机器人技术基础
本书系统地介绍了机器人技术相关的基本知识,主要包括:绪论;机器人结构设计基础;机器人操作手运动学;机器人操作手动力学;操作机器人关节伺服驱动技术;机器人控制;机器人传感器。本书注重将机器人基础理论与应用技术相结合,力求反映国内外机器人研究领域的新进展。
本书可作为高等学校机械工程类专业的研究生教材,也可作为机械电子工程、自动化类专业本科生的参考教材,还可供有关科技人员参考。
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Darrick Addison 是一个在数据库、网络、用户界面和嵌入式系统方面具有丰富经验的开发人员，他介绍了机器人技术领域和与机器人系统有关的问题。他谈到了机械设计、传感系统、电子控制和软件。他还讨论了微控制器系统，包括串行接口连接和存储映象接口连接，并谈到了某些可供选择的开放源代码软件。
(), 高级软件工程师／顾问, ASC Technologies Inc.
Darrick Addison 是 ASC Technologies Inc.
的高级软件工程师／顾问。他从 1993
年就开始设计和开发自定义软件应用程序了。他致力设计和开发的软件各种各样，有数据库应用程序、网络应用程序（TCP/IP
客户机／服务器）、GUI
应用程序，还有不同商业和政府环境的嵌入式系统。现在他持有计算机科学学士学位，并正在
Johns Hopkins University
完成他的计算机科学／通信硕士学位。您可以通过
联系 Darrick。他会欢迎您的意见和问题。
“机器人”一词起源于捷克语，意为强迫劳动力或奴隶。这个词是由剧作家
Karel Capek 引入的，他虚构创作的机器人很象 Frankenstein 博士的怪物
由化学和生物学方法而不是机械方法创造的生物。但现在流行文化中的机械机器人和这些虚构的生物创作物没多大区别。基本上，一个机器人包括：
机械设备，如可以与周围环境进行交互的车轮平台、手臂或其它构造。
设备上或周围的传感器，可以感知周围环境并向设备提供有用的反馈。
根据设备当前的情况处理传感输入，并按照情况指示系统执行相应动作的系统。
在制造业领域，机器人的开发集中在执行制造过程的工程机器人手臂上。在航天工业中，机器人技术集中在高度专业的一种行星漫步者上。不同于一台高度自动化的制造业设备，行星漫步者在月亮黑暗的那一面工作
－ 没有无线电通讯 －
可能碰到意外的情况。至少，一个行星漫步者必须具备某种传感输入源、某种解释该输入的方法和修改它的行动以响应改变着的世界的方法。此外，对感知和适应一个部分未知的环境的需求需要智能（换句话说就是人工智能）。
从军事科技和空间探索到健康产业和商业，使用机器人的优势已经被认识到了这种程度
－ 它们正在成为我们集体经验和日常生活的一部分。它们能把我们从危险和枯燥中解脱出来：安全：机器人技术已经被开发用于处理核能和放射性化学制品的很多不同用途，包括核武器、电厂、环境清洁和某些药品的处理。
不愉快的事：机器人执行很多乏味、不愉快但必需的任务，如焊接和看门工作。
重复和精度：装配线工作已经成为机器人技术工业的一个中流砥柱。机器人被广泛地用于制造业，而且，在强调最小维护需求的空间探索中，使用机器人更具有吸引力。
机械平台 －硬件基础
一个机器人包括两个主要部分：机器人的身体和某种形式的人工智能（artificial
intelligence，AI）系统。很多不同的身体部分都可以叫做机器人。关节手臂被用于焊接和上漆；起重机和传送带系统在工厂中运送零件；巨型机器人机器搬运矿井深处的泥土。一般说来，机器人最有趣的一个方面是它们的行为，这需要一种形式的智能。机器人最简单的行为是移动。典型地，轮子被作为让机器人从一点移动到下一点的基本机械装置。还需要某种力（如电力）让轮子在命令时转动。电动机
很多种电动机向机器人提供能源，让它们用不同的编程动作搬运材料、零件、工具或专用设备。电动机的效率等级表明多少消耗的电量转化成机械能。让我们看看现代机器人技术中目前被使用的一些机械设备。直流电机：
