弹簧机器人编程

Ⅰ 机器人的知识

20世纪的伟大发明

随着2001年新年钟声的敲响，人们迈着坚实的步伐跨进了21世纪。站在世纪之交的门槛，回顾过去，展望未来，我们心潮澎湃、思绪万千……

20世纪，人类取得了辉煌的成就，从量子理论、相对论的创立，原子能的应用，脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现，到信息技术的腾飞，人类基因组工作草图的绘就，世界科技发生了深刻的变革。信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、海洋技术、航空航天技术等都取得了重大突破，极大地提高了社会生产力。

机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生——成长——成熟期后，已成为制造业中不可少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。

人们常常会问为什么要发展机器人？我们说机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和人类的生活质量，让机器人替人们干那些人干不了、干不好的工作。在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求质量很高，人难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等；这些都是机器人大显身手的地方。服务机器人还可以为您治病保健、保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹……

现在社会上对机器人有很多迷惑，有人认为机器人无所不能。这些朋友是从电影、电视、小说中认识机器人的，他们眼中的机器人是神通广大的万能机器，当他们看到现实的机器人时，他们会认为现在的机器人太普通，不能称之为机器人。有人认为机器人是人，形状必须像人，不像人怎么能叫机器人，然而现实中绝大多数的机器人样子不像人，这使很多机器人爱好者大失所望。还有人认为机器人上岗，工人就会下岗，无形中把机器人当成了竞争对手，他们没有想到机器人会为人做许多有益的事情，会推动产业的发展，给人类创造更多的就业机会。

机器人的定义

在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，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象和创造空间。

机器人指挥

其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。

1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”（android），它由4部分组成：

1，生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等）；

2，造型解质（关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲）；

3，人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态）；

4，人造皮肤（含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等）。

1920年捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot”，“Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。在该剧中，机器人按照其主人的命令默默地工作，没有感觉和感情，以呆板的方式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司取得了成功，使机器人具有了感情，导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员。机器人发觉人类十分自私和不公正，终于造反了，机器人的体能和智能都非常优异，因此消灭了人类。

但是机器人不知道如何制造它们自己，认为它们自己很快就会灭绝，所以它们开始寻找人类的幸存者，但没有结果。最后，一对感知能力优于其它机器人的男女机器人相爱了。这时机器人进化为人类，世界又起死回生了。

卡佩克提出的是机器人的安全、感知和自我繁殖问题。科学技术的进步很可能引发人类不希望出现的问题。虽然科幻世界只是一种想象，但人类社会将可能面临这种现实。

为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：

1，机器人不应伤害人类；

2，机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

3，机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。

在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就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。

礼仪机器人

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。

机器人的定义是多种多样的，其原因是它具有一定的模糊性。动物一般具有上述这些要素，所以在把机器人理解为仿人机器的同时，也可以广义地把机器人理解为仿动物的机器。

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。”

我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。

中国工程院院长宋健指出：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化”。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

机器人的分类

关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。一般的分类方式见表：

分类名称

简要解释

操作型机器人

能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。

程控型机器人

按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。

示教再现型机器人

通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。

数控型机器人

不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。

感觉控制型机器人

利用传感器获取的信息控制机器人的动作。

适应控制型机器人

机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。

学习控制型机器人

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。

智能机器人

以人工智能决定其行动的机器人。

我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。

古代机器人

机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。

机器马车

西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。

春秋后期，我国着名的木匠鲁班，在机械方面也是一位发明家，据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”，体现了我国劳动人民的聪明智慧。

公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人——自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。

1800年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。

后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其运送军粮，支援前方战争。

1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。

1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。

写字机器人

在当时的自动玩偶中，最杰出的要数瑞士的钟表匠杰克·道罗斯和他的儿子利·路易·道罗斯。1773年，他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们创造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理而制成的。它们有的拿着画笔和颜色绘画，有的拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。由于当时技术条件的限制，这些玩偶其实是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键而弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。

19世纪中叶自动玩偶分为2个流派，即科学幻想派和机械制作派，并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。1831年歌德发表了《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克鲁斯”；1870年霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅》；1883年科洛迪的《木偶奇遇记》问世；1886年《未来的夏娃》问世。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。

进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问世，1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。1959年第一台工业机器人（可编程、圆坐标）在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。

现代机器人

现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。

机器人汽车焊接生产线

自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。

大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。

另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。

铆接机器人

1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。

作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。

1965年，MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。

机器狗

1967年日本成立了人工手研究会（现改名为仿生机构研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。

1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。

1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理乍得·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人，它是液压驱动的，能提升的有效负载达45公斤。

