机器人的背景是什么？为什么要开发机器人？
另一方面，也是生产力发展的需求和人类自身发展的必然结果。随着人们社会的发展，人们越来越多地讨论自然的过程、改造自然的过程和认识自然的过程，以实现人们对不可及的世界的认识和改造，这也是科技发展过程中人们的客观需要。
那么什么是机器人呢？一般来说，机器人是一种具有一些类似人类功能的机械和电子装置，或者说是一种自动化装置。它仍然是一台机器。它有三个特点。一种是类人功能，比如工作功能、传感功能、行走功能，它还可以完成各种动作。另一个特点是可以根据人类的编程自动工作。这里一个显著的特点是，它可以被编程来改变它的工作和动作。但从机器人完整而深远的定义来看，更应该强调的是机器人的智能，于是人们提出了机器人的定义，即能够感知环境，对外界进行学习、感受和逻辑思考的机器。那么这就对机器人提出了更高的要求。展望21世纪，机器人将会深入应用到各个领域，就像20世纪计算机的普及一样。21世纪的前20年是机器人从制造向非制造发展的重要时期，也是智能机器人发展的关键时期。
刚才我们花了很短的时间讲了机器人的发展和我们对机器人的看法，做了一个简单的介绍。相信以后大家都可以和我们一起研究机器人。
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首先，我想介绍一下机器人产生的背景和机器人技术的发展。应该说是科技发展的综合结果。与此同时，它对社会和经济发展产生了重大影响。它的发展归功于第二次世界大战中各国加强经济投资，加强了自身的经济发展。比如二战后日本就开始了汽车工业。此时由于其人力不足，迫切需要一个机器人进行大批量制造，提高生产效率，降低劳动强度，这是社会发展的需求。另一方面，它也是生产力发展需求的必然结果，也是人类发展的必然结果。随着人的逐步社会发展，人们越来越多地讨论需要一个在自然的过程中，在改造自然的过程中，在认识自然的过程中，能够解放人的奴隶。那么这种奴隶就是代替人从事复杂繁重的体力劳动，实现人对遥不可及的世界的认识和改造，这也是科技发展过程中人的一种客观需要。另一方面，虽然人们有各种各样的好想法，但这也归功于电子技术、计算机技术和制造技术的发展，这些都提供了强有力的技术保障。
那我来说说为什么人要发展机器人，这是人们非常关心的问题。简单来说，我们需要发展机器人的原因有三:一是机器人做人们不想做的事情，把人们从有毒、有害、高温或危险的环境中解放出来，同时机器人可以做他们做不好的工作。比如在汽车生产线上，我们看到工人每天拿着100多公斤的焊钳，每天焊接上千个点，导致重复劳动。一方面他们很累，但是产品很差。另一方面，机器人可以做人做不了的工作，这也是机器人发展的一个很重要的原因。比如人对空间的认识，人起不来就叫机器人去天上，去月球，去海洋，进入人体。在微观环境中移动原子和分子的机器人都是高不可攀的工作。上面提到的三个问题，也就是机器人发展的三个原因。
那么什么是机器人呢？这个问题很有意思。但人们一般理解的机器人是一种机械电子装置或自动化装置，具有与人类相似的一些功能，它仍然是一种机器。它有三个特点:一是类人功能，比如作业功能；感知功能；行走功能；它还能完成各种动作。它的另一个特点是可以根据人的编程自动工作。这里一个显著的特点是，它可以被编程来改变它的工作、动作、对象和要求。它是人造的机器或者机电一体化设备，所以这个机器人还是机器。但是目前机器人还没有一个统一的定义。总的来说，我们认为机器人是目前可以完成某种工作或移动的由计算机控制的可编程自动机器，这是美国工程师协会制定的定义。然而，日本和其他国家对机器人也有不同的看法。他们认为从一个完整而深远的机器人定义来看，更应该强调机器人的智能，于是人们提出了机器人的定义是能够感知环境，能够学习、感受和对外界进行逻辑思考。那么这就对机器人提出了更高的要求。比如这里机器人可以代替人焊接。焊接环境非常复杂，可以携带。可以在生产线上搬运玻璃和各种零件，也可以在生产线上码垛。这是把人从繁重的体力劳动中解放出来的例子。