永久磁铁，直流（Permanent-magnet，direct-current，PMDC）电机只需要两根导线，使用固定磁铁、电磁铁（定子和转子）和开关。这些组成一个换向器来通过旋转的磁场产生运动。
交流电机在输入导线循环能源，连续地运动磁场。直流电机和交流电机在收到一个信号时会全速运转。
步进电机就像没有电刷的直流或交流电机。它通过按顺序（步进地）向电动机中不同的磁铁提供能源使其运转。步进电机设计的目的是更好的控制，它不会只在命令时旋转，还能够以任意的“步／每秒”（最高到它的最大速度）的速度旋转。
伺服电动机
伺服电动机是闭合线圈设备。在收到信号时，它可以自我调整直到与该信号匹配。伺服电动机用于无线电控制的飞机和汽车。它是有传动装置和反馈控制系统的简单的直流电动机。
驱动机制齿轮和链条：
齿轮和链条是机械平台，它提供了一种向另一个地方传送转动动作的强大而精确的途径（可能在传送的时候改变了动作）。两个齿轮之间速度的改变取决于每个齿轮上齿的数目。当加电的齿轮旋转一周时，它根据齿轮上的齿数来拉动链条。
滑轮和皮带：
滑轮和皮带是机器人所使用的两种另外的机械平台，工作的方式与齿轮和链条一样。滑轮是轮缘有凹槽的轮子，皮带是可以放进这个凹槽的橡皮圈。
变速箱运转的原理与齿轮和链条一样，不过没有链条。变速箱需要更精密的公差配合，因为不是使用一条又大又松的链条来传送力量，也不用调整错位，齿轮之间直接和对方啮合。变速箱的示例可以在汽车的传动装置、落地大座钟的定时机制和打印机的送纸装置中找到。
电源一般通过两种电池提供。一次电池使用过一次就被丢弃；二次电池以一种（通常是）可逆的化学反应工作，可以多次充电。一次电池有较高的容量和较低的自放电率。二次（可充电）电池比一次电池电量小，但可以重复充电，按化学反应和环境的不同可以多达一千次。一般可充电电池第一次使用可以为电器或机器人提供
4 小时连续工作的能源。
理论上机器人可以使用几百种不同类型和形式的电池。电池按化学反应和规格分类，按电压和电量分级。电池的电压由电池的化学反应决定，容量由化学反应和规格两者共同决定。请参阅表
1 了解电池规格。表 1. 电源规格NEDAIEC描述AAA24ALR03普通规格中最小的AA15ALR6最普遍使用的小电池，一般用 2 节或 4 节C14ALR14手电筒小电池，可用于大玩具D13ALR20最大的普通电池9v1604A6L-R61方形，上有可用夹子夹住的的连接器
机器人平台靠两组独立的电池运行，它们共享一根地线。这样，电动机可以用一组电池，而电子设备可以用另一组电池。电子设备和电动机还可以在不同的电压下工作。电子控制
机器人中有两个主要的硬件平台。非调节电压、电力和反电动势峰的机械平台以及干净电源和
伏信号的电子平台。这两个平台需要顺序桥接，目的是让数字逻辑控制机械系统。经典的组件是桥式继电器。一个控制信号在继电器的线圈产生磁场，物理地闭合开关。例如
MOSFET，它是高效率的硅开关，有很多种规格，象晶体管一样可以作为固态继电器控制机械系统。另一方面，更大的机器人可能需要 PMDC 电动机，这样 MOSFET
的“接通”电阻
Rd（on）会导致芯片热量的极大散发，从而显著地降低芯片的发热温度。MOSFET
中结点的温度、MOSFET 封装和散热片的传导系数是 PMDC
电动机的其它重要的特征。晶体管广义地分为两种：双极结晶体管（bipolar junction
transistors，BJT）和场效应晶体管（field-effect
transistors，FET）。在 BJT
器件中，基极小的电流调节发射极和接收极之间大得多的电流。在 FET
器件中，栅极电场的存在会调节源极和漏极之间的电流。传感器
机器人根据瞬间测量作出反应，这需要不同种类的传感器。