到了1980年，工业机器人才真正在日本普及，故称该年为“机器人元年”。

随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此而赢得了“机器人王国的美称”。

自治潜水器

随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。当前与信息技术的交互和融合又产生了“软件机器人”、“网络机器人”的名称，这也说明了机器人所具有的创新活力。

机器人的手

机器人要模仿动物的一部分行为特征，自然应该具有动物脑的一部分功能。机器人的大脑就是我们所熟悉的电脑。但是光有电脑发号施令还不行，最基本的还得给机器人装上各种感觉器官。我们在这里着重介绍一下机器人的“手”和“脚”。

机器人必须有“手”和“脚”，这样它才能根据电脑发出的“命令”动作。“手”和“脚”不仅是一个执行命令的机构，它还应该具有识别的功能，这就是我们通常所说的“触觉”。由于动物和人的听觉器官和视觉器官并不能感受所有的自然信息，所以触觉器官就得以存在和发展。动物对物体的软，硬，冷，热等的感觉就是靠的触觉器官。在黑暗中看不清物体的时候，往往要用手去摸一下，才能弄清楚。大脑要控制手，脚去完成指定的任务，也需要由手和脚的触觉所获得的信息反馈到大脑里，以调节动作，使动作适当。因此，我们给机器人装上的手应该是一双会“摸”的、有识别能力的灵巧的“手”。

机器人的手一般由方形的手掌和节状的手指组成。为了使它具有触觉，在手掌和手指上都装有带有弹性触点的触敏元件（如灵敏的弹簧测力计）。如果要感知冷暖，还可以装上热敏元件。当触及物体时，触敏元件发出接触信号，否则就不发出信号。在各指节的连接轴上装有精巧的电位器（一种利用转动来改变电路的电阻因而输出电流信号的元件），它能把手指的弯曲角度转换成“外形弯曲信息”。把外形弯曲信息和各指节产生的“接触信息”一起送入电子计算机，通过计算就能迅速判断机械手所抓的物体的形状和大小。

现在，机器人的手已经具有了灵巧的指，腕，肘和肩胛关节，能灵活自如的伸缩摆动，手腕也会转动弯曲。通过手指上的传感器还能感觉出抓握的东西的重量，可以说已经具备了人手的许多功能。

在实际情况中有许多时候并不一定需要这样复杂的多节人工指，而只需要能从各种不同的角度触及并搬动物体的钳形指。1966年，美国海军就是用装有钳形人工指的机器人“科沃”把因飞机失事掉入西班牙近海的一颗氢弹从七百五十米深的海底捞上来。1967年，美国飞船“探测者三号”就把一台遥控操作的机器人送上月球。它在地球上的人的控制下，可以在两平方米左右的范围里挖掘月球表面四十厘米深处的土壤样品，并且放在规定的位置，还能对样品进行初步分析，如确定土壤的硬度，重量等。它为“阿波罗”载人飞船登月当了开路先锋。

机器人的眼睛

人的眼睛是感觉之窗，人有80%以上的信息是靠视觉获取，能否造出“人工眼”让机器也能象人那样识文断字，看东西，这是智能自动化的重要课题。关于机器识别的理论，方法和技术，称为模式识别。所谓模式是指被判别的事件或过程，它可以是物理实体，如文字，图片等，也可以是抽象的虚体，如气候等。机器识别系统与人的视觉系统类似，由信息获取，信息处理与特征抽取，判决分类等部分组成。

机器认字

大家知道，信件投入邮筒需经过邮局工人分拣后才能发往各地。一人一天只能分拣2-3千封信，现在采用机器分拣，可以提高效率十多倍。机器认字的原理与人认字的过程大体相似。先对输入的邮政编码进行分析，并抽取特征，若输入的是个6字，其特征是底下有个圈，左上部有一直道或带拐弯。其次是对比，即把这些特征与机器里原先规定的0到9这十个符号的特征进行比较，与哪个数字的特征最相似，就是哪个数字。这一类型的识别，实质上叫分类，在模式识别理论中，这种方法叫做统计识别法。

机器人认字的研究成果除了用于邮政系统外，还可用于手写程序直接输入，政府办公自动化，银行合计，统计，自动排版等方面。

机器识图

现有的机床加工零件完全靠操作者看图纸来完成。能否让机器人来识别图纸呢？这就是机器识图问题。机器识图的方法除了上述的统计方法外，还有语言法，它是基于人认识过程中视觉和语言的联系而建立的。把图像分解成一些直线、斜线、折线、点、弧等基本元素，研究它们是按照怎样的规则构成图像的，即从结构入手，检查待识别图像是属于哪一类“句型”，是否符合事先规定的句法。按这个原则，若句法正确就能识别出来。