那么机器人是怎么产生的呢？这是在1920年，一位名叫卡佩克的捷克斯洛伐克作家写了一部科幻小说，名为《罗萨姆机器人环球公司》。在这部小说中，他构想并幻想了一个机器人。它的名字叫罗伯特，也就是我们英语中的机器人。它可以不吃东西不知疲倦地工作。1920左右，众所周知，那是第一次世界大战之后，各国工业发展比较快的时期。我们看了电影《摩登时代》，卓别林演的明星变成了机器人，每天在生产线上工作。在这种烦躁的体力劳动中，人们幻想着有一种想象力，有一种需求，可以代替人完成这样的工作。这部小说在1924和1927年相继流传到日本、法国和欧洲各国，也成为当时的木偶戏和一些戏剧，于是这样一个机器人的名词传遍了全世界。当时人们还认为这是科幻小说，但还没有付诸实践。
但是通过这样一部小说，一个像罗伯特这样的名词，它体现了人类的一个长久的愿望，那就是创造一个可以代替人从事各种工作的机器。这种想法是机器人的客观要求，所以真正的机器人的发展是在1947。橡树岭国家实验室在研究核燃料的时候，就知道核燃料，带有X射线，对人体有害，需要有一台机器来完成搬运、处理核燃料这样的任务。1947年，世界上第一台主从遥控机器人诞生。1947之后，众所周知，是计算机电子技术飞速发展的时期，所以各国已经开始利用当时的一些现代技术来研究机器人。随后在1962年，PUMA通用示教再现机器人在美国研制成功，标志着机器人的成熟。应该说第一个可用的机器人是1947年生产的，真正的机器人是1962年生产的。不久之后，一些机器人在英国和其他国家被开发出来。然后到了60年代末，日本人把本国国民经济的汽车工业和机器人结合起来，买了美国的专利，在日本重新研发生产机器人。到20世纪70年代，这种教学和复制机器人已经在日本工业化，出现了许多公司，如ABB、MOTOMAN、安川和许多机器人公司如OTC。他们已经将机器人产业化，批量生产，并成功运用于汽车工业，使机器人正式应用。
从20世纪70年代到80年代初，工业机器人成为产品并在世界范围内广泛应用后，许多研究机构开始研究具有传感功能的第二代机器人，瑞典ABB公司、德国库卡机器人公司、日本几家公司和日本FUNAC公司都在工业机器人方面取得了很大成就。与此同时，我们也看到机器人的应用领域在不断拓展。从一些工业应用拓展到服务业，拓展了工作空间，在海洋空间、医疗服务等行业都有应用。所以从这张图我们可以看到机器人发展的几个过程。
所以综上所述，我们认为机器人有三个发展阶段，也就是说我们习惯把机器人分为三类。一种是第一代机器人，也叫示教再现机器人。它通过计算机控制多自由度机器。通过示教和存储程序和信息，在工作时读出信息，然后发出指令。这样机器人就可以根据当时人教的结果反复。再现这种动作，比如一个汽车的点焊机器人，只要它教过点焊工艺，它总是重复这样一种工作。它对外界环境，这个力的大小，这个工件的存在，焊接的好坏都没有感知。它不知道，所以其实这种从第一代开始的机器人就有它的缺陷。因此，在20世纪70年代末，人们开始研究第二代机器人。它被称为有感觉的机器人。这种有感觉的机器人在某种功能上类似于人的感觉，比如力、触觉、滑动、视觉、听觉。它有各种各样的感觉。比如机器人在抓取物体的时候，其实是可以感受到力的，可以通过视觉感受和识别物体的形状、大小、颜色。抓住一个鸡蛋，它可以通过触觉知道它的受力和滑动情况。
那么第三代机器人，也是我们在机器人学上追求的最高级阶段，叫做智能机器人。所以只要我们告诉它做什么，它就能完成动作、感性思维、人机交流的功能和作用。所以目前的这种发展只是相对于这种智能在某些部分的概念和意义，而真正完整的智能机器人其实并不存在，只是随着科技的不断发展。
然后从三代机器人的发展，另一方面从应用的角度对机器人进行分类，比如工业机器人，包括点焊、弧焊、涂装、搬运、码垛等。我们把这种在工业场地工作的机器人统称为工业机器人，所以从不同的应用场合来说，从水下机器人到空间机器人，也有农林牧。医用机器人叫医疗机器人，包括娱乐机器人，建筑和房间用的机器人，所以从应用分类的角度来说，包括行业和应用，也可以这么简单的分类。
