第一章机器人简介.

信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》RoboCup机器人大赛基础信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》一、机器人发展简史——人类的梦想和追求1.1“机器人”术语的产生1）古代的幻想和追求•人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作•古代的追求（表1.1)2）“机器人”一词的发明1920年捷克作家卡雷尔·卡佩克的科幻剧本《罗萨姆的万能机人:罗萨姆公司把机器人作为工业产品推向市场,从事繁重的劳动。后来,公司使机器人具有了感情,机器人成了人类生活中必不可少的成员。该剧预告了机器人的发展对社会的影响。剧中把捷克语“Robota”(农奴)写成“Robot”(机器人)。信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》年代发明发明人西周时期中国就研制出了能歌善舞的伶人春秋后期墨经》记载，制造木鸟，能在空中飞行三日鲁班公元前2世纪自动机，它是会动和唱歌的雕像，气压驱动希腊人1800年前的汉代计里鼓车。车行1里/车上木人击鼓一下，车行10里/击钟一下张衡后汉三国时期发明“木牛流马”，运送军粮诸葛亮1662年日本用钟表技术发明了自动机器玩偶，在大皈演出竹田近江18世纪末端茶玩偶，它可为客人端送茶水若井源大卫门1738年法国发明会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会排泄的机器鸭杰克·戴·瓦克逊1773年瑞士利用齿轮和发条原理驱动的高级玩偶玩具，具有绘画和演奏动作努萨蒂尔信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》塔罗斯•最早出现关于“人造人”的神话故事：当推公元前3世纪的古希腊神话“阿鲁哥历险船”。它叙述了古代克里特岛国一位著名发明家戴德洛斯为国王铸造了一个巨型青铜人，取名“塔罗斯”，国王赐封“塔罗斯”为海防保卫官。“塔罗斯”忠心耿耿地为国王守卫海岛，每天巡岛三次，防止别人偷袭这个岛屿。“塔罗斯”具有惊人的力气，能毫不费力地搬起巨石砸沉来犯船只，并能将青铜铸成的躯体变得赤热火烫，烧死任何妄图靠近的敌人，而它自己却是刀枪不入，敌人对它无可奈何信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》偃师造人•我国关于机器人的最早记载•2900多年以前有—天，偃师找到周穆王对他说:“我叫偃师，是一个做手艺的匠人。我毕生都在做一件巧妙的东西。现在我已经老了，东西也做成了，我想献给大王。”周穆王问道：“你要献给我的东西呢?”偃师指着身边的年轻小伙子恭敬的回答道：“大王，我要献给您的就是这个机器人呀！它可以逗您开心、供您取乐呢！”周穆王听了很惊奇，他从椅子上站起来，因着年轻小伙子转了一圈。在他面前的这个小伙子长得十分漂亮，穿着鲜艳的衣服。小伙子在偃师的示意下，嘴唇一动，开始唱起动听的歌曲，随着节拍的变化，脑袋还一摇一晃的。几曲唱完，小伙子又眺起舞来，只见它双手合着曲子购旋律不停地舞动着。周穆王看后喜不自禁，立即收下宝物信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》木牛流马•每头木牛一次驮的粮食，可供十个土兵吃一个月。按每人每月40斤粮食计算。那么，一头木牛一次就可以驮400斤。这么大的工作量，还不用吃东西。流马的构造就更奇特了，流马是供押运粮草的士兵们坐的，但马的肚子是空的．一边安装了一个大盒子，每个盒子可装200斤大米。人坐在流马上押运粮食信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》海隆的自动偶人•据说最初创造出自动偶人的是两千年以前希腊一个名叫海隆的人。创制了各种各样新奇的机器，还让自动偶人演剧。据说这个剧中的一切都是自动机器操作的。那可能是利用重锤、滑车、齿轮等组成的。•海隆还想到了各种机器，其中有自动门、圣水自动销售机、自动风琴等，和现在使用的这类东西的结构相同信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•随着科学技术的发展，人们对“人造人”的幻想和探索从以前的带着迷信和神秘色彩逐渐向科学型幻想迈步。19世纪的科幻小说中出现的“人造人”已一扫古代神话和中世纪传说中的那种似人非人的外形，作者笔下的“人物”是基于当时科学技术水平基础之上加以充分发挥的浪漫想象力而塑造出来的。