机器识图具有广泛的应用领域，在现代的工业，农业，国防，科学实验和医疗中，涉及到大量的图象处理与识别问题。

机器识别物体

机器识别物体即三维识别系统。一般是以电视摄像机作为信息输入系统。根据人识别景物主要靠明暗信息，颜色信息，距离信息等原理，机器识别物体的系统也是输入这三种信息，只是其方法有所不同罢了。由于电视摄像机所拍摄的方向不同，可得各种图形，如抽取出棱数，顶点数，平行线组数等立方体的共同特征，参照事先存储在计算机中的物体特征表，便可以识别立方体了。

目前，机器可以识别简单形状的物体。对于曲面物体，电子部件等复杂形状的物体识别及室外景物识别等研究工作，也有所进展。物体识别主要用于工业产品外观检查，工件的分选和装配等方面。

机器人的鼻子

人能够嗅出物质的气味，分辨出周围物质的化学成分，这全是由上鼻道的粘模部分实现的。在人体鼻子的这个区域，在只有五平方厘米的面积上却分布有五百万个嗅觉细胞。嗅觉细胞受到物质的刺激，产生神经脉冲传送到大脑，就产生了嗅觉。人的鼻子实际上就是一部十分精密的气体分析仪。人的鼻子是相当灵敏的，就算在一升水中放进二百五十亿分之一的乙硫醇（就是一种特殊的具有异常臭味的化学物质），人的鼻子也能够闻出来。

机器人的鼻子也就是用气体自动分析仪做成的。我国已经研制成功了一种嗅敏仪，这种气体分析仪不仅能嗅出丙酮、氯仿等四十多种气体，还能够嗅出人闻不出来但是却可以导致人死亡的一氧化碳（也就是我们通常所用的煤气）。这种嗅敏仪有一个由二氧化锡，氯化钯等物质烧结而成的探头（相当于鼻粘模）。当它遇到某些种类气体的时候，它的电阻就发生变化，这样就可以通过电子线路做出相应的显示，用光或者用声音报警。同时，用这种嗅敏仪还可以查出埋在地下的管道漏气的位置。

现在利用各种原理制成的气体自动分析仪已经有很多种类，广泛应用于检测毒气，分析宇宙飞船座舱里的气体成分，监察环境等方面。

这些气体分析仪，原理和显示都和电现象有关，所以人们把它叫做电子鼻。把电子鼻和电子计算机组合起来，就可以做成机器人的嗅觉系统了。

机器人的耳朵

人的耳朵是仅次于眼睛的感觉器官，声波扣击耳膜，引起听觉神经的冲动，冲动传给大脑的听觉区，因而引起人的听觉。机器人的耳朵通常是用“微音器”或录音机来做的。被送到太空去的遥控机器人，它的耳朵本身就是一架无线电接收机。

人的耳朵是十分灵敏的。我们能听到的最微弱的声音，它对耳膜的压强是每平方厘米只有一百亿分之几公斤。这个压强的大小只是大气压强的一百亿分之几。可是用一种叫做钛酸钡的压电材料做成的“耳朵”比人的耳朵更为灵敏，即使是火柴棍那样细小的东西反射回来的声波也能被它“听”的清清楚楚。如果用这样的耳朵来监听粮库，那么在二到三公斤的粮食里的一条小虫爬动的声音也能被它准确地“听”出来。

用压电材料做成的“耳朵”之所以能够听到声音，其原因就是压电材料在受到拉力或者压力作用的时候能产生电压，这种电压能使电路发生变化。这种特性就叫做压电效应。当它在声波的作用下不断被拉伸或压缩的时候，就产生了随声音信号变化而变化的电流，这种电流经过放大器放大后送入电子计算机（相当于人大脑的听区）进行处理，机器人就能听到声音了。

但是能听到声音只是做到了第一步，更重要的是要能识别不同的声音。目前人们已经研制成功了能识别连续话音的装置，它能够以百分之九十九的比率，识别不是特别指定的人所发出的声音，这项技术就使得电子计算机能开始“听话”了。这将大大降低对电子计算机操作人员的特殊要求。操作人员可以用嘴直接向电子计算机发布指令，改变了人在操作机器的时候手和眼睛忙个不停而与此同时嘴巴和耳朵却是闲着的状况。一个人可以用声音同时控制四面八方的机器，还可以对楼上楼下的机器同时发出指令，而且并不需要照明，这样就很适宜于在夜间或地下工作。这项技术也大大加速了电话的自动回答，车票的预定以及资料查找等服务工作的自动化实现的进程。

