机器人的历史并不算长,1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人,机器人的历史才真正开始。
英格伯格在大学攻读伺服理论,这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于1946年发明了一种系统,可以“重演”所记录的机器的运动。1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利,这种机械手臂按程序进行工作,可以根据不同的工作需要编制不同的程序,因此具有通用性和灵活性,英格伯格和德沃尔都在研究机器人,认为汽车工业最适于用机器人干活,因为是用重型机器进行工作,生产过程较为固定。1959年,英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。
机器人分类
机器人的分类关于机器人如何分类,国际上没有制定统一的标准,有的按负载重量分,有的按控制方式分,有的按自由度分,有的按结构分,有的按应用领域分。一般的分类方式:
示教再现型机器人
通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机器人则自动重复进行作业。
数控型机器人
不必使机器人动作,通过数值、语言等对机器人进行示教,机器人根据示教后的信息进行作业。
感觉控制型机器人
利用传感器获取的信息控制机器人的动作。
适应控制型机器人
机器人能适应环境的变化,控制其自身的行动。
学习控制型机器人
机器人能“体会”工作的经验,具有一定的学习功能,并将所“学”的经验用于工作中。
智能机器人
以人工智能决定其行动的机器人。
我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前,国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这和我国的分类是一致的。
"机器人"最终是机器还是人?
机器人会不会全面超越人类,机器人会不会成为人类的颠覆者,机器人科学的发展对人类是祸还是福?这些问题早已超越了机器人科学工作者思考的范畴。随着机器人科学的发展,有关伦理的、社会的、哲学的思考越来越多。虽然现在机器人都还只是工具,但我们不能永远把机器人简单地当作是一种工具,因为他有其他工具所不具备的人类特征:智能性。或许有一天,人类必须思考:"没有机器人,人将变为机器;有了机器人,人仍然是主人"这句话是不是仍然可以说得那么理直气壮。是时候对机器人问题展开全面的哲学思考了!
一、机器人会成为生物吗?
关于机器人的定义,现在还没有准确的说法。不过,从现有的机器人来看,机器人肯定还只是机器。现有的机器人都只是仿人的机器。比如说,汽车生产流水线上的焊接机器人,它虽然可以比人还有效率,但它终究还是个机器,就跟洗衣机或是电风扇一样,代替了人们某些方面的工作。按照恩格斯的说法,工具就是人的某种器官的延伸。现有的机器人也只是人的某种或某几种器官的延伸,因而也只是工具。
不管人的定义是怎样的,起码有一点是肯定的,人首先是生物,这是人之所以成其为人的物质基础。机器人会不会是生物呢?现有的机器人大都是金属、导线和硅晶体的产物,肯定不是生物,以后的机器人会不会是呢?我们现在无从判断。从物质成份上来说,人体所包含的元素、比例、结构方式等或许有一天都可以被复制。不过,我想,有一个问题是,即使人工可以制造出肌肉、神经、骨骼、血液、皮毛等,但是不是可以把这些东西组合在一起成为一个人呢?这首先是一个问题。在这方面,灵长的猿猴最接近,猪狗、虫鱼甚至花草都比机器人更接近人。
克隆人当然是生物,但克隆人还是有人类母体的,他具有母体的基因特征。我们所讨论的机器人,显然不应该具有人类母体的基因等特征,否则,将会在伦理上陷入与克隆人同样的困境。克隆人,不在我们要讨论的机器人范畴内,机器人也绝对不能通过对人类克隆的方式来制造。
二、机器人会在综合能力上超过人吗?
不过,即使是现有的科技水平还比较低下的机器人,也与螺丝刀等纯粹意义上的工具有着本质区别。因为机器人首先必须是有智能的,他的任何行动都是需要经过其"大脑"进行信息加工后做出的,这就具有了显著的人类特征。如果我们能把电脑的运算过程也看作是一种思维的话,机器人在很大程度上就像人一样,做事是经过了脑子的,而螺丝刀显然是没有脑子的。智能性,是机器人与普通工具最大的区别。
还有一个不容忽视的地方,现有的机器人即使也只是一种工具,但他与普通工具不同的地方是,机器人不是人类某几种器官的简单延伸,从其设计原理上说,机器人从思维到做出反应的方式上是完全仿人的。谁也不知道,随着机器人科技的发展,机器人会不会完全具有人的所有能力?如果真有那么一天的话,机器人即使不是生物,比如说他的思维载体仍是集成电路而不是生物神经元,他的外部器官仍是金属、橡胶等,那又有什么关系呢?