信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•1879年法国作家比利哀·德·利拉丹笔下《未来的夏娃》中美丽的“阿达里”姑娘是个“人造人”。•它外表和真人一模一样，肌肉容有弹性，皮肤柔软，但它的内脏却是用齿轮、电线、电钮等组成的复杂而精密的机械零件。“阿达里”能像人一样活动自如．它的生命来源于电能。更令人叫绝的是它还能如人一样地思考，因为在它的头脑里装有类似于现在电脑一样的东西。这种幻想中的“人造人”的结构完美程度反映了当时的自动化装置技术发展的程度，以及人们对未来机器人的大胆设想，因此作家称其笔下的“阿达里”姑娘为“安德洛伊德”此词源于拉丁语，意思是：与人完全相似的东西信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》会活动的鸭子•法国的机械技师鲍堪松(一七O九——一七八二年)在一七三八年造出了具有齿轮装置的鸭子，在当时的百科词典中是这样描述的：“与活着的动物完全一样，会喝水和啄谷粒吃，能嘎嘎地叫，可以游泳，还能消化食物，排泄粪便。”它构造精整，在整个欧洲都很闻名•此外，鲍堪松还制造了“吹笛子的男人”和“打鼓的人”等各种自动偶人信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》德罗兹父子的机器偶人•在‘钟表王国”的瑞士，有个城市名叫纳萨特尔，市里的艺术和历史博物馆中，珍藏着三个被瑞士人民称之为“国宝”的同真人一般大小的机器人。这是钟表匠人——德兹和他的两个儿子花了四年时间制造成的信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•第一个机器人，是个小男孩，名叫雅凯，是一名“抄写员”。他一本正经地坐在桌子旁，用鹅毛笔蘸了一下桌子上墨水瓶中的墨水，一口气可以写出40个字母，并在该空格的地方，他会空上一格，而他的头和眼睛在发条的驱动下，随着书写的姿态而转动信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•另一个小男孩取名为“亨利”，是一个“画家”。他会按照顺序画出四幅铅笔画来第一幅是一个小男孩一边追赶蝴蝶，一边拉着车；第二幅是法国国王路易十五的肖像；第三幅是乔治三世和他妻子的肖像。第四幅是题名为“我的小狗”。亨利画完一张画，总会低头把散落在画面上的铅笔灰吹得干干净净信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•第三个机器人，是一个女孩子，她是一位音乐家。能在一架特制的钢琴上演奏五首曲子。演奏过程中，她的一双明亮的眼睛，随着键盘上手指变化而转动。胸脯还一起一伏地“呼吸”，并且不时的把头朝向观众，以感谢观众•这三个机器人，都是用黄铜做成的，内部各项工作由齿轮控制，上一次发条，就可以表演一个半小时信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•德罗兹父子制造的三个机器人，在人们心目中激起了极大兴趣。机器人被车子运载着到欧洲各国去巡回展出、表演，时间长达十年之久，德罗兹父子因此而成为百万富翁。•在长期的表演过程中，机器人也出过几回故障：有一次，机器人为法国国王路易十六和他的王后表演，不知是哪个部位出了故障，当宣布亨利将画出前国王路易十五的肖像时，亨利的笔下竟画的是：“我的小狗。”顿时宫廷中气氛紧张起来，德罗兹父子巴吓得面如土色。好在路易十六倒还开明，没有追究。信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•随着时间的流逝，人们对德罗兹父子制造的机器人的兴趣淡下来。德氏父子为了筹措资金从事其他事业，将三个机器人卖给了马德里的一家法国公司。在以后100多年里，它们又被几经转手，一直漂泊在异国他乡。•1900年，纳沙特尔市博物馆．终于在德国找到这些机器人。广大市民知道这一消息后，自动捐资750万瑞士法郎的巨款，将三个机器人买回瑞士。为了感谢全市公民，工程师们为“抄写员”雅凯安装了新的机构，现在它提笔就能自豪地写出：“我们永远不再离开我们的祖国了!’信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》机器人(robot)这个名称的由来•机器人这个名词是在二十世纪初产生的•机器人这一名词的创始人是捷克斯洛伐克的作家卡列尔·查培克。