右。其中，亚洲工业机器人增长速度高达43%，最为突出。近年来，全球机器人行业发展迅速。人性化，重型化，智能化已经成为未来机器人产业的主要发展趋势。现在全世界服役的工业机器人总数在100万台以上。此外，还有数百万服务机器人在运行。
根据IFR统计，2011年是工业机器人产业蓬勃发展的一年，全球市场同比增长37%。其中，中国市场的增幅最大，销售量达22577台，同比增长50.7%；2012年达到26902台，同比增长19.2%，中国和全球市场对工业机器人的需求创下新高。在过去的40多年间，机器人学和机器人技术获得引人注目的发展，具体体现在：1）机器人产业在全世界迅速发展；2）机器人的应用范围遍及工业，科技和国防的各个领域；3）形成了新的学科——机器人学；4）机器人向智能化方向发展；5）服务机器人成为机器人的新秀而迅猛发展。
现在工业上运行的90%以上的机器人，都不具有智能。随着工业机器人数量的快速增长和工业生产的发展，对机器人的工作能力也提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和特种机器人。这些智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动；有的具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作，自动装配和产品检验；有的具有自主控制和决策能力。这些智能机器人，不仅能够反馈信息，而且还能运用人工智能学习，推理和决策技术。智能机器人还应用许多最新的智能技术，比如临场感应技术，虚拟现实技术，多真体技术，人工神经网络技术，遗传算法和遗传编程，仿生技术，多传感器集成和融合技术以及纳米技术等。
机器人学与人工智能有十分密切的关系。智能化机器人的发展是建立在人工智能的基础上的，并与人工智能相辅相成。一方面，机器人学的进一步发展需要人工智能基本原理的指导，并采用各种人工智能技术；另一方面，机器人学的出现与发展又为人工智能的发展带来了新的生机，产生了新的推动力，并提供了一个很好的试验与应用场所。也就是说，人工智能想在机器人学上找到实际应用，并使知识表示，问题求解，搜索规划，机器学习，环境感知和智能系统等基本理论得到进一步发展。粗略的说，由机器来模仿人类的智能行为，就是人工智能，或者成为机器智能。而应用各种人工智能技术的新型机器人，就是智能机器人。
移动智能机器人是一类具有较高智能的机器人，也就是智能机器人研究的一类前沿和重点领域。智能移动机器人是一类能够用过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。移动机器人与其他机器人的不同之处就在于强调了“移动”的特性。移动机器人不仅能够在生产，生活中起到越来越大的作用，而且还是研究复杂智能行为的产生，探索人类思维模式的有效工具与试验平台，21世纪的机器人的智能水平，将提高到令人赞叹的更高水平。
3 结语
我国的机器人学研究开发工作，虽然起步较晚，但在国家有关部门的支持和广大机器人学科技和教育工作者的努力下，进展较快，已在工业机器人，特种机器人和智能机器人各个方面取得明显成绩，为我国机器人学的进一步发展奠定了良好的基础。其中，我国高技术发展计划智能机器人主题的研究更是令人瞩目，成果层出。国内已在一些学会内成立了机器人和智能机器人的二级学会，经常开战全国性的机器人学研讨会或者学术会议，气氛十分浓厚。所以，在21世纪，我们更应注重机器人的发展，打破关键技术国外垄断的壁垒，实现弯道超车，从而更好的为祖国社会主义建设服务。