多数系统中对时间的感知是通过电路和编程中内建的。要想在实际中让这个具有生产性，机器人必须有感知硬件和软件，还要能快速地更新。不管传感器硬件或软件如何，感知和传感器可以被当作与外部事件交互（换句话说就是外部世界）。传感器测量世界的某个属性。变换器（transducer）一词经常与传感器一词交替使用。交换器是传感器的机制或元素，它将测量到的能源转换成另一种形式的能源。传感器接收能源并传送一个信号到显示器或计算机。传感器使用变换器将输入的信号（声音、光线、压力、温度等）改变成机器人可以使用的模拟或数字形式。逻辑传感器：
传感器的一个强大的抽象是逻辑传感器，它是提供一个对象的传感单元或模块。它包括物理传感器的信号处理和提取感知所需的软件处理。
本体感受传感器：
本体感受是航位推测法，机器人可以测量来自本身的信号。
接近传感器：
接近传感器测量环境中传感器和对象之间相对的距离。
红外线（IR）传感器：
另一种活动的接近传感器是红外线传感器。它发出接近红外线的能量并测量有没有相当多的红外线返回。
碰撞和触角传感器：
另一类常见的机器人感知是触觉的，或基于触摸的，用碰撞和触角来完成。触角和触须由牢固的电线构成。碰撞传感器通常是机器人上一个突出的环，包括两层。
微控制器系统
微控制器（Microcontrollers，MCU）是机器人内部使用的智能电子设备。它提供的功能类似于个人电脑内部的微处理器（中央处理单元或
CPU）所执行的功能。MCU 速度较慢，使用的内存比 CPU
少，设计目的是现实世界的控制问题。CPU 和 MCU
之间的一个主要区别是运行所需的外部组件的数目。MCU
经常可以不需要外部部件就能运行，一般只需要一个外部晶体或振荡器。
微控制器有四个基本方面：速度、容量、存储器和其它。速度以时钟周期指定，通常以每秒百万个周期（兆赫兹（Megahertz，MHz）计量。周期的使用根据不同的
MCU 而不同，这影响到处理器的可用速度。容量指定 MCU
可以一步处理的信息的字节数 － 它自然的信息簇。MCU 有 4 位、8 位、16
位和 32 位的，8 位的 MCU 是最常见的容量。MCU 在大多数 ROM
中的计数单位是千字节（KB），在 RAM 中是字节。很多 MCU 使用 Harvard
体系，程序保存在内存的一段中（通常是内部的或外部的
SRAM）。然后这就能够让处理器更有效地访问独立的内存。
微控制器的第四个方面就作为“其它”来讲了，它包括诸如专用的输入设备的特性，该设备经常（但不总是）有一个小的
LED 或 LCD
显示作为输出。微控制器还从设备获取输入并通过向设备中不同组件发送信号对其控制。程序计数器也通过微控制器掌握要执行哪条命令。R/C 伺服电动机：
用于无线电控制模型（汽车、飞机等）的伺服电动机在很多种较小的机器人中很有用，因为它紧凑而且相当便宜。伺服电动机本身有内建的电动机、变速箱、位置反馈机制和控制电路。标准的无线电控制伺服电动机在航模、车模、船模中使用，可用来制作手臂、腿和其它来回移动而不是转圈的机械附属肢体。
气体力学：
气体力学是在大量商业机器人中使用的流体动力的名称。气体力学还用于多种仿生系统，这些系统属于流体动力的范畴。流体动力的一个更广为人知的分支是水力学。请访问气体力学
Web 站点（请参阅本文后面部分的
）以了解补充信息。
开放源代码机器人控制软件
开放机器人控制软件（Open RObot COntrol
Software，OROCOS）是为了开始开放源代码机器人控制软件项目所作的努力。我们开展了广泛的讨论，涉及的问题有可以重用其它项目的哪些经验代码和工具，应该在项目中集成哪些开放标准，还有什么样的组织结构最适合这个项目。该项目的目的是按以下要求开发机器人控制软件，如下所示：在开放源代码和／或自由软件的许可下尽量模块化质量最好（从技术和软件工程两种角度）独立于（但兼容）商业机器人生产厂商用于各类机器人设备和计算机平台为所有编程语言本地化
以运动学、动力学、计划、传感、控制和硬件接口等方面的可配置的软件组件为特点。
项目的目的不只是要复制现存的商业机器人控制器或机器人模拟／编程软件包。OROCOS