他在一九二O年写的剧本《洛桑万能机器人公司》中，第一次使用了机器人这个词信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•在捷克斯格伐克有“罗伯达”这个词，意思为奴隶，还有“罗伯托尼克”这个词，表示工人的意思。查培克根据这两个词，制造了机器人这个词，意思是“用人的手制造的工人”•从那以后，机器人这个词就成了意思为“代替人工作的机器”的名词推广到全世界了信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》机器人的三原则•正如《洛桑万能机器人公司》所描写的那样，人所造出来的东西如果加害于人，那是不妥当的。因此，有的人严格地规定了科学幻想小说里出现的机器人的性格。这就是美国科学幻想小说家阿西摩夫信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•阿西摩夫一九二O年生于俄国的彼得罗维奇镇，曾到美国，进哥伦比亚大学读过书，成了化学家，取得了博土学位。因为他写了很多浅显易懂的解说科学的书，这使他比作一个化学家还著名。到现在为止，他已经写了一百多本书•这位阿西摩夫在一九五O年写了一部小说，名为《我是机器人》信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•“机器人的三原则”•第一条机器人不可伤害人，或眼看人将遇害而袖手旁观。•第二条机器人必须服从人的命令。但是，其命令违反第一条规定时可不服从。•第三条机器人必须在不违反第一、二条规定的情况下来保护自己。信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•阿西摩夫所规定的这三项原则清楚地表示出在人类社会中能够和人一起工作的机器人应具有的形象。在阿西摩夫所写的科学幻想小说中出现的机器人，都具有这样的性格。将来，实际出现在我们身边的机器人也必须具有这些性格信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》“尤尼梅特”•1954年，是机器人技术发展史上的一个重要里程碑。美国工程师乔治·迪波儿，正式向美国政府提出申请，要求生产一种用于工业生产中的“重复性作业的机器人”。乔治·迪波儿，是从事生产管理的工程师，他觉得让聪明的人类干如此简单的重复性工作，简直是一种浪费。于是他领头成立了世界上第一家机器人生产公司——美国联合控制公司。同时发表了他的论文《运用重复作业的通用性工业机器人》，从而掀开了制造机器人的崭新一页信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》•乔治·迪波儿带领他的同行们，经过近7年的反复探索和试验。终于在1961年，推出一台名为“尤尼梅特”的实用机器人，并首次作为商品机器人出售•“尤尼梅特”英文的含义是“万能的生产者”。在这个时间，乔治工程师从事的工作，开始受到社会的关注和重视。信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》3）工业机器人的诞生进人20世纪后，实用化的工业机器人相继问世。各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实机器人电子装配生产线信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》1.2“机器人”是人类的伟大发明1)人类的伟大发明机器人技术是20世纪人类的一项伟大发明，机器人学的进步和应用是本世纪科学上最有说服力的成就之一,是当代最高意义上的自动化。2）广阔的研究和应用前景科学的进步与技术的创新,为机器人的研究与应用开辟了广阔的思路与空间。信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》2）发展中的不足目前的机器人，特别是已实用化的工业机器人，完全不具有人的形状和结构，其智能水平与人类相比仅在婴幼儿阶段，还没有摆脱“机器”的“阴影”，走近“人”的世界，它们与人之间的相似性太小。3）更高的追求机器人的智能化、机动性、高度的可靠和安全性、以及与人类环境的完美的融入性和协调性是人类的更高追求。因此，无论在科幻小说还是人们对机器人的第一意识中，都把像人一样的机器人作为机器人研究的最高境界，机器人研究者也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。信电学院机器人实验室《机器人技术与创新研究型实验》1.3人类的更高追求1）社会进步的需求社会的现代发展不在满足于仅要求机器人适应自动化的工业生产场所和无人