我简单介绍一下我国机器人发展的基本情况。刚才我提到日本和美国在60年代就开始研究机器人，因为我们国家还有很多其他的因素和问题。我们国家正在研究机器人。20世纪70年代末，我们在北京举办了日本工业自动化产品展览会。这次会议有两个产品，一个是数控机床，一个是工业机器人。这个时候我们国家的很多学者看到了这样的方向，开始研究机器人，但是这个时候的研究基本局限于理论探讨阶段。然后机器人研究的真正时间是七五、八五、九五、十五期间，发展最快。正是在1986，我们国家设立了863计划，这是一个高技术发展计划，把机器人技术作为一个重要的发展主题。国家投入近几亿美元开始机器人研究，使得我国在机器人领域发展迅速。
目前主要机构如中科院沈阳自动化所、北京自动化所、原机械部、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学、中科院北京自动化所等。做了非常重要的研究工作，取得了很多成果。而且这几年我们国家很多机构都在搞机器人研究，很多研究生、博士生都在搞机器人研究。目前我们国家有代表性的研究，包括工业机器人、水下机器人、空间机器人、核工业机器人，应该处于世界领先水平。总的来说，我们国家和发达国家还有很大的差距，主要是我们国家在机器人产业化方面还没有固定的、成熟的产品，但是我们在这些水下、太空、核工业、一些特种机器人方面取得了很多有特色的研究成果。
我简单介绍一下工业机器人的一些信息。迄今为止，工业机器人是最成熟、应用最广泛的一类机器人。目前世界总销量165438+万台，这是1999的统计，但这165438+万台已经配备使用，这个量也是75万台。总的来说，日本在工业机器人领域排名第一，成为机器人王国，美国也在快速发展。目前在新安装机器人数量上已经超过日本。我国刚刚进入工业化阶段，已经开发了多种工业机器人样机，但其中一部分是小批量用于生产，这也是日本、美国和我国工业机器人的对比。
这是一款点焊机器人，主要针对汽车生产线，提高生产效率，提高汽车焊接质量，降低工人劳动强度。它的特点是用机器人点焊两块钢板时，它需要承载一个很大的焊钳，一般都在几十公斤以上，所以它的速度需要每秒1.5到2米的高速运动，所以一般有五到六个自由度，负载30到120公斤，工作空间很大，大概两米左右。这样的球形工作空间，运动速度很高，所以自由度的概念，也就是相对独立运动的部件数量，相当于我们的人体。腰部是一个旋转自由度。我们的大臂可以抬起，小臂可以弯曲，所以这是三个自由度。同时，手腕也有三个自由度来调整姿态。所以一般的机器人有六个自由度，在空间上完全可以实现三个位置，三个姿态。当然也有少于六个自由度和多于六个自由度的机器人。
弧焊机器人也是工业机器人的一个重要方面。比如我们车的后轮轴焊接的时候，是连续焊接的，所以它的特点是连续轨迹控制，所以要求轨迹精度非常高，一般来说也是五到六个自由度。因为它的焊枪比较小，能有五到十公斤。这一方面是国际国内广泛使用的一种机器人，另一方面是像搬运和铆接。在这些工作场所，如搬运，主要要求机器人有很高的速度和很大的运载能力。比如日本的大库机器人，可以负重300公斤，抓取，搬运，码垛。
第二类是服务机器人。随着工业化的发展，特别是近十年来，机器人开发的应用领域不断扩大。目前来看是一个很重要的功能。众所周知，机器人已经逐渐从制造业转向非制造业和服务业。刚才说的汽车制造属于制造业，但服务业包括保洁、加油、救护、抢险救灾等。，都属于非制造业和服务业。那么和工业机器人相比，它有一个很重要的区别。它主要是一个移动平台，可以移动和移动，上面有一些手臂进行操作，同时还配备了一些力传感器，视觉传感器，超声波测距传感器等等。它通过识别周围的环境来判断自己的运动，完成一些工作，这是服务机器人的一个基本特征。
比如这里有几张图。这是在美国。他们开发了像大型客机一样的清洁工作。如果人做起来很重的话，那么庞大的身躯打扫起来就会很重，很不方便。然后他们用这个机器人来实现这些像飞机一样的清洁工作，包括一些国家研发像高楼一样的清洁机器人，也是服务行业的机器人，包括家里用的。也有一些酒店和一些公共场所使用这种清洁机器人来清洁地面，包括可以自动收集散落球的网球场。这些机器人也存在。
