机器人简述

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在制造业中，工业机器人甚至已成为不可少的核心装备，世界上有近百万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。机器人的出现是社会和经济发展的必然，它的高速发展提高了社会的生产水平和人类的生活质量。 　　服务机器人可以为您治病保健、保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹……在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求质量很高，人难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人员无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等……这些人们干不了或干不好的领域变成了机器人大显身手 功能： ■去年圆形自动真空吸尘器在市场上大出风头 　　有谁会想到，在21世纪初，飞碟形状的吸尘器的技术水平竟然代表了当前家用机器人技术的最高水平。去年，iRobot公司生产的圆形自动真空吸尘器“鲁姆巴(Roomba)”在市场上大出风头，一年内超过20万的消费者购买了“鲁姆巴”，销售额达数百万美元。其他像伊莱克斯等公司也在销售同类产品，只不过它们的价格高一点儿而已。现在看来，机器人真空吸尘器正在受到消费者的广泛欢迎。 　　■“鲁姆巴”现象仅仅是家用机器人市场的冰山一角 　　但是，这些产品只是别人的玩物，还是一种新潮流的开始?以销售工业机器人和军用机器人为主要业务的iRobot公司的两位创建者之一海伦·格林纳表示，“鲁姆巴”现象仅仅是家用机器人市场的冰山一角。咨询服务公司“机器人技术潮流”的丹·卡拉对格林纳的话表示赞同，但他又同时指出：“‘鲁姆巴’的技术可能在目前的家用机器人领域处于顶尖水平。” 　　■家用机器人的发展 　　即使这是事实，但考虑到机器人市场整体发展状况，家用机器人的发展还是相当令人失望的，上个世纪的大部分时间里，家用机器人一直在困境中挣扎。1939年，西屋电气公司在纽约举行的世界博览会上展示了该公司生产的机器人“Electro”，从此，机器人迷开始幻想有一天世界到处是无线的机器人帮手，它们可以洗碗、洗衣服，叫它干啥，它就干啥，而且永不疲累。 　　然而时至今日，这种机器人仍然只存在于科幻小说中，在现实世界中，它们的发展前景还难以捉摸。不过乐观者现在也有理由高兴，因为他们认为“鲁姆巴”和像索尼公司的机器狗Aibo等机器人玩具的成功，再加上电脑成本的下降，这一切可能意味着人们长期翘首以盼的机器人大市场会在不久的将来触手可及。联合国欧洲经济委员会(UNECE)最近公布的一份报告称，家用机器人市场开始起飞。 　　■工农机器人 　　尽管人们都渴望家用机器人的出现，但毫无疑问，机器人对制造业的冲击是最大的。工业机器人的历史可追溯到40多年前，当时汽车制造商率先在汽车生产中使用机器人。1961年，大众汽车公司使用了第一个工业机器人———通用机械臂。 　　即使当时计算机的成本十分昂贵，但机器人仍充分展现了它们的价值，证明电脑控制的机器人在一些工作领域中的表现要比人出色得多。此外，机器人还可以毫不疲倦地工作，永远不会罢工。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)统计，目前世界上大约共有80万个工业机器人，2003年上半年工业机器人的需求量不断上升，与2002年同期相比，需求量增长了创纪录的26%。工业机器人需求的增长主要是因为价格下降，2002年机器人的售价还不到1990年机器人售价的五分之一。今天，在日本、德国和意大利的一些汽车生产厂家，每十个制造工人当中至少有一个机器人。 　　同样，农业机器人的用途也越来越广泛，农业机器人每年收获的农作物达数十亿吨。有的机器人(6条腿)可以上山伐木，有的可以爬树摘果，有的可以挤牛奶，有的则可以擦玻璃、洗汽车和洗飞机。 　　■家用机器人 　　工业机器人的市场前景看好，它有着56亿美元的巨大市场，而且还以每年7%的速度增长。