从单个器官的能力来说,机器人肯定是要超过人类的,比如说电脑智力具有可延续性、可集中性、可输入性、思维的高速度等特性,机械手可以在非常恶劣的环境下工作。人类之所以能够控制机器人,非常重要的一点就在于人类没有或者说还没能力赋予机器人全面的能力,人类的综合能力还是要强于机器人的。例如,电脑再发达,但是在没有外部器官去实现其思维的时候也是白搭。但是如果机器人具有了人类的全面能力,甚至在综合能力上超过人类,事情就会变得非常复杂了。
三、机器人会有感情吗?
如果机器人的综合能力超过了人类,后果会怎么样呢?阿西莫夫提出了机器人忠于人类的三大定律(1.机器人绝不能伤害任何真人。2.机器仍要服从人的指挥。除非违反第一定律。3.绝不能伤害自己,除非违反第一.二定律。)但里面有一个关键问题值得探讨:机器人会不会有自主意识?如果机器人没有自主意识,能力再强也仍然只是忠顺的奴仆,对于完全忠顺的奴仆,我们是不用害怕他的能力的,能力越强对主人越有用。但是如果机器人有自主意识,那么能力强就将是一件非常危险的事情了。
要有自主意识,首要的一点是要有感情,或者说,要有欲望,例如,求生欲、占有欲、统治欲等。阿西莫夫在《我,机器人》中并没有探讨这个问题,而是把机器人的感情和欲望当作整部小说展开的前提。感情和欲望在生物界中是一种本能,这种本能不是靠思维来完成的,例如刚出生的婴儿就会吃奶,就有求生欲。机器人没有这些生物基因,光靠思维是不是就会产生感情和欲望呢?这些还有待科学去进一步解决。
大家不会忘记的是,1985年,前苏联国际象棋冠军古德柯夫在与机器人棋手下棋时,被机器人释放在金属棋盘上的强大电流击毙。对此,有人猜测是因为机器人棋手连输三局,恼羞成怒所采取的报复举动。不过,这种说法并不一定成立。据日本邮政和电信部门组织的一个研究小组的研究显示,专家认为,机器人发生事故的原因不外乎3种:1,硬件系统故障;2,软件系统故障;3,电磁波的干扰。
四、机器人能进行自我繁殖吗?
机器人的寿命或许要比人类长,综合能力超过人类的机器人在遇到故障的时候要进行自我修复也许也只是小CASE,但任何东西都不可能长生不老,机器人也不能例外。在这方面,人有一个作为生物的基本优势,那就是具有自我繁殖的能力,可以通过繁殖下一代进行种群延续。这是生物的本能,机器人就算在综合能力上强过人类,但在这方面却没有任何优势可言。机器人会有自我繁殖能力吗?
这里面所说的自我繁殖能力,显然不是指那种由人类控制的,完全由机器人操作的机器人工厂的生产方式,在这种复制或者说繁殖的过程中起主导作用的仍然是人。我们要说的是机器人具有的不受外来因素控制的繁殖能力。
有报道说英国人工智能和机器人权威专家安东尼·王尔德博士自称有一种名为SRBAs("自我复制战斗机器人"的缩写)的新型机器人样机正在研制中,这种机器人内置了可以进行自我复制的程序。据称,只需造出这种"雌""雄"机器人各一具,他们就可以迅速开始复制下一代。这种机器人在复制前需要"交配","雌雄"机器人通过胸部来进行复制程序的对接,30分钟后"雌"体机器人就可以把一个球状的复制机器人从体内弹射出来,在一周内新的机器人便发育成熟。这一过程实际上是由机器人体内无数微型机器人所完成的,它们的功能类似单细胞器官,但是效率惊人。每个"雌"体机器人一天可以"产"下12个新机器人,而且它们的"交配"根本不需要感情因素介入。而且,机器人之间的"交配"是非常冷静的过程,"就像插入一把车钥匙一样"。
雌雄交配并产生后一代,是生物所特有的有性生殖方式,现有的机器人根本就不是生物,靠一个自我复制程序就能解决吗?且不说别的,他们进行繁殖的物质基础在哪里呢?报道说是靠机器人体内的微型机器人来完成,那也就是说在造这两个机器人的时候已经在其体内植入了微型机器人,但植入的微型机器人本身就是人类制造的,只不过把这两个机器人当作一种生产工具罢了。如果说是这两个机器人具有自动产生微型机器人的能力,那么我想知道的是,产生这些微型机器人的物质基础又在哪里呢?我们知道,构成机器人的材料诸如金属、橡胶、硅晶体等物质并不像生物机体那样具有可生长性,除非是这两个机器人把自己体内的物质分给这些微型机器人,但这种物质分割能称之为繁殖吗?否则,连基本的物质守衡定理都违反了,可能吗?还有一个疑点,他们生产出来的小机器人又是怎么一个生长发育法呢?难道这些机器人也具备了生物机体一样的生长性吗?