另一方面，服务机器人的应用在汽车加油机器人上也很有意思，包括一些加油站，都是用自动计量装置来实现这一切的自动计量，但是还是靠人来操作。但是可以看到在美国的一些高速公路上，车流量很大，包括晚上给汽车加油，工作非常复杂，所以现在很多国家都在研发这种自动加油机器人，可以自动测量，自动投放。
导盲机器人类似于小狗的形状，是考虑到盲人的安全。它可以判断道路上的一些障碍物，移动的车辆和行人，以引导盲人安全行走，这对于提高盲人的安全性是非常必要的。
然后是导游礼仪机器人，也是服务机器人，体现了一种智能和代表性。在很多大公司，它需要宣传自己的产品。它制作一些各种卡通造型的机器人，可以和人进行简单的对话，介绍产品等。，可以在一些酒店接待一些客人等等增加企业或酒店的社会影响。
家务机器人主要体现在它可以定期清洁和吸尘地毯和地板。它是一个有趣的机器人，它有传感器，它可以识别家具和人，它可以按照一个规律自动清洁地面，这也是一些机器人在家务劳动中的表现。
现在，许多国家都在发展像动物园、娱乐中心和迪士尼这样的大型公园。为了增加趣味性，它开发了模仿者，包装成各种各样的人。它会说话，会唱歌，会表演，这样它就可以和人交流了。这类机器人还包括将机器人包装成各种有趣的动物，如恐龙、大象、狮子和一些卡通造型的小动物。它已经像动物一样完成了一些动作的模仿，模仿了它的声音，同时还能与人交流。尤其有趣的是一个弹钢琴的机器人。早期在日本的时候，它演奏了一首世界闻名的歌曲，在当时的机器人界引起了很大的轰动。所以这个机器人的特点要求手指非常灵活，自由度大，而且在玩的过程中，还需要很强的控制和感官控制，所以是相对而言的。
还有像这个机器人一样的演奏者，包括它的小提琴演奏，这是乐器中最复杂最难的乐器。它可以通过音乐演奏小提琴，以及控制、协调、速度等。必须自动选择或判断，包括这也是机器人在表演，等等。在服务机器人方面是一个非常广泛的应用领域，越来越贴近人们的需求。所以总结起来，有四个关键技术。一个是移动机构，不同于工业机器人。大多数服务机器人是移动的，包括轮式、履带式和步行式，包括组合式。这种移动机构具有感知环境的能力，这也是服务机器人最重要的特点，因为它所处的环境不像工业机器人的固定环境。固定的框架，固定的外观来实现，那么这个环境可能是未知的，可能是变化的，包括清洁机器人，房子的形状，每个家庭的外观，家具的摆放都不一样，甚至有人在走路。这些非结构化的环境使它能够准确地描述、感知和判断。在这方面，说明服务机器人具有一定的人类智能的功能。
另一方面是能源技术。众所周知，早期的人形机器人都是配有“辫子”的。由于其能量供应不足，电池能量非常小。所以这种服务机器人现在要求密度高，输出电压相对恒定，内阻低，耐高温，成本低，特别是在高密度方面。因此，能源技术是移动机器人未来发展的关键问题，控制技术也是如此。在感知环境的过程中，控制技术也需要与人进行交互。既然是服务，人总要与之接触，那么如何与人交互就需要一个开放友好的连接界面，包括语音功能和图形化编程方式。
另一方面，世界上在农业、林业和牲畜机器人方面取得了一些重大进展。我们也在讨论农业机器人和林业机器人在我国是否有必要。那么对于一些发达国家来说，农业人口非常有限，包括一些农副产品和松子的采集，这是一件非常麻烦的事情。在这种情况下，机器人可以通过形状和颜色来处理西红柿和苹果等水果。判断它的成熟度，然后采摘，这个研究确实提高了农业自动化的一个方面，包括我们国家已经研制成功了嫁接机器人，它可以在嫁接和机器人采摘后自动连接两根树枝，然后把树枝包起来。这项研究在中国农业大学已经研发成功，还包括林业机器人，主要采摘农林产品，比如松子，还包括树根。伐木的时候，要把它拔出来种树。更有意思的是，在畜牧业方面，包括澳洲在内，羊的种类很多。他们国家产量最大的一个行业，比如羊，剪羊毛量很大，所以人力有限，所以致力于研发一款剪毛机器人。首先，它通过机械手固定一只羊，并通过摄像头识别它的形状。使用这种所谓的剪刀，然后根据它的形状自动把羊毛挑出来，同时又不损伤它的皮肤，因为一只羊长得很像，所以它的操作难度很大，对环境的感知要求很高，所以这个技术也很复杂。