但据联合国欧洲经济委员会(UNECE)的报告预测，未来3年内需求增长速度最快的将会是家用机器人，而不是工业机器人。UNECE的报告预测，机器人玩具、机器人剪草机及机器人真空吸尘器等家用机器人的销售量将在2002年至2006年间增长10倍，从而一举赶上工业机器人的市场份额。 　　■智能机器人可能是最近几年进入家庭的又一个“大件” 　　研制机器人所需要的零部件的价格不断下降，研制性能不断提高，机器人视觉的研究不断深入，同时，机器人的控制系统和通信系统也相继取得重大突破，使许多国家级科研机构更加充分地认识到机器人的广阔前景，在这方面的投资力度空前加大。据悉，美国军方和宇航局已经在诸如机器人视觉等机器人研究和相关领域投入了数十亿美元，而且已经得到了可观的回报。最近，机遇号和勇气号火星探测器不仅成功登陆火星，还在火星表面“横冲直撞”，向地球发回了大量珍贵数据，找到了火星上曾经有大片海水的证据，轰动了世界，引起了世界性的火星热。这两个登陆器的性能相当先进，地面控制人员不需要给它们发确定行驶路线，因为早就给它们安装了识别并避开障碍物的电脑程序。 　　美国一家咨询机器的分析师纳维·拉德乔表示：“第一代机器人的出现促进了全球经济的发展。第二代更灵活、更智能的机器人会做更多的、难度更大的工作。”UNECE的一份报道指出，智能机器人可能是最近几年继个人电脑、移动电话或互联网之后，又一项迅速进入家庭的“大件”，开始为千家万户提供优质服务，而且它的增长呈发散之势，前景十分喜人。 　　■首先大量进入家庭的可能会是机器人玩具 　　然而，如果机器人真的走入寻常百姓家，它们会是什么样子呢?它们又能为我们做些什么呢?首先大量进入家庭的机器人可能会是机器人玩具。在过去两年里，机器人玩具一直是世界上最畅销的玩具。 　　当然了，一旦把它们与网络连起来，它们就不仅仅是玩具了。如果把单个的机器人、无线系统、物美价廉的摄像机都通过一台电脑整合在一起，那么，当你外出度假时，机器人就完全可以承担起替你浇花的工作，你还可能通过这位机器保姆的眼睛和耳朵，随时了解家中的情况，再也不用担心家里失窃或发生火灾了。索尼公司生产的机器狗就可以与一台电脑无线连接，这样你就可以在它在房间里走来走去的时候，通过它的眼睛，实时监控家中的一切。 　　■照顾老年人应该是机器人工业重点追求的目标 　　机器人在家庭中另一个重要用处可能是照顾、帮助老弱病残者。日本的本田、三菱和韩国的科学技术院都在设计可以帮助老弱病残者从一个房间进入另一个房间的机器，这样的机器还能帮着喂食、喂水、开关电视，甚至在必要时还可以帮着打电话叫医生。当然，研制这类机器人的难度相当大，但通用机械臂的发明者乔·恩吉尔伯格觉得，照顾老年人应该是机器人工业重点追求的目标。他说：“每一个工业化国家现在都面临着同样的问题，这就是老龄化问题，老年人的数量增长迅速，他们需要人手照顾，但在年轻人成为稀缺资源的情况下，机器人无疑是个不错的选择。” 　　■机器人要成功进入家庭首先要提高可靠性 　　由于人类的居室是根据人的特点设计的，所以，家庭机器人最好设计成人的样子。日本的本田、三菱和丰田等公司都在研制这种类型的机器人，而且已经取得了技术上的优势。但恩吉尔伯格指出，机器人要成功进入家庭首先要提高可靠性，另外就是突破价格瓶颈。他说：“你必须向人们展示，这种东西是如何进行自我判断的。” 　　一个不争的现实是，虽然电脑技术的迅猛发展促进了机器人的研制，但机器人技术的发展已经大大落后于电脑技术的发展。关于研制照顾老年人的机器人的问题已经谈论了好多年了，但真正令老年人满意的机器人仍未问世。当然，也有人把机器人“鲁姆巴”的成功视为新机器人时代的黎明。 　　为了能够尽快地扑灭火灾，防止火灾的进一步蔓延，寻找火灾根源，采取近距离作战的灭火方法是提高灭火效能的最佳途径，但是，凶猛的火灾往往使勇敢的消防队员无法靠近。 　　在化学灾害的处置过程中，由于事故现场的情况十分复杂，泄漏物的毒性、腐蚀性、易燃易爆特性或放射性等物质会使消防队员处于更加危险的境地。 　　谁能够帮助我们可爱的消防队员把灭火、救人和消灭化学灾害事故的处置工作做得更好？谁能够代替他们去承受死亡的威胁？答案是：消防机器人。 　　