项目希望开发可共享的库、独立组件（有时候被称为软件代理程序）和一个可以消除和控制所有分布式机器人系统的可配置的运行时环境。这类项目在以下几种情况有用处：重用代码作为一个独立的子系统使用复制其组织结构从管理一个开放源代码项目的经验中学习设计和开发可扩展和可重用的软件开放源代码矩阵库
下面是满足上面提到的要求的开放源代码矩阵库。我们推荐
Octave，因为它是 GPL 许可的，而且实现了所有需要的功能。GNU Octave： GNU Octave
是一种高级语言，主要用于数字运算。它提供了一种方便的命令行界面，可以数字化地解决线性和非线性问题，也可以使用一种与
Matlab 基本上兼容的语言执行其它数字实验。通过 Octave
自己的语言编写的用户定义函数或使用 C++、C、Fortran
或其它语言编写的动态载入的模块，它很容易扩展和定制。
GNU Octave
是免费分发的软件。您可以重新分发它，或是修改它，但要符合自由软件基金（Free
Software Foundation）颁布的 GNU 通用公共许可（General Public
License，GPL）条款。关于 GNU Octave 更详细的信息可以在访问 Octave
Web 站点时找到（请参阅
GSL（GNU 科学库） GSL
是为数字运算开发一个现代的广泛 ANSI C 语言库正在进行的努力。GNU
科学库（GNU
ScientificLibrary，GSL）收集了数字运算的例程。这些例程由 GSL 小组用
ANSI C 语言从头编写，旨在为 C
语言程序员提供一种现代应用程序编程接口（Applications Programming
Interface，API），同时允许包装器为很高级的语言编写。
GSL 是自由软件。它遵照 GNU 通用公共许可分发。请访问 Red Hat Web
站点（请参阅
）以了解更多关于 GSL
实时内核实时 Linux（Real-Time Linux，RTLinux）
RTLinux（TM）是一个可靠的实时操作系统，处理对时间关键的任务，并将
Linux 作为最低优先权执行线程运行。在 RTLinux 中，内核与标准 Linux
共享一个或更多的处理器。这使系统能够运行执行数据采集的、系统控制和机器人技术的精确计时的应用程序，同时作为标准的
Linux 工作站提供服务。在 （请参阅
）Web 站点上可以获得版本
3.0（最终版本）。
RTLinux.org 是开放源代码用户和开发人员社区的非商业 RTLinux
站点。其姐妹站点 （请参阅
）讨论商业支持和开发。
eCos（嵌入式可配置操作系统）： eCos
是一个深度嵌入应用程序的开放源代码实时操作系统。它符合 Linux
不能达到的嵌入空间需求。在考虑应用程序和服务需求之前，Linux
目前内核最小约 500 千字节，占用 1.5 MB 内存。eCos
开放源代码项目可以在它的 Web 站点上找到（请参阅
RTEMS（GPL 许可）： RTEMS 是 C、C++ 和 Ada95
的开放源代码实时操作系统和环境。它遵从 GNU
通用公共许可的条款分发。
请访问 RTEMS 站点（请参阅
）以下载和获取更多关于 RTEMS
的详细信息。
实用程序和工具ROBOOP（一个机器人技术面向对象 C++ 软件包）：
本软件包是一个关于机器人模拟的面向对象 C++
软件包。技术参考和下载在
用于嵌入分布式软件代理的实时通信和对象请求中介程序软件包。每个独立的软件部分通过
IDL（Interface Definition Language，接口定义语言）的方式向 ORB
注册它本身及其功能。请访问其 Web 站点（请参阅
）以获得 COBRA
技术信息、下载和文档。
TANGO／TACO：
这个软件对控制多设备和多工具的机器人系统也许有用。TANGO 是一个基于
COBRA 的面向对象控制系统。设备服务程序可以用 C++ 或 Java 编写。TACO
是面向对象的，因为它将
所有（物理的和逻辑的）控制系统中的控制点作为分布式环境中的对象来对待。所有行动都以类来实现。新的类可以以一种分级的方式从现存的类构建，这样可以确保高度的软件重用。类可以用