在国外，工程机器人的使用量和需求量正在逐渐增加。建筑机器人主要解决这个问题。像我们的筑路机器人，他们也需要施工机器人，包括喷涂，挖掘机，包括一些建筑的模块化预制板，都需要一些自动化的设备，包括家庭装修，比如墙绘，也是很大很脏，对人体有害。现在一些外国公司正在开发面向家庭的绘画机器人。
还有像食品包装、缝纫之类的东西，也就是说服务型家庭、食品的应用，包括香肠的包装，其实一方面提高了自动化水平，但是另一方面也提高了卫生水平。否则人类参与的话，总会带来一些不卫生的因素，包括服装裁剪。现在做衣服，人们越来越追求个性化。所以现在一些大学都在研究，包括你想要的。这包括在你站在这个区域后扫描你的体形。机器人可以自动设计出适合你体型的形状。通过你的选择和修改，机械手会自动裁剪它的面料。最后，有些生产线可以自动缝纫。在英国，许多国家也在开发这种机器人装置。
还包括消防救援机器人，日本研发的比较多，所以高层建筑一旦发生火灾，大家都知道是一件非常危险和痛苦的事情。然后，在机器人的帮助下把人从高楼里救出来，然后进行救援，包括高楼着火的时候，它可以用这个机器爬到楼里，喷水，或者切断一些电缆等等。，可以由机器人来完成。
所以医疗机器人是近五年来发展很快的一个新的应用领域，所以我们也可以看到几个方面，包括人类是一个非常珍贵的生物，所以人类的眼球、神经、血管都是非常精细的，所以如果一个人在操作的时候，一个医生来操作，一个很累，另一个手动操作的准确性还是有限的，那么这是在德国，有的大学是对着人的脊椎，比如腰椎间盘。还有一种康复机器人。比如半身不遂、偏瘫患者，发生率比较大。当他从治疗中恢复时，他需要锻炼和恢复四肢。如果医生有限，不可能一个医生天天给病人按摩或者拉，那么家属都在上班，没时间照顾。然后可以用一个机器人来影响他的手。每天强迫他运动，以达到人体肌肉的最佳恢复，这是很危险的。很多大学和一些医院都在发展像人一样的脑外科。不过已经有了很好的例子，包括北航定位和钻取人脑的工作，还有美国1000多个在人眼球上做手术的机器人。这种机器人还包括远程控制。要实现这种对人体胃肠道的操作，你可以在电视上看到，一个手指粗细的机械手，插入腹腔脏器后在屏幕上操作这个机械手，同时用激光治疗病灶。在这种情况下，人们不用在很大程度上破坏人的身体，这其实对人来说是一种解放，而且是很好的机器人，医疗机器人也很复杂。一方面，它很难自动完成各种工作。一般来说，人们参与其中。这是美国开发的林德伯格手术的一个例子。人们通过屏幕上的遥控器控制另一个机械手，实现对人腹腔的操作。在我们几年前的国家展上，美国已经成功实现了对人心脏瓣膜的手术和搭桥手术，这在机器人领域已经有了。引起了很大的轰动，包括伊索的手术机器人，它可以通过一些仪器实际检查人的一些病变，可以通过一个机械手对人的一些部位进行手术，还有遥操作机械手，很多医生都可以在机器人的参与下进行手术，包括机器人拿钳子，镊子或者刀给医生代替护士的工作，同时自动把灯光和医生的动作联系起来，医生。
然后还有几个例子，比如人体肩关节的手术，包括神经外科和神经外科，所以这个手术应该是非常困难和有风险的，但是在人的参与下，做到了准确定位，对人体的恢复非常有利。另一个体现机器人应用展示程度的研究是水下机器人。首先我们要回答为什么要研发水下机器人。那么人们已经意识到，随着土地资源的不断消耗，如何才能获得更多的资源呢？人们已经把目光投向了宇宙和水下，所以海洋的资源非常丰富。包括铜、锰、镍、钴等矿产资源，这些资源比地面资源多几千倍，这个资源非常大，包括空间。然后是海底勘探，海上打捞，水下调查和排险，包括我们看的电影泰坦尼克号，大概我们看到了一个小型机器人在水下拍摄，包括俄罗斯的核潜艇。事故发生后，其实很多大学都希望参与，可以用机器人来救援等等。另一方面，机器人在水下应用中发挥着重要作用，因为人们在海底下工作是非常危险的。这方面应该说美国、法国、俄罗斯的研究水平比较高，所以这是法国的一个水下工作机器人。在日本，潜水器“海狗”号已经到达水下几千米，开展了海底探测、采集海底部分矿物等工作。