现在人们还在研究使机器人能通过声音来鉴别人的心理状态，人们希望未来的机器人不光能够听懂人说的话，还能够理解人的喜悦，愤怒，惊讶，犹豫和暧昧等情绪。这些都会给机器人的应用带来极大的发展空间。

没有机器人，人将变为机器

随着社会的发展，社会分工越来越细，尤其在现代化的大生产中，有的人每天就只管拧同一个部位的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就像电影《摩登时代》中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病开始产生。于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作。于是人们研制出了机器人，代替人完成那些枯燥、单调、危险的工作。由于机器人的问世，使一部分工人失去了原来的工作，于是有人对机器人产生了敌意。“机器人上岗，人将下岗。”不仅在我国，即使在一些发达国家如美国，也有人持这种观念。其实这种担心是多余的，任何先进的机器设备，都会提高劳动生产率和产品质量，创造出更多的社会财富，也就必然提供更多的就业机会，这已被人类生产发展史所证明。任何新事物的出现都有利有弊，只不过利大于弊，很快就得到了人们的认可。比如汽车的出现，它不仅夺了一部分人力车夫、挑夫的生意，还常常出车祸，给人类生命财产带来威胁。虽然人们都看到了汽车的这些弊端，但它还是

Ⅱ 智能机器人的弹簧应力松弛有哪些研究

弹簧应力松弛的研究：伞舱压缩弹簧、基座承重压缩弹簧、支撑板扭簧是智能作战机器人着陆缓冲、伞舱解脱、弹体扶正等功能得以实现的关键弹性元件，通过对上述弹簧的设计工作发现，这3种弹簧在机器人着陆展开前，均有着压缩变形量或扭转变形量大的特点，并且智能作战机器人需要满足长期存储、时刻备战的战略要求｡如何保证这些弹簧在长时间大变形的状态下，仍能保持应有的弹性，在关键时刻照样高质量完成相关作战任务，是非常重要的研究课题｡众所周知，弹性元件在长时间大变形的状态下最容易产生的失效形式就是出现应力松弛现象，因而必须对防止弹簧出现应力松弛进行深入研究。

Ⅲ 智能机器人的弹簧提高抗应力松弛性能有哪些研究

弹簧提高抗应力松弛性能的研究：通过进一步研究发现，弹簧应力松弛与弹簧热处理、强压方法及表面强化等因素有重要关系，了解其中的关系可为智能作战机器人弹簧的优化设计提供实施途径。

弹簧材料的屈服极限、弹性极限和比例极限均为通过弹簧试验瞬时测得的重要参数，比例极限、弹性极限、屈服强度之间没有本质上的区别，它们均为弹簧材料在室温瞬时拉伸条件下产生微量塑性变形的抗力指标｡这些参数对弹簧材料的化学成分、组织状态、工作稳定和加载速度等因素都十分敏感｡而应力松弛参数为长时间积累和分析所得，由此可见，应力松弛参数是弹簧材料的屈服极限、弹性极限和比例极限等参数不断积累的结果｡在弹性变形范围内，由于承载时间的延长，弹簧材料内部将通过位错运动使弹性变形逐步变为微塑性变形，微塑性变形量的积累便可变成永久变形｡因而通过合金化、热处理、强压处理、表面强化等措施均可以大幅度改变弹簧应力松弛现象，有利于提高智能作战机器人所用各种弹簧的抗应力松弛性能｡结合长期研究积累的经验，提出以下几种思路，以增强智能作战机器人三组弹簧的抗应力松弛特性。

Ⅳ 智能机器人的伞舱压缩弹簧是怎样设计的

伞舱压缩弹簧的设计：伞舱压缩弹簧是智能作战机器人降落伞快速脱离机构的关键零件，该解脱机构由伞舱、降落伞、伞舱压缩弹簧等主要零部件组成，其工作过程为：智能作战机器人通过伞降装置着陆瞬间，因与地面冲击而产生的惯性下沉力，使机器人基座承重压缩弹簧产生缩短变形，导致机器人中、上部结构件相对于基座下移，使支撑板挂钩从机器人发射筒对应卡槽中脱离，并在支撑板扭簧的作用下向外展开支撑板｡在支撑板挂钩解脱的同时，装置在机器人战斗部顶部的伞舱也解脱了与机器人发射筒之间的连接关系，当伞舱解脱束缚后，伞舱压缩弹簧快速向斜上方弹开伞舱及与之相连的降落伞，完成降落伞解脱过程｡该机构能够巧妙利用弹性元件的作用和部件之间的锁固关系，从而在非常紧凑的空间范围内安装降落伞快速脱离机构，保证在机器人着陆时，通过伞舱的快速解脱和弹离智能作战机器人本体，避免降落伞遮盖机器人，造成智能作战机器人无法顺利实现后续任务｡因此，合理设计伞舱压缩弹簧的性能参数对智能作战机器人快速解脱机构起着重要作用。