消防机器人往往需要在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环境中进行火场侦察，化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业，因此，作为某种特定功能的消防机器人应该具备以下某项或几项行走和自卫功能： 　　a.登爬坡、登梯及障碍物跨越功能； b.耐高温和抗热辐射功能； c.防雨淋功能；d.防爆(隔爆)功能； e.防化学腐蚀功能； f.防电磁干扰功能； g.遥控功能等。 　　我在中国已安家 　　自20世纪80年代末开始，我国消防部队装备归口研究单位公安部上海消防科学研究所，在公安部的支持下曾多次对作为灭火消防机器人重要组成部分的远控消防炮系统及相应的研究试验技术进行了立项研究，重点解决远控消防炮系统在油码头等场合的工程应用问题，目前该成果已成功地应用于我国众多的油码头、油罐区和飞机维修库等场合，相关产品在国内占据了80%以上的市场份额，产品和工程应用技术已经比较成熟，为我国消防机器人的研究奠定了良好的基础。 　　1998年8月，由安部上海消防科学研究所承担，在上海市科委立项的“自行式消防炮”(六轮消防灭火机器人)通过了专家鉴定。次年，由该所研制的“履带式消防灭火机器人”也顺利完成。2000年6月24日，由公安部上海消防科学研究所、上海交通大学和上海市消防局三家单位共同承担的国家“863”项目“履带轮式消防灭火侦察机器人”研制成功并顺利通过国家验收。 　　六轮消防灭火机器人六轮消防灭火机器人是由悬挂式六轮行走机构、远控消防炮、环境与车体内部温度探测系统、水喷雾冷却自卫系统、水和泡沫灭火剂供给系统、有线电力供应及控制系统等构成。可在后方操作员的指挥下深入火灾的关键部位，利用后方供给系统输送的灭火剂和洗消剂，进行喷射灭火和化学洗消。通过更换消防炮的喷嘴，可以实现直流喷射和喷雾的转换。具有爬坡与跨越障碍物能力强、喷射流量大、喷雾冷却自卫效果好的特点。 　　六轮消防灭火机器人正在进行新的一轮改进工作，将有线电力供应改为由自带发动机提供动力，将有线控制改为无线控制，将驱动方式由电动改为液压驱动。改进后的六轮消防机器人将在保持原有优点的基础上进一步提高其操作和行走的灵活性以及火场作战的实用性。 　　我有潜力等你挖 　　我国大约有30家左右的高等院校和研究院所在从事各类机器人的研究工作，自1971年以来，已在机器人的感觉识别、操作、移动技术、人机接口技术、智能化技术等方面取得了可喜的成就，部分科研成果，如工业装配、焊接、喷涂、搬运、探伤、水下作业、过程测量机器人等已进入实用阶段，某些控制、传动元器件的产品技术已接近国际先进水平，为我国消防机器人全面发展创造了良好的环境条件。 　　近年来，我国消防机器人的研制工作得到了政府有关部门的支持。本文介绍的由我国自行开发的三种机器人都是在有关政府部门的支持下完成的。我们相信“十五”期间有关部门将会继续大力支持我国消防机器人的研制开发工作。同时我们高兴地看到，在全国各地的消防部队中已经有越来越多的消防指战员认识到使用消防机器人的重要性，消防机器人的市场需求正在逐步形成。 　　我们以为，我国消防机器人的研究应先易后难，边研制边推广，循序渐进，不断提高。可在目前已完成的灭火机器人，火场侦察机器人的基础上逐步开展破拆、救人以及多种功能组合的消防机器人开发工作；控制方式可先从有线、无线的远距离程序控制开始，逐步向自适应型消防机器人发展。发达国家在消防机器人发展方面的成功经验可为我们提供良好的借鉴，我们应在结合我国现有工业和技术基础，充分利用有关研究所、学校、企业及使用部门的技术力量的同时，加强国际间的技术交流与商务合作，迅速缩短与发达国家在该领域的差距；消防机器人的开发应尽可能多采用成熟技术，注意配套技术，如运载底盘、监控等技术的发展，确保消防机器人使用的可靠性与实用性。今后的5至10年是我国消防机器人发展的大好时机，我们应该通过全社会的共同努力，使我国消防机器人的系列、规格、技术质量以及战术应用水平达到工业发达国家目前的水平。 　　我们相信在不久的将来，一个由政府支持，研究所、企业和广大用户积极参与，以国际大市场需求为龙头，以高新技术为先导；以保护消防指战员生命，提高消防部队的作战能力，减少火灾损失为目标的消防机器人产业一定会在我国蓬勃兴起。
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