机器人是怎么“活”起来的？ 机器人发展简史
类别: 原创精选
作者: admin 《科技日报》
日期: 08月09日
个人机器人——PR(Personal Robot)现在还是一个梦想。机器人研究涉及的学科涵盖机械、电子、传感器、驱动与控制等多个领域，过去，对机器人行业有过重大贡献的人数不胜数。不过，从简单的时间线已经能够看出，从第一代工业机器人、第二代带有“感觉”的机器人到第三代智能机器人，机器人的体积越来越小，与PC结合得越来越紧密。说不定，PR就快成为现实了。
关键词: 机器人发展简史
摘要: 个人机器人——PR(Personal Robot)现在还是一个梦想。机器人研究涉及的学科涵盖机械、电子、传感器、驱动与控制等多个领域，过去，对机器人行业有过重大贡献的人数不胜数。不过，从简单的时间线已经能够看出，从第一代工业机器人、第二代带有“感觉”的机器人到第三代智能机器人，机器人的体积越来越小，与PC结合得越来越紧密。说不定，PR就快成为现实了。
在德国机器人世界杯的“四腿机器人”组决赛中，双方使用的都是索尼公司生产的最新一代“爱宝（AIBO)”机器狗。自从1999年投放市场以来，这种娱乐型机器人已经在全世界销售了数十万个。
“爱宝”可以理解大约180个声音指令，完成取东西、拍照等动作，甚至在电量即将耗尽之时，它还会自己去找充电器。“爱宝”的面部配备发光屏幕，可以灯光组合来表达自己的情绪。更重要的是，工程师还能根据自己的需要对“爱宝”进行编程，让它完成像足球比赛这样的特殊工作。
模块：机器人的大脑
一个机器人一般由多个模块组成。它可能包括用于语音对话、语音控制的“语音模块”；用于显示机器人状态、表达感情（喜、怒、哀、乐）的“灯光表达模块”；用于决策的“控制模块”也就是机器人的大脑；用于感知外界环境的“传感器模块”；为机器人提供能源的“电源模块”；用于行走驱动的“减速电机”；帮助机器人完成各种动作的“驱动模块（伺服电机或称舵机）”；观看世界的“视频模块”；接收指令的“无线通讯模块”、“机械模块”和“控制软件”。
我们对照来看最新一代的爱宝ERS-7型机器狗，它的语音模块就是头部的微型扬声器和两个微型立体声话筒；灯光表达模块是面部的发光屏；控制模块是工作频率576MHz的64位RISC处理器和64MB存储器；传感器模块包括了温度感应器、红外线测距感应器、加速感应器、震动感应器和压力感应器；电源模块是一个ERA-7B1锂电池，可连续工作约1.5个小时；无线通讯模块使用了IEEE802.11b规格的无线网卡。它全身总共拥有20个活动关节，在减速电机和舵机的操控下活动；视频模块是一个35万像素的CMOS摄像头，爱宝就是利用它观察世界，用色彩视觉来判断足球、目标和其他特征。
机器人的“感性”和“知性”
虽然这些模块听起来有些复杂，但我们也可以把它大概地表述为机器人进行感知、思考和行动的三个阶段。
在感知环境的时候，除了声音传感器，机器人还需要多种传感器才能模拟人类的知觉。它需要使用“编码器”来测量电机的旋转角度和速度；使用“电子罗盘”或“陀螺仪”来感知自己的朝向；利用“全球卫星定位系统GPS”来确定精确的位置。
对于高速运动的机器人，比如参加美国国防部举办的无人战车挑战赛的无人驾驶车辆，测量障碍物距离并感知周围路面状况变得非常关键。尽管“超声波传感器”和“红外线传感器”性价比很高，但是其探测范围和准确性仍无法满足汽车要求。所有无人战车大多使用“激光测距仪”、“多普勒效应雷达”和“立体摄像机”来识别地形。除此以外，无人驾驶机器人还要使用“惯性测量”和“里程表”的数据来评估车辆的状态。
对于这些传感器获得的数据，我们可以选择进行独立的或者综合的判断，进而决定下一步的行动。这个判断需要“控制模块”和“控制软件”来完成。可以说，思考过程是机器人的核心，它决定了机器人的智能，它是个刚出生什么也不懂的婴儿，还是蹒跚学步的小孩，是冲动莽撞的年轻人，还是稳重老练的成年人，这都要看它的“大脑”究竟有多复杂。即使它像残疾人一样没有手没有脚，或者没有眼睛或者耳朵，但它却可能拥有很高的“智商”。不过这一步也是最困难的一步，毕竟要想模拟人的大脑可不是一个简单的工作。
人脑可以对任何事物进行分析，而电脑在思考的时候，则需要先对所要执行的工作进行分类。像读报纸、走路、握手、交谈，这些人类想也不用想就能完成的工作，在电脑上则被指定给预先设计的不同模型来解决。即便如此，要想模拟人类的任何一类思维仍然非常困难。这也解释了当年“深蓝”计算机尽管拥有了当时最先进的计算能力，仍然花费了多年时间才战胜人类棋手。
机器人怎样行动
机器人在处理完收集的数据后，就可以生成指令采取行动了。根据不同的需要，机器人可以设计多个关节，这些关节部位在安装了减速电机或舵机之后就可以活动了。
减速电机也就是我们常在电动玩具中拆下的带齿轮箱的小马达。它由拖动电动机与齿轮减速装置耦合而成，减速电机的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。由于电机输出的功率不变，其转动的角速度和扭距的乘积就是一个固定值，所以加速时扭矩就减小，减速时扭矩就增大。这种电机一般用做机器人的动力驱动，也就是机器人的腿。
微型的伺服电机（舵机）在无线电业余爱好者的航模活动中使用已有很长一段历史，应用最为广泛。舵机主要用作运动方向的控制部件。舵机本质上是可定位的电机，其内部包括了一个直流电机、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器和一块电子控制板。其中，高速转动的直流电机提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服电机的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。当它接受到一个位置指令，它就会运动到指定的位置。因此，个人机器人模型中也常用到它作为可控的运动关节，这些活动关节也常被称为自由度。舵机用在控制精度要求比较高的地方（比如机器人的手）。
好了，经过这三个步骤，机器人终于“活”了起来。
机器人发展简史
【环球科学】个人机器人——PR(Personal Robot)现在还是一个梦想。机器人研究涉及的学科涵盖机械、电子、传感器、驱动与控制等多个领域，过去，对机器人行业有过重大贡献的人数不胜数。不过，从简单的时间线已经能够看出，从第一代工业机器人、第二代带有“感觉”的机器人到第三代智能机器人，机器人的体积越来越小，与PC结合得越来越紧密。说不定，PR就快成为现实了。
