任务1 了解机器人的起源与发展

一、任务导入

近年，随着劳动力成本不断上涨，工业领域“机器换人”现象普遍，工业机器人市场与产业也因此逐渐发展起来。工业机器人是机器人中的一部分，它们多用于工业生产。机器人的种类还有很多，如军用机器人、娱乐机器人、家庭机器人、竞赛机器人等。那么，世界上第一台机器人是谁呢？它诞生于哪一年呢？机器人经历了多少年的发展才到现在的程度呢？国内外机器人的发展特点有什么不同呢？

二、机器人的起源

“机器人”一词的最早出现是在1920年的一部幻想剧中，捷克斯洛伐克作家卡雷尔·撒佩克创作的“RossumsUniersalRobots”（《罗萨姆万能机器人》）。在该剧（见图1-1）中，机器人被命名为Robot（罗伯特），其意为“不知疲倦地劳动”。后来，机器人一词频繁地出现在现代人的生活中。

直到50多年前，“机器人”才作为专业术语加以引用，然而机器人的概念在人类的想象中却已存在3000多年了。早在我国3000年前的西周时代（公元前1046年—前771年），就流传有关巧匠偃师献给周穆王一个艺伎（歌舞机器人）的故事。公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯。公元前2世纪出现的书籍中，描写过一个具有类似机器人角色的机械化剧院，这些角色能够在宫廷仪式上进行舞蹈和列队表演。我国东汉时期（公元25—220年），张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形，如图1-2所示。

进入近代之后，人类关于发明各种机械工具和动力机器，协助以至代替人们从事各种体力劳动的梦想更加强烈。18世纪发明的蒸汽机开辟了利用机器动力代替人力的新纪元。随着动力机器的发明，人类社会出现了第一次工业和科学革命。各种自动机器、动力机和动力系统的问世，使机器人开始由幻想时期转入自动机械时期，许多机械式控制的机器人，主要是各种精巧的机器人玩具和工艺品，应运而生。

瑞士钟表名匠德罗斯父子3人于1768—1774年间，设计制造出3个像真人一样大小的机器人—写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人（如图1-3所示）。它们是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士纳切特尔市艺术和历史博物馆内。1893年，加拿大摩尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”，是以蒸汽为动力的。这些机器人工艺珍品，标志着人类在机器人从梦想到现实这一漫长道路上，前进了一大步。

随着科学技术的发展，针对人类社会对即将问世的机器人的不安，美国著名科学幻想小说家阿西莫夫于1950年在他的小说《我是机器人》中，提出了有名的“机器人三守则”:

（1）机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人类受害而袖手旁观；

（2）机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类；

（3）机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲。

这三条守则，给机器人赋以新的伦理性，并使机器人概念通俗化，更易于为人类社会所接受。至今，它仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。

美国人乔治·德沃尔在1954年设计了第一台电子程序可编的工业机器人，并于1961年发表了该项机器人专利。1962年，美国万能自动化（Unimation）公司的第一台机器人Unimate在美国通用汽车公司（GM）投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。从此，机器人开始成为人类生活中的现实。此后，人类继续以自己的智慧和劳动，谱写机器人历史的新篇章。

三、国际机器人的发展

工业机器人问世后10年，从20世纪60年代初期到70年代初期，机器人技术的发展较为缓慢，许多研究单位和公司所做的努力均未获得成功。这一阶段的主要成果有美国斯坦福国际研究所（SRI）于1968年研制的移动式智能机器人夏凯（Shakey）和辛辛那提·米拉克隆（CincinnatiMilacron）公司于1973年研制的第一台适用投放市场的机器人T3等。

20世纪70年代，机器人的出现与发展为人工智能的发展带来了新的生机，提供了一个很好的实验平台和应用场所，是人工智能可能取得重大进展的潜在领域。随着自动控制理论、电子计算机和航天技术的迅速发展，70年代中期到80年代工业机器人有了更大的发展。在80年代中期机器人制造业成为发展最快和最好的经济部门之一。80年代后期，由于传统工业机器人市场已趋饱和，从而造成工业机器人产品的积压，不少机器人厂家倒闭或被兼并，使国际机器人学的研究和机器人产业出现不景气。直到90年代初，机器人产业出现复苏和继续发展迹象。但是，好景不长，1993—1994年又跌入谷底。全世界工业机器人的数目每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。1995年后，世界机器人数量逐年增加，增长率也较高，机器人以较好的发展势头进入21世纪。

