机器人的近代演化

机器人的近代演化


干风险工作和作为玩具用的机器人展开最快，最早运用遥控机械手的
一个范畴便是搬移放射性物质。本世纪 ４０ 年代，应研讨工作需求，树立了
保管放射性元素的屏蔽间“热室”，放射性物资置于铅制容器内，可以安
全地储存和运输。但在热室内如何搬动这些材料供运用却成了一个难题。
由于材料对人体有害，需求用某种无须人类直接接触材料的办法中止搬
运，这就招致“主—从”机械手的展开。在这个系统中，处在放射环境中
的“从”机械手模拟热室外面的“主”机械手而运动。
第一只主—从机械手是雷・哥茨等人于 １９４４ 年在美国国度实验室中研
制的。在这个系统中，热室内外的主—从手之间由机械结合。操作者直接
支配主手，使之运动，从而驱动从手运动。但是，这种机械手联动时，常
常只能使从手做出蠢笨而艰难的动作，由于操作者无法感知从手与妨碍物
或对象的碰撞。

１９４６ 年，伯格塔按照美国的第一颗原子弹实验方案——曼哈顿方案的
央求，改良了雷・哥茨的设计。１９４９ 年，机械手可以反应信息，获得宏大
的提高。这样，从手所接受的撞击力经过反推主手而传送给操作者，使他
“感知”手与妨碍物的碰撞，从而实施更佳的控制。后来，用电气结合取
代机械结合，是机械手又一严重提高。这样用变阻器检验主关节的运动，
并将所得的信号传给伺服马达，由马达驱动机械手关节。
机械手的下一个严重提高是有了通讯设备。这种被称为“远程操作器”
的安装终于使外层空间遥控机械手呈现了。喷气发起机的实验人员根据美
国国度宇航局空间实验的需求，在探求制造一种乖巧且通用的机器的过程
中，对远程操作器的内容作了宏大的扩展。他们以为，这种机器必需对极
远间隔提供准确的控制。他们最后制造了一种安装，控制者可借控制器和
显示器的协助对其发布指令。此设备可安装在一个悠远的环境中，有执行
指令的致动器和反应信息的传感器。这种传感器可以是电视机，也可以是
有听觉、触觉的东西。人和设备之间的间隔可以很近，也可以很远。
美国第一个登上月球和火星的机器就是一种远程传感器，它为宇航员
登上月球提供了牢靠的球面环境信息。但是，在人类操作者和远程操作器
之间传送信息所需的工夫滞后却成了一个成绩。即便对登月舱而言，工夫
滞后也显得过长，致使某些原天分够中止的实验也无法完成。纵然是 １．３
秒的滞后也会给操作者带来艰难和失控，所以有必要扩展计算机用量。例
如让宇宙飞船具有当其堕入绝境时可以自动中止飞行的功能。这就需给遥
控安装增设计算机与传感器，从而完成所需求的“现场反射”才能。
我们还是以登月实验中的控制成绩为例。假如登月舱即将掉进月球上
的一个火山口（月球表面布满火山口），而传达中止指令的工夫过长，登
月舱就能够来不及止步而堕入火山口。为处理这个成绩，加州的喷气发起
机实验室的迷信家们为他们的远程操作器设计出“现场反射”或自律反响
环节，这在机器人展开史上是一大提高。正如人类行路时所需的反响多来
自脊髓神经的现场反射、而非来自大脑一样，明天智能机器人方面的很多
工作就是希图在机器中树立这类现场反响（反射）。由于科技的不断提高，
进一步增设了声控传感器，使得明天的远程操作进一步展开了，比方，采
用了移动底盘、双臂、力反应、声反应、平面视觉、计算机控制和声指令
等。