1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据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。
1939年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。
1942年 美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。
1948年 诺伯特·维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。
1954年 美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。
1956年 在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。
1959年 德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。
1962年 美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。
1962年-1963年 传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。
1965年 约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。
1968年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。
1969年 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。
1973年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国Cincinnati Milacron公司的机器人T3。
1978年 美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。
1984年 英格伯格再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言：“我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全”。
1998年 丹麦乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。
1999年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。
2002年 丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。
2006年 6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔·盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。
摘要: 个人机器人——PR(Personal Robot)现在还是一个梦想。机器人研究涉及的学科涵盖机械、电子、传感器、驱动与控制等多个领域，过去，对机器人行业有过重大贡献的人数不胜数。不过，从简单的时间线已经能够看出，从第一代工业机器人、第二代带有“感觉”的机器人到第三代智能机器人，机器人的体积越来越小，与PC结合得越来越紧密。说不定，PR就快成为现实了。
在德国机器人世界杯的“四腿机器人”组决赛中，双方使用的都是索尼公司生产的最新一代“爱宝（AIBO)”机器狗。自从1999年投放市场以来，这种娱乐型机器人已经在全世界销售了数十万个。
“爱宝”可以理解大约180个声音指令，完成取东西、拍照等动作，甚至在电量即将耗尽之时，它还会自己去找充电器。“爱宝”的面部配备发光屏幕，可以灯光组合来表达自己的情绪。更重要的是，工程师还能根据自己的需要对“爱宝”进行编程，让它完成像足球比赛这样的特殊工作。
模块：机器人的大脑
一个机器人一般由多个模块组成。它可能包括用于语音对话、语音控制的“语音模块”；用于显示机器人状态、表达感情（喜、怒、哀、乐）的“灯光表达模块”；用于决策的“控制模块”也就是机器人的大脑；用于感知外界环境的“传感器模块”；为机器人提供能源的“电源模块”；用于行走驱动的“减速电机”；帮助机器人完成各种动作的“驱动模块（伺服电机或称舵机）”；观看世界的“视频模块”；接收指令的“无线通讯模块”、“机械模块”和“控制软件”。
我们对照来看最新一代的爱宝ERS-7型机器狗，它的语音模块就是头部的微型扬声器和两个微型立体声话筒；灯光表达模块是面部的发光屏；控制模块是工作频率576MHz的64位RISC处理器和64MB存储器；传感器模块包括了温度感应器、红外线测距感应器、加速感应器、震动感应器和压力感应器；电源模块是一个ERA-7B1锂电池，可连续工作约1.5个小时；无线通讯模块使用了IEEE802.11b规格的无线网卡。它全身总共拥有20个活动关节，在减速电机和舵机的操控下活动；视频模块是一个35万像素的CMOS摄像头，爱宝就是利用它观察世界，用色彩视觉来判断足球、目标和其他特征。
机器人的“感性”和“知性”
虽然这些模块听起来有些复杂，但我们也可以把它大概地表述为机器人进行感知、思考和行动的三个阶段。
在感知环境的时候，除了声音传感器，机器人还需要多种传感器才能模拟人类的知觉。它需要使用“编码器”来测量电机的旋转角度和速度；使用“电子罗盘”或“陀螺仪”来感知自己的朝向；利用“全球卫星定位系统GPS”来确定精确的位置。
对于高速运动的机器人，比如参加美国国防部举办的无人战车挑战赛的无人驾驶车辆，测量障碍物距离并感知周围路面状况变得非常关键。尽管“超声波传感器”和“红外线传感器”性价比很高，但是其探测范围和准确性仍无法满足汽车要求。所有无人战车大多使用“激光测距仪”、“多普勒效应雷达”和“立体摄像机”来识别地形。除此以外，无人驾驶机器人还要使用“惯性测量”和“里程表”的数据来评估车辆的状态。