Ⅳ 机器人技术资料

随着高新技术的发展，各种类型的军用机器人已经大量涌现，一些技术发达的国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。目前军用机器人主要是作为作战武器和保障武器使用。在恶劣的环境下，机器人的承受能力大大超过载人系统，并且能完成许多载人系统无法完成的工作，如运输机器人可以在核化条件下工作，也可以在炮火下及时进行战场救护。在地面上，机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷；在波黑战场上，无人机大显身手；在海洋中，机器人帮助人清除水雷、探索海底秘密；在宇宙空间，机器人成了火星考察的明星。现在世界上正在研制或已投入使用的军用机器入主要有以下几种。本次军事机器人介绍周将每周介绍一种军用机器人。欢迎观注。

2004年10月26日 第一天 地面机器人

地面军用机器人主要分为智能机器人和遥控机器人。按其功能可分为：排雷(弹)机器人、侦察机器人、保安机器人，甚至还研制有地面微型军用机器人。
全自主机器人美国于1984年开始研制第一台地面自主车辆，可以在人不干预的情况下自己在道路上行驶。992年美国研制出时速75公里的自主车。目前仍有许多技术难题未解决。但地面自主车的研制大大推动了遥控机器人的发展。
排雷(弹)机器人使用排雷机器人不仅可以加快扫雷破障的速度，而且还大大降低了人员的伤亡。如美国研制的"交通警察"战场机器人，它安装了多种传感器，可用于探测建筑物、掩体、隧道等处的地雷；"蜜蜂"式控雷器则具有较快的飞行速度，可以迅速而准确地发现地雷的位置，并通过自身携带的炸药对地雷进行引爆。在1982年爆发的马岛战争中，英国海军就曾用法国研制的的机器人，清除阿根廷布设的水雷。而英国陆军的排弹机器人在拆除恐怖分子放的各种类型的炸弹工作中屡建奇功，备受欢迎。
排爆机器人英国研制的"手推车"排除爆炸物机器人是世界上最有名的排除爆炸物机器人。目前，最新研制的 SuperM(超级手推车)的摄像机可以在距地面65毫米处工作，因此它可以用来检查可疑车辆的底部。SuperM机器人采用橡胶履带，最大速度为55米／分，它有一整套的无线电控制系统及各种设备，其中包括一部彩色电视摄像机、一支猎枪和两个爆炸物排除装置；该车由两组耐用的12伏电池驱动，并装有一个电动制动系统，使其在通过陡坡时能准确地动作。
侦察机器人高技术条件下的战场环境更加复杂，使用机器人不仅可以进入难以涉足的恶劣环境中侦察，而且一旦机器人不幸被"俘"，则可以通过预先设置的程序自动引爆"以身殉职"。美国海军陆战队的GSR侦察机器人是由M114装甲人员输送车改装的，上面装有15台微处理器、卫星导航接收机、声学临近传感器、激光测距机、磁罗盘和一台高分辨率的摄像机等。摄像机装在一个由计算机控制的平台上。如果没有外部导航，该车可以自主地跟踪其它车辆越过障碍物。
保安机器人保安机器人可用于军事基地等重要设施的保卫工作。具有代表性的保安机器人是由美国研制的"徘徊者"，它是一辆重1．8吨的6轮全地形车，它可以按照预编程序的路线，沿着这些设施的外部边界进行巡逻。当发现入侵者时，操作者通过声音传输系统使机器人与入侵者对话，若入侵者不合作，怀有敌意，操作者就可命令机器人攻击入侵者。当该地区受到大规模进攻时，操作者就可调动多台机器人进行阻击，以便为保安人员争取时间。
地面微型机器人专家们对微型机器人备加青睐，认为它们体积小，生存能力强，具有广泛的用途。现已研制出一种只有昆虫大小的名叫"扁虱"的机器人，它可附在敌人装备的部件上，混入敌人防线，侦察敌人的目标，也可向敌人的通信系统中注入一个功率脉冲进行干扰，或钻到敌人的装备中去，破坏发动机等关键部位。现在许多国家都非常重视微型军用机器人的研究，随着发展，军用微型机器人有可能改变21世纪的战场。
步兵支摄机器人"突击队员"遥控车是由格鲁曼航空公司与美国陆军训练与条令司令部共同研制的。它是一个重约160千克的菱形车辆，由电动机驱动。能以16 公里／时的速度在崎呕地形上行驶。该车采用光纤通信，可将车载电视摄像机的图像传送给操作员，同时将操作员的指令传送给它，装上机枪时，其总高度也只略高于1米。它能完成步兵通常所能完成的各种任务，包括反坦克任务。车上可以配备反坦克导弹发射器、机枪、催泪性毒气弹等。

