机器人与机器人仿真技术(zz)

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一.机器人简介：

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^[1]。

同时，机器人的研究和开发制造一直将下面三条原则作为机器人开发的准则。即：

第一条：机器人不应该伤害人类；

第二条：机器人应该遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

第三条：机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外^[2]。

二．机器人技术的发展：

1.机器人在国内的发展过程:

在我国，机器人研究的起步较晚，我国工业机器人总装机量约为1200台，其中国产机器人占有量约l/3，但发展步伐较快，已经在工业机器人、特种机器人和智能机器人等各个方面取得了显著的成效，为我国机器人学的发展打下了初步的基础。我国的工业机器人起步于20世纪70年代初。经过30多年的发展，大致经历了3个阶段^[3]：

(1)20世纪70年代的萌芽期，机器人技术的发展较为缓慢，许多研究机构所作的努力均未获得成功。随着自动控制理论、电子计算机和航天技术的迅速发展，人工智能学界开始对机器人产生浓厚的兴趣，他们发现机器人的出现与发展为人工智能的发展带来了新的生机，随之机器人技术也进入了一个新的发展阶段。我国于1972年开始研制工业机器人，由上海起，接着天津、北京、吉林、哈尔滨、广州、昆明等十几个研究单位和院校分别开发了固定程序，组合式、液压伺服型通用机器人，并开始了机构学、计算机控制和应用技术的研究，这些机器人大约有三分之一用于生产。

(2)20世纪80年代的开发期，机器人生产继续保持70年代后期的发展势头。80年代尤其是后5年，又吸引了160多个单位从事机器人及其相关技术的研究，形成了京津、东北、华南等机器人技术地区，培养了一支2000多人的工业机器人设计、研制、应用队伍，造就了一批机器人专家。1985年，我国在“七·五”科技攻关计划中将工业机器人列入了发展计划，由当时的机械工业部牵头组织了点焊、弧焊、喷漆、搬运等型号的工业机器人攻关，其他部委也积极立项支持，形成了中国工业机器人第一次高潮。1986年，我国再一次将智能机器人列入了高技术研究发展计划，成立了专家组，规划和领导机器人先进技术研究与应用工作。使我国的工业机器人技术发展基本可以立足于国内。

(3)20世纪90年代的实用化期。90年代，在863计划的支持下，在发展工业机器人的同时，也对非制造环境下的应用机器人问题进行了研究，并取得了一批成果。20世纪90年代初期，我国主要开发喷漆、点焊、搬运、装配等机器人，到了90年代中期，已经选择以焊接机器人的工程应用为重点进行开发研究，到了90年代末，主要是实现国产机器人的商品化，为产业化奠定基础的时期。经过广大科技工作者的辛勤努力，在2001年举办的863计划15年成果展上，863计划机器人主题有58项关键技术和应用基础技术研究成果达到国际先进水平，先后获得国家科技进步奖21项，省部级科技进步奖116项，发明专利48项，实用新型专利125项，发表学术论文5725篇。开发了7种工业机器人系列产品，102种特种机器人，实施了100余项机器人应用工程。其中 “九·五”863计划“机器人化工程机械现代集成制造应用工程”， 攻克了一大批制约工程机械产品研发的关键技术，研制出了新一代铲运机械、压实机械和路面机械，促进了国产工程机械技术升级换代，极大地提高了国产工程机械的市场竞争力。但是我们必须看到，我们国家的机器人技术与发达国家相比还有一定的差距，比如我们的仿人机器人与日本的相比，在整体上还有不小的差距，主要体现在运动稳定性、协调性、功能和外观等方面。我国现在己是国际先进机器人协会的成员国，机器人技术比较发达的国家如美、同、法、德、意、英都是成员国，目前该协会有13个成员国。这说明我们在特种机器人方面，我们国家的水平与国外的差距正在逐步缩小。

进入21世纪，机器人己成为现代工业不可缺少的重要工具，它标志着工业的现代化程度。机器人是一门高度交叉的前沿学科，引起许多不同专业背景的人们的兴趣，如机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、人工智能、社会学等。机器人包含机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器人智能化等领域^[3-7]。

2.机器人在国外的发展：

美国

美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称”机器人王国”的日本起步至少要早五六年。经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。综观它的发展史，道路是曲折的，不平坦的^[8]。
　由于美国政府从60年代到70年代中的十几年期间，并没有把工业机器人列入重点发展项目，只是在几所大学和少数公司开展了一些研究工作。对于企业来说，在只看到眼前利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守在使用刚性自动化装置上，也不愿冒着风险，去应用或制造机器人。加上，当时美国失业率高达6．65％，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此不予投资，也不组织研制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。70年代后期，美国政府和企业界虽有所重视，但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业机器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强的竞争力。
　进入80年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。
80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60％的机器人市场。
　　尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在：
（1）性能可靠，功能全面，精确度高；
（2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；
（3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用；
（4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。

英国
　早在1966年，美国Unimation公司的尤尼曼特机器人和AMF公司的沃莎特兰机器人就已经率先进入英国市场。1967年英国的两家大机械公司还特地为美国这两家机器人公司在英国推销机器人。接着，英国 Hall Automation公司研制出自己的机器人RAMP。70年代初期，由于英国政府科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的Lighthall报告，对工业机器人实行了限制发展的严厉措施，因而机器人工业一蹶不振，在西欧差不多居于末位。
　但是，国际上机器人蓬勃发展的形势很快使英政府意识到：机器人技术的落后，导致其商品在国际市场上的竞争力大为下降。于是，从70年代末开始，英国政府转而采取支持态度，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施，如广泛宣传使用机器人的重要性、在财政上给购买机器人企业以补贴、积极促进机器人研究单位与企业联合等，使英国机器人开始了在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期。

法国
　法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。
　法国机器人的发展比较顺利，主要原因是通过政府大力支持的研究计划，建立起一个完整的科学技术体系。即由政府组织一些机器人基础技术方面的研究项目，而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国企业界很快发展和普及.

　德国
德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。这里所说的德国，主要指的是原联邦德国。它比英国和瑞典引进机器人大约晚了五六年。其所以如此，是因为德国的机器人工业一起步，就遇到了国内经济不景气。但是德国的社会环境却是有利于机器人工业发展的。因为战争，导致劳动力短缺，以及国民技术水平高，都是实现使用机器人的有利条件。到了70年代中后期，政府采用行政手段为机器人的推广开辟道路；在”改善劳动条件计划”中规定，对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。日尔曼民族是一个重实际的民族，他们始终坚持技术应用和社会需求相结合的原则。除了像大多数国家一样，将机器人主要应用在汽车工业之外，突出的一点是德国在纺织工业中用现代化生产技术改造原有企业，报废了旧机器，购买了现代化自动设备、电子计算机和机器人，使纺织工业成本下降、质量提高，产品的花色品种更加适销对路。到1984年终于使这一被喻为”快完蛋的行业”重新振兴起来。与此同时，德国看到了机器人等先进自动化技术对工业生产的作用，提出了1985年以后要向高级的、带感觉的智能型机器人转移的目标。经过近十年的努力，其智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位