对于这些传感器获得的数据，我们可以选择进行独立的或者综合的判断，进而决定下一步的行动。这个判断需要“控制模块”和“控制软件”来完成。可以说，思考过程是机器人的核心，它决定了机器人的智能，它是个刚出生什么也不懂的婴儿，还是蹒跚学步的小孩，是冲动莽撞的年轻人，还是稳重老练的成年人，这都要看它的“大脑”究竟有多复杂。即使它像残疾人一样没有手没有脚，或者没有眼睛或者耳朵，但它却可能拥有很高的“智商”。不过这一步也是最困难的一步，毕竟要想模拟人的大脑可不是一个简单的工作。
人脑可以对任何事物进行分析，而电脑在思考的时候，则需要先对所要执行的工作进行分类。像读报纸、走路、握手、交谈，这些人类想也不用想就能完成的工作，在电脑上则被指定给预先设计的不同模型来解决。即便如此，要想模拟人类的任何一类思维仍然非常困难。这也解释了当年“深蓝”计算机尽管拥有了当时最先进的计算能力，仍然花费了多年时间才战胜人类棋手。
机器人怎样行动
机器人在处理完收集的数据后，就可以生成指令采取行动了。根据不同的需要，机器人可以设计多个关节，这些关节部位在安装了减速电机或舵机之后就可以活动了。
减速电机也就是我们常在电动玩具中拆下的带齿轮箱的小马达。它由拖动电动机与齿轮减速装置耦合而成，减速电机的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。由于电机输出的功率不变，其转动的角速度和扭距的乘积就是一个固定值，所以加速时扭矩就减小，减速时扭矩就增大。这种电机一般用做机器人的动力驱动，也就是机器人的腿。
微型的伺服电机（舵机）在无线电业余爱好者的航模活动中使用已有很长一段历史，应用最为广泛。舵机主要用作运动方向的控制部件。舵机本质上是可定位的电机，其内部包括了一个直流电机、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器和一块电子控制板。其中，高速转动的直流电机提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服电机的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。当它接受到一个位置指令，它就会运动到指定的位置。因此，个人机器人模型中也常用到它作为可控的运动关节，这些活动关节也常被称为自由度。舵机用在控制精度要求比较高的地方（比如机器人的手）。
好了，经过这三个步骤，机器人终于“活”了起来。
【环球科学】个人机器人——PR(Personal Robot)现在还是一个梦想。机器人研究涉及的学科涵盖机械、电子、传感器、驱动与控制等多个领域，过去，对机器人行业有过重大贡献的人数不胜数。不过，从简单的时间线已经能够看出，从第一代工业机器人、第二代带有“感觉”的机器人到第三代智能机器人，机器人的体积越来越小，与PC结合得越来越紧密。说不定，PR就快成为现实了。
1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据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。
1939年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。
1942年 美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。
1948年 诺伯特·维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。
1954年 美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。
1956年 在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。
1959年 德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。
1962年 美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。
1962年-1963年 传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。
1965年 约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。
1968年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。
1969年 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。
1973年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国Cincinnati Milacron公司的机器人T3。
1978年 美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。
1984年 英格伯格再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言：“我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全”。
1998年 丹麦乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。
1999年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。
2002年 丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。
2006年 6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔·盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。
AI文章 V2
URL: http://www.mostai.com/modules/article/view.article.php/c3/33