2000年11月29日，中央电视台《新闻联播》报道：我国首台类人型机器人研制成功。11月30日，全国各大报都在显着位置发表了这一消息。许多人问：何为仿人型机器人？仿人型机器人的问世标志了什么？世界及中国仿人型机器人发展到什么水平？
从前面几篇可以看出，大多数的机器人并不像人，有的甚至没有一点人的模样，这一点使很多机器人爱好者大失所望，很多人问为什么科学家不研制像人一样的机器人呢？其实，科学家和爱好者的心情是一样的，一直致力于研制出有人类外观特征、可模拟人类行走与其基本操作功能的机器人。
由于仿人型机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志，因此，世界发达国家都不惜投入巨资进行开发研究。日、美、英等国都在研制仿人形机器人方面做了大量的工作，并已取得突破性的进展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形机器人P3，美国麻省理工学院研制出了仿人形机器人科戈（COG），德国和澳洲共同研制出了装有52个汽缸，身高2米、体重150公斤的大型机器人。本田公司最新开发的新型机器人“阿西莫”，身高120厘米，体重43公斤，它的走路方式更加接近人。我国也在这方面作了很多工作，国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等。

日本的仿人形机器人
本田公司是日本主要生产跑车和轿车的公司之一。本田公司投入巨资，经过10多年的开发，终于研制出了在世界上居领先地位的双足步行机器人——P3。P3通过它的身体的重力感应器和脚底的触觉传感器把地面的状况送回电脑，电脑则根据路面情况作出判断，进而平衡身体，稳定地前后左右行走。它不仅能走平路，还可以走台阶和倾斜的路。它站立稳定，推不倒，脚底不平也能保持身体的直立姿态。

本田公司机器人P2
1997年中国国务院总理李鹏前往日本本田公司总部参观时，机器人P3接待了李鹏总理。当李鹏总理一行抵达表演大厅时，一个身着宇宙服像宇航员一样的机器人从投影电视的屏幕后面走了出来，其走路的样子酷似顽童学步，步子虽然不快，但坚实有力。它走到大厅当中面对李鹏总理站好，伸出右手作欢迎状。并用汉语自我介绍：“我是机器人P3，热烈欢迎李鹏总理和夫人光临，请允许我与您握手”。机器人握住李鹏总理的手，连续摇动三次，然后摆好姿势供久候在那里的记者拍照。
接着P3请出本田公司社长川本正彦等人。他们通过投影电视屏幕，向中国客人介绍了本田研制机器人的发展历史和技术特点。川本社长的声音刚落，P3又说：“我有些紧张，请允许我暂时休息一下，接下来请我的二哥继续表演”。说罢转身，沿原路退回。

本田公司机器人P3
据介绍，本田公司按研制时间先后，把双足步行机器人分别命名为P1、P2、P3等。P3的高度为160cm，体重130公斤。被称为二哥的机器人P2身高1.80米，体重120公斤，长的笨头笨脑，但行动起来与灵活的“小三”相比毫不逊色。P2表演了上台阶这一高难动作，它走的极为平稳，一步一个台阶，令人赞叹不已。随后P2又表演了用扳手拧螺丝。P2机器人退场后，P3机器人出场与贵宾挥手告别：“表演到此结束，再次感谢李鹏总理的光临！”
本田公司最近又推出一种新型智能机器人“阿西莫”（ASIMO）。与1977年诞生的P3相比，它具有体型小、质量轻、动作紧凑轻柔的特点。阿西莫身高120cm，体重43公斤，更适合于家庭操作和自然行走。本田公司总裁吉野浩行在产品发布会上说：“将来我们还会使机器人具有更好的视觉、听觉等识别能力，提高它们的自主性。”他还说：“如果通过卫星网络来控制，它就是另外一个‘你’，可以使用者的身份做许多事情。”