C++、用 C（使用一种称为 C 中的对象的方法）、用 Python 或用
LabView（使用 G 编程语言）编写。
TACO 设计成可移植的，并能够在许多平台（例如
Linux、Solaris、HP-UX、Windows/NT、Windows/95 和
OS9）上运行。要下载源代码和其它技术文档，请访问其 Web
站点（请参阅
控制器任务控制体系： 任务控制体系（Task Control
Architecture，TCA）为移动机器人简化了任务级控制系统的建立。“任务级别”指的是完成给定的一套目标（任务）的感知、计划和实时控制的集成和协调。TCA
提供了一个通用的控制框架，旨在控制多种机器人。TCA
提供了一种高级的独立于机器的方法，可以在分布式机器之间发送消息（包括在
Lisp 和 C 进程之间）。TCA
提供了控制功能，如任务***、监控和资源管理，这些对很多移动机器人应用程序来说是很常见的。
一节提供了任务控制体系的技术参考和下载信息。
EMC（增强的机器控制器）： EMC 软件建立在 NIST
实时控制系统（Real time Control System，RCS）方法的基础之上，使用
NIST RCS 库编程。RCS 库使向多种 UNIX
和微软的平台移植变得容易，它向操作系统资源提供了一种中性的应用程序编程接口（application
programming interface，API），如共享的内存、信号量和计时器。EMC
软件用 C 和 C++ 编写，而且已经被移植到 PC Linux、Windows NT 和 Sun
的 Solaris 操作系统上。
Darwin2K： Darwin2K
是一个免费的机器人模拟和自动化设计开放源代码工具包。它的特性是众多的模拟功能和一个改良的运算法则，该法则能够自动地综合和优化机器人设计，使其符合任务特定的性能目标。
语言RoboML（机器人标记语言）： RoboML
用于与机器人技术相关的数据的标准化表达。其设计的意图是既支持机器人为主的进程之间和接口进程之间的通信语言，也支持人
－ 机器人接口代理之间的通信语言，并提供了一种人 －
机器人接口代理使用的归档数据的格式。
ROSSUM: 一种移动机器人的编程和模拟环境。Rossum
项目试图帮助收集、开发和分发机器人应用程序软件。Rossum
项目希望将类似的协作扩展到机器人软件的开发。
XRCL（可扩展机器人控制语言，Extensible Robot Control
Language）： XRCL（发音为
zircle）是个相对简单、现代的编程语言和环境，设计成让机器人技术研究人员可以通过共享代码来共享他们的想法。它是一个开放源代码项目，受
GNU Copyleft 的保护。
自动化系统内部控制的开放系统体系（Open System Architecture
for Controls within Automation Systems，OSACA）： OSACA
是一个合作的欧洲项目，旨在增进机器工具和控制系统生产厂商在世界市场中的竞争性。项目的主要目标是规定独立于生产厂商的开放控制系统的系统体系。
机器人技术领域已经创造了很多种具有基本的物理和导航功能的机器人。同时，社会发展的趋势也开始成为将机器人结合到从娱乐到卫生保健的日常生活中。而且，机器人可以将很多人从危险的情况中解脱出来，本质上就是让机器人作为人类的替代品来使用。AI
机器人技术研究人员所研究的很多应用程序已经开始实现这种可能了。另外，机器人还可以用于更普通的工作，如看门工作。然而机器人最初是开发用于肮脏、枯燥和危险的应用程序，现在它们已经被看作是人类的助手了。不管是什么应用程序，随着未来科技发展到一个新的境界，机器人将会需要更多而不是更少的智慧，从而会对我们的社会形成巨大的影响。
参考资料 您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的
Edwin Wise（Howard W.