五、机器人会有想像力吗?
人类的发展进步,想像力是最基本的进步源动力。想像力向来是人类智力最重要的部分,因为它决定信息组合和构造的各种可能性。有限的信息被输入人类个体时,人们使用想像力从这些信息推得世界的全貌。当天马行空的想像力运行的时候,一切事物的细微联系被挖掘出来,一切信息组合的方式被一一考察,一切新知识从不可能处冒出来,想像力令人类智力可以向无限拓展延伸,也使天才与平庸最重要的区别。正是因为追求梦想的实现,人类才有了前进的方向和进步的动力,如果没有想像力,人类也许还住在山洞里与蛇蝎为伍。
那么,机器人会具有想像力吗?或者换一个更容易为大家所接受的问题:机器人会做梦吗?关于做梦的物质基础,现在还没谁能够说的清楚,但起码有一点我想是可以肯定的,现有的电脑的这种严格的逻辑运算方式是产生不了想像力的,也是肯定不会做梦的。今后会不会产生会做梦的电脑?谁也不知道。如果不能的话,机器人的能力再强大,也只不过是对现有的东西进行补充完善而已。换句通俗的话说,补锅匠的手艺再好,也做不出电饭锅来。如果机器人没有想像力,那么就算能够自我繁殖,也只不过是一种简单的自我复制罢了,这个群体永远无法进化。所以,我们可以乐观地说:"当机器人变得比人类更能干的时候,最少,我们有梦想!"而这,就是人类控制机器人的钥匙。
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机器人领域必读的书籍还是不是那么多的,我只能说说自2007年以来,我看过的一部分机器人书籍或者paper,只能局限在机器人操作与抓取领域,并且偏学术领域。按照时间先后顺序:(1)《机器人技术基础》, 熊有伦 主编;推荐指数: ***特点:短小精悍使用方法:配合使用Craig的《机器人学》, Paul的《机器人操作手:数学、编程与控制》,蔡自兴的《机器人学》。这些书都有些历史了,简单的看一下,可以了解那个年代机器人的知识是怎么回事。(2) Jorge Angeles的《Fundamentals of robotic mechanical systems》,这个有对应的中文版,东北大学翻译的,如果没有记错。推荐指数:***特点:推理详实使用方法:配合使用黄真的《高等空间机构学》,Selig的《Geometric Fundamentals of Robotics》。(3)Matt Mason的《Mechanics of Robotic Manipulation》推荐指数:****特点:大巧不工使用方法:配合使用Matt Mason早期paper以及他和Salisbury合作的《Robot hands and the mechanics of manipulation》,以及Mark Cutkosky的博士论文《Robotic grasping and fine manipulation》(4)Richard M. Murray等人的《A Mathematical Introduction toRobotic Manipulation》(http://www.cds.caltech.edu/~murray/books/MLS/pdf/mls94-complete.pdf),这本书前后看了不少于10遍。初看比较晦涩难懂,语言不是很流畅的感觉,特别是中文版本。推荐指数:*****特点:优美使用方法:此书是整个80年代,90年代早期机器人操作与抓取领域集大成之作。数学优美,论证严谨。反复阅读此书及书中的所有参考文献,这本书的参考文献很大一部分是作者的paper,其他的文献也基本是各个领域的经典之作,参考文献一共就100多个。我当时着重补习了基本的动力学《Analytical Dynamics of Discrete Systems》。
你是要机械臂的论文还是基于平衡系统的机器人论文?需要篇幅是多大?