进入21世纪，工业机器人产业发展速度加快，年增长率达到30%左右。其中，亚洲工业机器人增长速度高达43%，最为突出。2015年全球销售工业机器人24.8万台，同比增长12%，亚洲地区的工业机器人增长尤其强劲，2015年，亚洲工业机器人总销量达到15.6万台，同比增长16%，中国销量达到6.8万台，同比增长17%。全球四分之三的销量集中于前五大消费市场，分别是中国、韩国、日本、美国和德国。国际机器人发展图如图1-4所示。

四、我国机器人的发展

目前，机器人产业正在全球范围内加速发展，2017年的全球工业机器人销量仍然以两位数大幅增长，销量达到28.5万台。2015年全球工业机器人销量同比增长12％，而全球正在使用的工业机器人已超过150万台。专家预测，到2018年，这一数字将突破230万台，其中，140万台在亚洲，占比超过一半，中国成为全球最大工业机器人市场。

经过“十二五”时期的快速发展，中国已经成为全球工业机器人重要市场。图1-5是我国的机器人发展趋势图，近五年来，我国机器人行业正在跨越式发展。2009—2013年，中国工业机器人市场销量以年均60.7%超高速增长。2011年，中国工业机器人销量达到22577台，同比增长50.7%，在全球排名第四。2013年中国工业机器人销量达到36860台，同比增长41%。

虽然中国已经成为全球工业机器人最大的市场，但制造业工业机器人密度仍然偏低。2013年中国的工业机器人密度仅为30台/万人，不足世界平均水平的一半，与工业自动化程度较高的韩国（437台/万人）、日本（323台/万人）和德国（282台/万人）相比，差距依然很大，但同时也说明市场需求的潜力巨大。

工业机器人在国内的应用以汽车以及电子工业居多，此外还有橡胶塑料、军工、航空制造、食品工业、医药设备、金属制品等领域。从应用行业看，汽车行业依旧是中国工业机器人市场最大的消费行业，电气机械和器材制造业位居第二位，金属制造行业位居第三位。

在中央及地方政府的大力推动下，2016年中国工业机器人行业得到发展，产量全年保持增长。除了多重利好政策的推动，制造企业转型升级，将工业机器人用来替代人力以提高自身竞争力，工业机器人需求大。

我国的工业机器人正在飞速发展，国内涌现出了大量优秀的机器人生产厂家，它们从事机器人的设计、改进、制作、生产工作，图1-6是我国知名品牌埃斯顿自动化有限公司生产的工业机器人。除了工业机器人以外，许多国产企业也在致力于生产农业机器人、家用机器人、医用机器人、服务型机器人、空间机器人、水下机器人、军用机器人、排险救灾机器人、教育教学机器人、娱乐机器人等，图1-7是我国塔米智能公司推出的两款服务型机器人，图1-8是小米科技有限责任公司推出的智能扫地机器人。

尽管我国机器人产业发展势头良好，但核心技术薄弱、产品附加值低、自主品牌机器人市场份额和品牌知名度不高等问题凸显，各地仓促上马的机器人项目使行业出现产能过剩等问题，产业发展存在多重风险。

在过去40多年间，机器人学和机器人技术获得引人注目的发展，具体表现在：

①机器人产业在全世界迅速发展；

②机器人的应用范围遍及工业、科技和国防的各个领域；

③形成了新的学科—机器人学；

④机器人向智能化方向发展；

⑤服务机器人成为机器人的新秀而迅速发展。

现在工业上运行的90%以上的机器人都不具有智能。随着工业机器人数量的快速增长和工业生产的发展，对机器人的工作能力也提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同程度的智能机器人和特种机器人。这些智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动；有的具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作、自动装配和产品检验；有的具有自主控制和决策能力。这些智能机器人，不仅应用各种反馈传感器，而且还运用人工智能中各种学习、推理和决策技术。智能机器人还应用许多最新的智能技术，比如：临场感技术、虚拟现实技术、人工神经网络技术、遗传算法和遗传编程、仿生技术、多传感器继承和融合技术以及纳米技术等。