人工智能与机器人

人工智能与机器人21.7机器人技术指标指标体系与评价内容1.3机器人分类1.1机器人发展史1.2机器人的定义1.6机器人相关主要技术与学科1.5机器人的优缺点1.4机器人化机器1.8.机器人技术展望3机器人的模样一定要像人吗？有些人认为，最高级的机器人要做的和人一模一样，其实非也。实际上，机器人是利用机械传动、现代微电子技术组合而成的一种能模仿人某种技能的机械电子设备，他是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的。然而，机器人的样子不一定必须像人，只要能自主完成人类所赋予他的任务与命令，就属于机器人大家族的成员。41.1机器人发展史1.1.1古代机器人公元前1066-前771，《列子·汤问篇》记载，我国西周时代，木偶工匠偃师，向周武穆王献上“木制伶人”，能歌善舞，栩栩如生。春秋后期，我国著名的木匠鲁班，在机械方面也是一位发明家，公元前400至350年，《墨子·鲁问篇》记载“公输子（鲁班）削竹木以为鹊,他曾制造过一只木鸟,成而飞之,三日不下”。公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了自动机----以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，可以自己开门、借助蒸汽唱歌。5公元25-220年，东汉时期，发明了“记里鼓车”，它靠传动齿轮和凸轮杠杆等机械驱动，车行一里，车上木人受凸轮的牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓，无需人手工测量计程。6指南车，它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向，不论车子转向何方，木人的手始终指向南方。7后汉三国时期，《三国志·诸葛亮传》载：“九年，亮复出祁山，以木牛运”，“十二年春，亮悉大众由斜谷出，以流马运”。木牛流马“口内舌头扭转，即不能动弹；再扭回来，复奔跑如飞。”“搬运粮米，甚是便利。牛马皆不水食，可以昼夜搬运不绝也”。81738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。进入自动机械时期第一次工业革命1.1.2近代机器人9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。101773年,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。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.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。11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。121920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》。卡佩克在剧本中把捷克语“Robota”写成了“Robot”，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。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。131950年，美国作家埃萨克·阿西莫夫在他的科幻小说《I，Robot》中首次使用了“Robotics”，即“机器人学”。机器人三定律ThreeLawsofRoboticsArobotmaynotinjureahumanbeingor,throughinaction,allowahumanbeingtocometoharm.机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观。ArobotmustobeyordersgivenitbyhumanbeingsexceptwheresuchorderswouldconflictwiththeFirstLaw.在不违反第一定律的前提下，机器人必须绝对服从人类给与的任何命令。ArobotmustprotectitsownexistenceaslongassuchprotectiondoesnotconflictwiththeFirstorSecondLaw.在不违反第一定律和第二定律的前提下，机器人必须尽力保护自己。141954年美国人（GeorgeC.Devol）乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并在1956年获得美国专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，具有通用性和灵活性。1960年，Conder公司购买专利并制造了样机。1.1.3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。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。151959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。1962年，美国万能自动化（Unimation）公司的第一台机器人Unimate在美国通用汽车公司（GM）投入使用标志着第一代机器人的诞生。1961年，Unimation公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器“Unimate”，即万能自动之意。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——美国万能自动化（Unimation）公司。由于英格伯格长期对工业机器人的研发和宣传，被称为“工业机器人之父”。161962年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出一台数控自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意，并以“IndustrialRobot”为商品广告投入市场。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。17传感器的应用1961年恩斯特采用的触觉传感器1962年托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器1963年麦卡锡则开始在机器人中加入视觉传感系统1965年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。能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置“有感觉”的机器人1820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。开始向人工智能进发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，成为第一个运用逻辑思维自行定位物体，并在物体周围移动的智能机器人。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。191967年，Unimation公司第一台喷涂用机器人出口到日本川崎重工业公司。1968年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所诞生。1972年，IBM公司开发出直角坐标机器人。1973年，CincinnatiMilacron公司推出T3型机器人。201973年美国辛辛那提.米拉克龙（CincinnatiMilacron）公司推出了第一台计算机控制的工业机器人---T3，可以力举超过100磅重的物体，并且可追踪在装配线上工件，被誉为“未来工具”。第一次机器人和小型计算机结合1978年美国万能自动化Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，标志着工业机器人技术已经成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。211978年，第一台PUMA机器人在Unimation公司诞生。1982年，Westinghouse公司兼并Unimation公司，随后又卖给了瑞士的Staubli公司。1990年，CincinnatiMilacron公司被瑞士ABB公司兼并。22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。23241997年7月4日，携带火星探路者的飞船着陆火星。探路者名叫“索杰纳”，是一个小型机器人６轮探测车，重10公斤，造价２５００万美元。它具有人工智能，使用太阳能动力。它的行驶速度最快为每分钟２英尺。它专找岩石爬，目的是搜集有关岩石成分的数据。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”。251998年世界著名玩具厂商丹麦乐高(LEGO)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，同时掀起了机器人教育的热潮。261999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，创造过20分钟内卖掉3000只的纪录，被抢购一空，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。AIBO---人工智能机器人（artificialintelligencerobot）的缩写272002年5月2日,纽约证交所，本田制造的名叫阿西（Asimo）四英尺高的白色机器人摇响开市铃声，庆祝本田在美国上市25周年，摇响了机器智能时代的开始。Advanced……新纪元Stepin……进入Innovative……创新Mobility……移动工具28SONY公司的QRIOQrio的四个型号拥有各自不同的性格：Ken的性格为对宇宙及科学等感兴趣的知识探求型，知识渊博且有独到的见解，特长为猜谜及健谈，具有与人自然交流的谈话能力；Audrey属于喜欢小孩子的稳重和蔼型，特长为朗读连环画，具有使人开心的对话技术；Charlie属于喜欢电影及音乐的逗人开心型，擅长舞蹈与运动，能够进行全身协调地运动控制，可以随音乐起舞；Marco对时装及艺术感兴趣，活泼但“不够稳重”，特长为唱歌，可以根据声音合成展示丰富的音乐内容。Qrio最吸引人的不是功能上的进步，而是它完全模拟人类独有的“性格”。292002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它拥有的数学运算法自动设计行进路线，可以能避开障碍，察觉陡坡以免摔下楼梯，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。30伊拉克战争中，美国马萨诸塞州伯灵顿的iRobot公司制造的PackbotEOD炸弹处理型机器人在伊拉克战场上大显身手，帮助士兵排除炸弹。“徘徊者”无人战车31日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。60～70年代是机器技术获得巨大发展的阶段。80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生第二代机器人。3290年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型（第三代）机器人发展。随着机器人技术的发展形成了新学科—机器人学。建立了相应学术组织，定期举办学术活动。国际会议：ISIP、IEEE——IROS、ICR&A等。国际杂志：《RobticsResearch》、《Robotica》、《RoboticsandAutomation》等。331.1.4机器人在中国70年代末，中国科学的春天到来，对机器人的研究也开始起步。1981－1985：中国第六个五年计划阶段