总之，早期机械人的操作机构是相当简单的，它们的运动必须由人来
控制。后来，在这些操作机构上添加了计算机控制，扩展了它们的功用，
计算机成为这类机械人“机身”的“大脑”。计算机和机械手技术的共同
展开，最终完成了能满足许多艰难工作所需的准确运动。但明天的遥控机
械手照旧很重要，由于有些工作残缺可以自动操作，但有的工作人参与不
分操作。另外，关于某些工作很难有人中止全部操作，还需求复杂的控制
站。下面，我们将总结一下机器人学近代史中的重要事情。大家都知道，
２０ 世纪 ４０ 年代，第二次世界大战促成了美国、英国、前苏联等国政府和
企业、科研单位史无前例的严密协作，其成果也令人惊叹。这是历史展开
的一个辉煌时期，由于正是这些协作，创造了古代通讯技术、雷达、声纳、
汽车、飞机和船舶，或者使它们有了严重提高。更令人惊叹不已的是，计
算机和原子弹呈现了。
１９４０～１９４２ 年，美国哈佛大学制成了第一个自动控制器。１９４３～１９４８
年，宾夕法尼亚大学建造了第一台电子计算机。它完全不像明天我们看到
的计算机那么精致，而是装满整整一个房间的硬件，因此它在很多方面的
运用极不便当。在这个时分（１９４８），贝尔电话实验室创造了晶体管。同
一年，英国剑桥大学制成第一台可储存程序的计算机。此时把计算机的功
能引进机器已成为能够，所以一些著名迷信家便想象将计算机的智能同机
器的机械功用分离起来。沙能便是这些迷信家中的一员。１９５２ 年，他创造
了一只机械鼠，它可以学会做迷宫游戏。
１９５２ 年，美国国际商用机器公司（ＩＢＭ）的新型计算机问世，宣布了
计算机时代的到来。１９５６ 年，数控机床呈现了。这种机床采取脱机编程方
式，用穿孔纸带存储对机床的指令。穿孔带上的指令读入机床后，即可执
行程序操作。１９５９ 年，美国制造了第一台商品工业机器人，这是一台用途
轮和限位开关控制的提卸安装。１９６１ 年，美国又消费了第一台伺服控制工
业机器人。同年，塑料及电子方面的工作成就又把假肢技术推进了一步，
在美国林肯实验室里，人们把一个装有触觉传感器的远程操作器的从手同
一个计算机联接起来。这个早期试图联接计算机和机械手的讨论为后来的
机器人的展开铺平了道路。

１９６３ 年，美国机器和铸造公司（ＡＭＦ）制出产业机器人。从这一年
时，又呈现了为机器人装备各种手臂的设计。
在此时期，其他国度（特别是日本）也看法到工业机器人的重要性。
从 １９６８ 年末尾，日本的机器人制造业获得了惊人的提高。
１９６９ 年，美通用电气（ＧＥ）公司为美陆军建造的实验行走车是机器人
一项非同凡响的展开。其控制难度实非人力所能及，从而促进了自动控制
研讨的深化展开。该行走车的四腿安装所央求的为数极多的自在度是控制
的次要课题。同年波士顿机械臂呈现了。第二年又有斯坦福机械臂问世，
后来还装备了摄像机和计算机控制器。而且，随着这些机械被用作机器人
的操作机构，机器人学末尾获得若干严重停顿。１９７０ 年，美国第一次全国
性的机器人学术会议召开。１９７１ 年，日本成立工业机器人协会以推进机器
人的运用。随后推出第一台计算机控制机器人。它被誉为“将来工具”，
即 Ｔ３ 型的机器人，可力举超越 １００ 磅重的物体，并可追踪在拆卸线上的工
件。仅美国而言，在短短的二十几年内，机器人的具有量就从零添加到
６０ＯＯ 台。如小河奔腾汇入大江，机械、电气和工业技术的高度展开与交融，
终于构成了古代化的工业机器人群体。由于智能机器人的展开将赋予这类
机器更为普遍的通用性和超人的功用，今后机器人的具有量会以惊人的速
度持续增长。迷信终于把古人的梦想变为理想。可以有把握地揣测，机器
人在将来的展开，将超出我们的想象。计算机正在逐年地向小型、新颖和
低价方向展开。随着工夫的推移，机器人会不会也走这条路呢？如今，电
子学、计算机、控制和动力系统方面的新成果将为机器人的设计提供更为
有效的伎俩。公用机器人在机械工程方面的运用将是永无止境的。机器人
将在人类看法自然、改造自然的斗争中发挥宏大的作用。

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