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机器人发展历史及未来发展趋势.docx
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2023-07-12
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机器人发展历史及未来发展趋势.docx
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【摘要】随着科技的发展,机器人在越来越多的领域发挥着越来越重要的作用。机器
人也已不是仅仅在科幻小说和科幻电影里出现,在很多领域里我们都可以看到机器人
的身影。我们相信,随着科学技术的不断发展,在不远的将来,机器人会变得更加普
遍。同时,它们所具有的功能也会越来越多。
接下来,本文将具体介绍机器人的发展历史,同时也会根据科技的最新发展分析
机器人未来的发展趋势。
【关键词】机器人 发展历史 发展趋势
一、机器人的定义
机器人是在怎样的情况下产生的?
机器人形象和机器人一词,最早出现在科幻和文学作品中。1920 年,一名捷克作
家发表了一部名为《罗萨姆的万能机器人》的剧本,剧中叙述了一个叫罗萨姆的公司
把机器人作为人类生产的工业品推向市场,让它充当劳动力代替人类劳动的故事。作
者根据小说中 Robota(捷克文,原意为“劳役、苦工”)和 Robotnik(波兰文,原意为
“工人”),创造出“机器人”这个词。
那机器人的定义到底是什么呢?
在科技界,科学家会给每一个科技术语一个明确的定义,机器人问世已有几十年,
但对机器人的定义仍然仁者见仁,智者见智,没有一个统一的意见。原因之一是机器
人还在发展,新的机型,新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人
的概念,成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一
样,人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊,才给了人们充分的
想像和创造空间。
在 1967 年日本召开的第一届机器人学术会议上,人们提出了两个有代表性的定义。
一是森政弘与合田周平提出的:“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、
半机械半人性、自动性、奴隶性等 7 个特征的柔性机器”。从这一定义出发,森政弘又
提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、
有限性、移动性等 10 个特性来表示机器人的形象;另一个是加藤一郎提出的具有如下
3 个条件的机器称为机器人:
1.具有脑、手、脚等三要素的个体;
2.具有非接触传感器(用眼、耳接受远方信息)和接触传感器;
3.具有平衡觉和固有觉的传感器。该定义强调了机器人应当仿人的含义,即它靠
手进行作业,靠脚实现移动,由脑来完成统一指挥的作用。非接触传感器和接触传感
器相当于人的五官,使机器人能够识别外界环境,而平衡觉和固有觉则是机器人感知
本身状态所不可缺少的传感器。这里描述的不是工业机器人而是自主机器人。
1988 年法国的埃斯皮奥将机器人定义为:“机器人学是指设计能根据传感器信息
实现预先规划好的作业系统,并以此系统的使用方法作为研究对象”
1987 年国际标准化组织对工业机器人进行了定义:“工业机器人是一种具有自动
控制的操作和移动功能,能完成各种作业的可编程操作机。”
目前关于对机器人行为的描述中,以科幻小说家以撒·艾西莫夫在小说《我,机器
人》中所订立的“机器人三定律”最为著名。 艾西莫夫为机器人提出的三条“定律”
(law),程序上规定所有机器人必须遵守:
1. 机器人不得伤害人类,且确保人类不受伤害;
2. 在不违背第一法则的前提下,机器人必须服从人类的命令;
3. 在不违背第一及第二法则的前提下,机器人必须保护自己。
“机器人三定律”的目的是为了保护人类不受伤害,但艾西莫夫在小说中也探讨了在
不违反三定律的前提下伤害人类的可能性,甚至在小说中不断地挑战这三定律,在看
起来完美的定律中找到许多漏洞。在现实中,“三定律”成为机械伦理学的基础,目前
的机械制造业都遵循这三条定律。
二、机器人的发展历史
科技的发展带动着机器人技术的发展,可以说机器人的发展史也是世界科技发展
史的体现。科学的前沿技术在机器人中都有应用。
机器人发展到目前为止共分为三个阶段。第一阶段的机器人只有“手”, 以固定程序
工作, 不具有外界信息的反馈能力;第二阶段的机器人具有对外界信息的反馈能力, 即
有了感觉, 如力觉、触觉、视觉等;第三阶段, 即所谓“智能机器人”阶段,这一阶段的机
器人已经具有了自主性,有自行学习、推理、决策、 规划等能力。
第一代是可编程机器人(如下图),这类机器人一般可以根据操作员所编的程序,
完成一些简单的重复性操作。这一带机器人从 20 世纪 60 年代后半期开始投入使用,
目前他在工业界得到了广泛应用。
第一代机器人
第二代是感知机器人(如下图),即自适应机器人,它是在第一代机器人的基础
上发展起来的,具有不同程度的“感知”能力。这类机器人在工业界已有应用。
第二代机器人
第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动
智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,故称之为智能机器人(如下图)。
目前,这类机器人处于试验阶段,将向实用化方向发展。
第三代机器人
现在,让我们来具体看看机器人的发展历史。
工业机器人的最早研究可追溯到第二次大战后不久。在 40 年代后期,橡树岭和阿
尔贡国家实验室就已开始实施计划,研制遥控式机械手,用于搬运放射性材料。这些
系统是“主从”型的,用语准确地“模仿”操作员手和臂的动作。主机械手由使用者进行导
引做一连串动作,而从机械手尽可能准确地模仿主机械手的动作,后来用机械耦合主
从机械手的动作加入力的反馈,使操作员能够感觉到从机械手及其环境之间产生的力。
50 年代中期,机械手中的机械耦合被液压装置所取代,如通用电气公司的“巧手人”机
器人和通用制造厂的“怪物”I 型机器人。1954 年 G.C.Devol 提出了“通用重复操作机器
人”的方案,并在 1961 年获得了专利。
1958 年,被誉为“工业机器人之父”的 Joseph F.Engel Berger 创建了世界上第一个
机器人公司——Unimation(Univeral Automation)公司,并参与设计了第一台
Unimate 机器人。这是一台用于压铸的五轴液压驱动机器人,手臂的控制由一台计算
机完成。它采用了分离式固体数控元件,并装有存储信息的磁鼓,能够记忆完成 180
个工作步骤。与此同时,另一家美国公司——AMF 公司也开始研制工业机器人,即
Versatran(Versatile Transfer)机器人。它主要用于机器之间的物料运输、采用液压
驱动。该机器人的手臂可以绕底座回转,沿垂直方向升降,也可以沿半径方向伸缩。
一般认为 Unimate 和 Versatran 机器人是世界上最早的工业机器人。
可以说,60 年代和 70 年代是机器人发展最快、最好的时期,这期间的各项研究
发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。主要成就如下表。
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