机器人技术简史
自动化、机器人技术、全自动生产线、机器人车辆、日益强大的计算机技术。机床、控制系统、识别系统不断改进,计算单元的性能不断提高。
人造机器正变得越来越复杂,几乎遍及人类活动的每一个分支,从制造业到医学,从交通管理到娱乐业。
这篇文章是关于机器人技术的历史,这是一门帮助人们解决问题、简化工作并提高生产力的学科。
如今,机器人技术是最先进的技术之一,由于整代发明家、设计师、工程师和技术人员的智力活动,机器人技术的发展达到了前所未有的高度。
欧宝工厂生产 3 缸发动机
人和动物的模仿
回顾过去(并最终回顾现在),人们不可避免地会产生这样一种印象,即人们迫切希望创造一种人造生物,自动为它执行无聊、困难、危险或不受欢迎的动作。
机械化、自动化和机器人技术的发展正在逐步进行。随着技术的发展,出现了第一批模仿人类或动物的机械形式。在我们这个时代开始之前,文献中已经给出了机械模仿动物的例子。
文艺复兴时期的天才达芬奇(1495)与机械骑士的创造有关。瑞士大师 Jaquet-Droz(18 世纪)对人类(机器人)的机械模仿也广为人知。他们的自动抄写员(书法家)能够用笔写出几句话,并且很好地模仿了人类。
制表师皮埃尔·雅克德罗 (Pierre Jacquet-Droz) 的机械机器人“Calligraph”(1772 年)
机械时代之后,电气工程和计算机技术为机器人的发展做出了贡献。 1920 年是机器人技术的里程碑。
恰佩克的机器人是具有人工智能的生物
1920 年,卡雷尔·查佩克 (Karel Çapek) 创作了剧本《RUR》,副标题为“罗森的万能机器人”。该剧于 1921 年初首演,首次使用“机器人”一词,以世界所有语言广为人知。《RUR》一书已被翻译成三十多种语言,包括世界语。
去年“机器人”一词诞生 100 周年,今年是 Karel Çapek 的第一部话剧《RUR》上演 100 周年。
卡雷尔·恰佩克 (Karel Çapek) 于 1920 年创作的科幻剧《RUR》的书籍封面。
robot 一词可能是世界上唯一以其未被破坏的形式使用的捷克语词。它如此受欢迎,以至于卡雷尔·恰佩克 (Karel Çapek) 后来认为可以宣称“机器人”一词的真正“发明者”是他的兄弟约瑟夫。
卡雷尔原本想用英文“labor”中的“labor”一词来形容RUR游戏中的角色。所以今天我们在每部科幻小说中都使用了与典型的斯拉夫文字机器人相关的机器人一词。
查佩克的机器人不是人类的机械替代品,它们是由合成有机物创造的具有人类智慧的人造生物。事实上,它们与现代机器人、半机械人和复制人相同。
WABOT-HOUSE 项目 (2002)
机器人和机器人技术的定义
通常在科学技术中,有必要定义机器人这个词的含义。最初,机器人被理解为一种简单的机器,例如,参见 1947 年的大英百科全书,它为飞机或飞机的飞行过程提供了陀螺仪稳定器以机器人船为例。
1941年,作家艾萨克·阿西莫夫首先使用了机器人学这个词,并制定了机器人学的三大基本定律,代表了机器人发展和使用的基本要求。
艾萨克·阿西莫夫的机器人定律
机器人通常被理解为计算机控制的集成系统,能够根据人类指令自主和有目的地与真实环境进行交互。
该定义由决定机器人定义的其他条件补充,例如,感知和识别环境的能力,以人工或自然语言与人类交流的能力等。
机器人学作为一门科学技术学科,是研究机器人及其设计、制造和应用的科学。机器人技术与电子、机械和软件密切相关。
术语和定义: 机器人和机器人设备
看起来机器人技术的最终目标确实是制造一种几乎可以取代人类的机器,包括他们的智能。
1997 年,一台计算机击败了卫冕世界象棋冠军。同年,国际竞赛 RoboCup 在序言中提出了以下目标(梦想):“到 21 世纪中叶,11 个完全自主的类人机器人将根据 FIFA 的官方规则击败卫冕足球冠军。”这个目标看起来很愚蠢,但是,就像征服月球一样,通往这个目标的道路可以有一些“次要”但重要的结果。