科戈”机器人
出生于澳大利亚的罗德尼·布鲁克斯，40多岁，美国麻省理工学院人工智能实验室的教授。他喜欢离经判道，从不相信传统的成规。从80年代起，他就反对机器人必须先会思考，才能做事的信条。为了证实自己的观点，他研制出了一系列异型机器人。这些机器人没有思考能力，但却无所不能，比如能偷桌上的苏打罐，能穿越四周发烫的地面等。他的成功使他成为机器人界最有争议的人物。

机器人“科戈”
布鲁克斯从小就喜欢制作各种标新立异的小装置。进入福莱德大学后，他为该校唯一的一台IBM大型计算机重新编制了整个操作系统的程序。别的用户怎么也想不到，计算机怎么会突然变的具有令人不可思议的奇效。在获得该校硕士学位后，布鲁克斯又凭自己的实力考入了美国斯坦福大学。八十年代初期，布鲁克斯在麻省理工学院任初级研究员。那时人工智能研究的传统做法是先设计出各种“脑图”，以帮助机器人了解周围环境，使机器人先学会识别障碍物，再绕过障碍物。但这样做机器人往往要花很长时间去判断自己看到的东西，而且它们大多数均无法穿过陌生的空间。而布鲁克斯认为，真正的智能不能这样运作。
布鲁克斯认为，智能并不像假想的那样来自抽象思维，而是通过与外界接触学习之后作出的反应。只要机器人与其周围的环境进行复杂的相互作用，智能最终一定会出现。
最初他的计划是先从昆虫机器人做起，逐步向模仿高级动物发展，最后才是人形机器人。布鲁克斯想，只有人形机器人才能说明他的理论也适合于高级智能，于是他决定要制造出自己的人工智能型高级机器人，即现在的科戈机器人。
目前“科戈”的研制工作正在进行。“科戈”本身是非常复杂的，要它能通过与外界的联系获取知识，就必须尽可能地模仿人类，例如它的臂必须像人类那样具有柔顺性。
怎样才能把“科戈”变成一个真正的人形机器人，目前实现的目标尚不太明确。布鲁克斯和他的同事们正在借鉴幼儿的发育过程，使“科戈”由简到难，逐步学会各种本领，直到听说能力。
“科戈”机器人的大脑是由16个摩托罗拉68332芯片构成的，“科戈”的大脑放在与之相邻的室内，通过电缆与之相连。“科戈”最多可用250个摩托罗拉芯片。布鲁克斯准备用数字信号处理器取代部分这种芯片，用以完成特殊任务。“科戈”的大脑与人类的大脑一样，能同时处理多项任务。尽管计算机的能力给人们留下了深刻的印象，但是如果“科戈”能达到两岁儿童的智力，就算是成功了。现在“科戈”正在像婴儿一样利用自己的大脑学习“看”。“科戈”的每只眼睛由一台广角照相机和一台窄视野照相机组成。每一台照相机均可以俯仰和旋转。“科戈”首先通过广角照相机观察周围事物，然后再利用窄视野照相机近距离仔细观察事物。“科戈”的头可以像人的头一样前后左右转动。
布鲁克斯说：“我们试图找到一种方法，让‘科戈’自己了解这个世界。”
“科戈”先学会看以后，开始学习听。这些功能要一个一个地教。为此，在“科戈”的头上装上了麦克风和处理器。声音可以帮助“科戈”确定去看什么地方，机器人还可以对声音进行辨别。“科戈”已经有了头和身子，但还没有皮肤、臂和手指。现在正在为“科戈”制造第一条手臂，这只臂以全新的方式工作，每个关节都有一个弹簧，从而使“科戈”获得了柔顺性。

我国的仿人形机器人研究
我国在仿人形机器人方面做了大量研究，并取得了很多成果。比如长沙国防科技大学研制成了双足步行机器人，北京航空航天大学研制成了多指灵巧手，哈尔滨工业大学、北京科技大学也在这方面做了大量深入的工作。

多指灵巧手
双足步行机器人研究是一个很诱人的研究课题，而且难度很大。在日本开展双足步行机器人研究已有30多年的历史，研制出了许多可以静态、动态稳定行走的双足步行机器人，上面提到的P2、P3是其中的佼佼者。
在国家863计划、国家自然科学基金和湖南省的支持下，长沙国防科技大学于1988年2月研制成功了六关节平面运动型双足步行机器人，随后于1990年又先后研制成功了十关节、十二关节的空间运动型机器人系统，并实现了平地前进、后退，左右侧行，左右转弯，上下台阶，上下斜坡和跨越障碍等人类所具备的基本行走功能。近期在十二关节的空间运动机构上，实现了每秒钟两步的前进及左右动态行走功能。