你说的太笼统了,如果需要基于某种平衡方程或者平衡判据的机器人的一部分这个不太可能有。不知道你要的到底是机器人还是机械臂,给你这几篇吧,都是中国期刊全文数据库检索中可以找到。
120kg负载工业机器人的开发 于殿勇; 李瑞峰; 孙立宁; 高晓辉 高技术通讯 2002-06-28 期刊
PLC在智能浇花机械臂控制系统中的应用 吴晓梅 机电一体化 2003-03-20 期刊
钢丝绳传动四自由度机械臂的机构设计 陶俊; 袁建军; 张伟军; 万志成 机械与电子 2008-01-24 期刊
主要在工业机器人/机械臂领域,写一些本领域个人认为非常好的偏向总体概述和控制方向的资料,欢迎各位随时补充。综述类:综述类书籍的章节和内容设计偏向于教材,范围广,深度较浅,内容差别不大,看透1~2本即可。《机器人学导论》JohnJCraig著,贠超等译。综合类入门教材,从最基本的坐标变换讲起,内容涉及正/逆运动学、静力变换、操作臂动力学、轨迹规划、机械设计、控制等。《Robotics,visionandcontrolfundamentalalgorithmsinMATLAB》著名的Matlab机器人工具箱RoboticsToolbox作者PeterCorke编写的机器人入门教材,书中的实例很多,都使用机器人工具箱编写,配合Matlab可以随看随试。PS:该工具箱不仅包含工业机器人的内容,还包括移动机器人,视觉等很多相关模块,并且配有非常详细互动式Demo。上面提到的《机器人学导论》Matlab编程习题部分就要求使用该工具箱来完成。有感兴趣的同学可以到主页上去下载使用:机器人控制:《RoboticsModelling,PlanningandControl》深入讲解机器人的建模,轨迹规划,运动控制,推荐。《RigidBodyDynamicsAlgorithms》RoyFeaturestone著,主要讲刚体的动力学建模,github上也有不少相关的代码可以参考。《ImpedanceControl:AnApproachtoManipulationPart1~Part3》NevilleHogan的阻抗控制三部曲,学习柔顺控制的必读论文。《机器人操作的数学导论》港科大李泽湘教授参与编写的一本经典书籍,从数学的角度系统地介绍了机器人操作的运动学、动力学、控制及运动规划内容,主要包含旋量理论、指数积建模,机器人动力学等内容,推荐数学好同学读一读。《RobotControlOverview:AnIndustrialPerspective》以ABB机器人控制器的历史和功能为例,介绍了工业机器人控制器的发展和未来展望,推荐阅读。百科全书类:《HandbookofRobotics》Springer版,机器人学的百科全书,有中译版,但市场上已经买不到了,大图书馆应该会有,用于资料查阅很不错。还有一本日本机器人学会编写的《机器人技术手册》,也属于百科全书类型的,有兴趣的可以找一找。公开课:推荐斯坦福大学的机器人学,可以在网易公开课观看斯坦福大学公开课:机器人学,偏重于讲机器的控制,主讲人是oussamaKhatib教授,机器人领域的大拿,Springer版的机器人手册他是编者之一。安全规范:最近人机协作机器人很火,cobots最重要的一个特性就是安全,了解主要的安全规范也很必要。《ISO10218-12011RobotsandRoboticdevices-Safetyrequirementsforindustrialrobots-Part1Robots》《ISO10218-12011RobotsandRoboticdevices-Safetyrequirementsforindustrialrobots-Part2RobotSystemsandintegration》最新版的通用工业机器人安全规范,对机器人的控制器,机械本体,集成应用,工具,工件等各方面安全要求做了详细说明。还有《ISO/TS15066RobotsandRoboticDevices-CollaborateRobots》开源项目:OROCOS,强大的开源工业机器人控制平台,有非常详细的文档,同时该项目的参与者基于OROCOS撰写了大量的高质量论文。网址:TheOrocosProjectROS-Industrial,ROS里专门针对工业机器人的包,提供里一个完整的框架,可以和市面上多款商业机器人通信并进行控制,logo很有意思~网址:ROS-IndustrialROS入门的话,推荐《AGentleIntroductiontoROS》JasonM.O’Kane著,写的非常清晰易懂,读过的ROS教程中写的最好的。答案摘自机器人家,可以看看,希望对你有用