机器人世界杯 (2017)
ASIMO 人形机器人主要用于广告目的和推广机器人技术
类人机器人 (android) 是具有人形的机器人。由于科幻小说中的许多机器人看起来像人,因此人形机器人可能是大多数人的默认机器人。
另一方面,不能说所有在现实世界中必须执行某些任务的机器人都必须是类人机器人,例如飞机看起来也不像鸟。机器人所需的功能应决定其最佳外观。
工业机器人
这些结果之一,特别是没有它,已经无法想象汽车的生产,是工业机器人,其定义已经给出,ISO 8373:2012,一般翻译:“工业机器人:自动控制,重新编程,一种可重新配置的机械手,可编程为三个或更多运动度,可以永久安装或移动以用于工业自动化应用。 «
第一批工业机器人 Unimate 和 Versatran 于 1960 年至 1962 年间在美国制造并投入使用。这些是相对较重的机器,具有少量带液压和电液驱动的受控轴。他们的编程和控制基于模拟技术。
历史上真实的 NServth 用户界面工业机器人 Unimate
第一个使用微处理器进行控制的工业机器人出现于 1974 年。在欧洲,它是成功的 Asea IRB 6 机器人。
该机器人有一个拟人化手臂结构形式的机械手,五个带电驱动的可控轴和 6 公斤的负载能力。尽管控制概念相对简单,但它也可用于弧焊和表面处理。这个机器人是从1975年到1992年生产的,总共生产了将近2000台。
ASEA工业机器人(从左到右:IRB 6、IRB 2000、ABB IRB 3000、ABB S3控制柜)
1984 年瑞典邮票上的 ASEA IRB 6 机器人。
在接下来的几年里,工业机器人的力学得到改进,产品范围不断扩大,尤其是负载能力——从处理小零件的机器人到负载能力约为 1000 公斤的机器人。
工业机器人也开始配备 计算机视觉 和其他智能传感器。然而,它的控制和编程方式发生了重大变化,允许使用 3D CAD 技术和交互式机器人的编程。
最新趋势是提供人机接触并遵守机器人第一定律“机器人不得伤害人类”的协作式工业机器人 (cobots)。控制和编程方式也发生了变化,允许使用 3D CAD 方法和交互式机器人的编程。
据国际机器人联合会统计,仅2018年就有7.6万台新型工业机器人投入使用。
现代协作机器人 Cobot UR5。得益于传感器,协作机器人 (cobots) 可以直接安全地与人类互动。
有关现代工业机器人的更多信息:
机器人和人工智能
但回到我们用机器取代人类的目标。 1960年代,美国大学建立了第一个人工智能实验室,1968年,斯坦福研究所创造了第一台配备计算机视觉、能够识别环境的轮式智能移动机器人Shakey环境并在其中有目的地移动。
摇摇机器人 (1968)
1973 年,第一台现代人形机器人 Wabot-1 在日本早稻田大学发射升空。 85 世博会上,Vabot 演奏电子风琴,2003 年 8 月 22 日,日本人形机器人阿西莫(ASIMO)在布拉格卡雷尔恰佩克半身像献花。
Asimo v 2000 英寸 Waco Fundamental Research Center 机器人由本田公司在日本创造,长期以来它是世界上最著名的类人机器人。
机器人 WABOT-1 (1973)
机器人 WABOT-2 (1984)
阿西莫的机器人把菊花带到了“机器人”一词的创造者的半身像上,捷克作家卡雷尔·恰佩克 (2003)
如今,基于机器人技术的成果,出现了大量的服务机器人,如机器人吸尘器、割草机、机器人挤奶机等。
从机器人技术衍生出跨学科的工程领域 - 机电一体化,因为许多创新解决方案首先在机器人的创造中发明和实施,然后开始用于其他机器和机制。
“机电一体化”一词最早由日本安川电机公司的工程师森哲郎于1969年使用。机电一体化是追求机械、电机、电子、微处理器和软件的完全集成。
有关机电一体化的更多信息,请参见此处:什么是机电一体化、机电一体化元件、模块、机器和系统