“先行者”类人型机器人
经过十年攻关，国防科技大学研制成功我国第一台仿人型机器人——“先行者”，实现了机器人技术的重大突破。“先行者”有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足，有一定的语言功能，可以动态步行。
人类与动物相比，除了拥有理性的思维能力、准确的语言表达能力外，拥有一双灵巧的手也是人类的骄傲。正因如此，让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的目标。
在张启先院士的主持下，北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始灵巧手的研究与开发，最初研究出来的BH－1型灵巧手功能相对简单，但填补了当时国内空白。在随后的几年中又不断改进，现在的灵巧手已能灵巧地抓持和操作不同材质、不同形状的物体。它配在机器人手臂上充当灵巧末端执行器可扩大机器人的作业范围，完成复杂的装配、搬运等操作。比如它可以用来抓取鸡蛋，既不会使鸡蛋掉下，也不会捏碎鸡蛋。灵巧手在航空航天、医疗护理等方面有应用前景。

双足步行机器人在爬楼梯
灵巧手有三个手指，每个手指有3个关节，3个手指共9个自由度，微电机放在灵巧手的内部，各关节装有关节角度传感器，指端配有三维力传感器，采用两级分布式计算机实时控制系统。
仿人型机器人是多门基础学科、多项高技术的集成，代表了机器人的尖端技术。因此，仿人形机器人是当代科技的研究热点之一。仿人型机器人不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志，也在人类生产、生活中有着广泛的用途。目前，我国仿人形机器人研究与世界先进水平相比还有差距。我国科技工作者正在努力向前，我们热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的仿人型机器人与大家见面。

Ⅵ 智能机器人的支撑板扭簧是怎样设计的

支撑板扭簧的设计：支撑板扭簧是智能作战机器人着陆展开扶正机构的关键零件，智能作战机器人着陆扶正机构由底部基座、支撑板、支撑板挂钩、支撑板扭簧等零件构成，其展开扶正工作过程为：弹体着陆展开前，支撑板挂钩与机器人发射筒卡槽处于形状锁合状态，智能作战机器人呈圆柱状，这时基座内的支撑板扭簧处于扭转变形状态，储存着扭转变形弹性能｡当机器人着陆时，在瞬间冲击力作用下，智能作战机器人上、中部组件通过惯性下沉力使基座承重压缩弹簧变形，导致机器人上、中部组件下移，于是支撑板挂钩从机器人发射筒卡槽中解脱出来，在支撑板扭簧扭力作用下，支撑板向四周展开，通过扭转弹簧对支撑板的扭紧锁定作用，保证智能作战机器人即使在重心有所偏移的情况下，也能保持弹体稳定｡由此可见，支撑板扭簧的工作变形角及所能提供的扭矩对机器人工作性能影响极大，应精心设计、严格计算。

Ⅶ 机器人的定义是什么

机器人（Robot）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。

国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类带来许多方便之处。

(7)弹簧机器人编程扩展阅读：

中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。

而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和中国的分类是一致的。

Ⅷ 索尼KOOV机器人可以让孩子学会编程吗

索尼KOOV激发孩子们对编程的兴趣，可以让孩子学会编程。

Ⅸ 智能机器人的一代原理样机弹簧组件有哪些设计

一代原理样机弹簧组件的设计：弹簧是机电装置中常用的弹性零件，其性能直接影响机电装置的工作效率，其设计尤为重要｡随着机电装置功能特性和性能水平的不断提高，对弹簧的要求越来越多、越来越严格｡特别是一些在关键场合发挥关键作用的弹簧，其设计质量往往关系重大，需要设计者通过优化设计思路与方法，才能设计出符合设计需求的弹簧。

根据智能作战机器人承担的特殊作战使命，以弹内弹簧在长期储能状态下能够保持正常的塑性变形能力为设计目标，以簧丝直径、弹簧中径和有效工作圈数为主要参数，以剪切强度要求、最大变形条件、旋绕比等为约束条件，对智能作战机器人伞舱压缩弹簧、基座承重压缩弹簧、基座支撑板扭转弹簧进行了优化设计，并利用Adams仿真建模技术深入分析了弹簧在实际运用过程中性能参数的变化情况，同时对原始设计参数进行了相应修改，得到了很好的设计效果。