Sams，2000）的
应用机器人技术提供了一个对机器人技术领域的面向项目的介绍。它指导新手迎接建造一个工作的机器人的挑战，并向高级建造者提供新的想法和技术。
是一个实时通讯和嵌入式软件代理的对象请求中间人软件包。
是一个免费的机器人模拟和自动化设计开放源代码工具包。
是嵌入式可配置操作系统，一个深度嵌入应用程序的开放源代码实时操作系统。
（增强的机器控制器）软件建立在
NIST 实时控制系统（Real time Control
System，RCS）方法的基础之上，使用 NIST RCS 库编程。
是一种高级语言，主要用于数字运算。
科学库）是开发一种现代、广泛的 ANSI C
语言库以用于数字运算所作的不间断的努力。
Robin R. Murphy（Massachusetts Institute of
Technology-MIT，2000）的
介绍人工智能机器人技术旨在包含所有为人工智能机器人编程的主题，机器人的应用包括传感、导航、路径计划和对非确定事物的导航。
（开放机器人控制介绍）是开始开放源代码机器人控制软件项目的一个努力。该项目的第一阶段（到
月为止）开发了一个战略性的景象，作出了高级设计决策并制定了库规范的原型。从那时起，Orocos
将受到欧盟的一个授权的部分支持。
是自动化系统内部控制的开放系统体系。
是在很多商业机器人中使用的流体动力的名称。
（机器人标记语言，RoboticMarkup
Language）用于与机器人技术有关的数据的标准化表达。
是一个机器人技术面向对象的 C++ 软件包。
试图帮助收集、开发和分发机器人应用程序软件。
C、C++ 和 Ada95 的开放源代码实时操作系统和环境。
是一个硬实时操作系统，处理对时间关键的任务，并将Linux
作为最低优先权执行线程运行。还可以获得
所有（物理的和逻辑的）控制系统中的控制点作为分布式环境中的对象对待。
（任务控制体系）为移动机器人简化了任务级控制系统的建立。
zircle）是可扩展的机器人控制语言。
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> 有没有关于机器人的资料?
有没有关于机器人的资料? 常见问题
机器人概述篇实用上，机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。机器人可接受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人执行的是取代或是协助人类工作的工作，例如制造业、建筑业，或是危险的工作。机器人可以是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学甚至军事等领域中均有重要用途。欧美国家认为:机器人应该是由计算机控制的通过编排程序具有可以变更的多功能的自动机械，但是日本不同意这种说法。日本人认为&机器人就是任何高级的自动机械&，这就把那种尚需一个人操纵的机械手包括进去了。因此，很多日本人概念中的机器人，并不是欧美人所定义的。现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:&一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。&机器人能力的评价标准包括:智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的空间三维坐标机器。机器人发展史1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔&恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为&劳役、苦工&)和Robotnik(波兰文，原意为&工人&)，创造出&机器人&这个词。1939年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。1942年 美国科幻巨匠阿西莫夫提出&机器人三定律&。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。1948年 诺伯特&维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。1954年 美国人乔治&德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。1956年 在达特茅斯会议上，马文&明斯基提出了他对智能机器的看法:智能机器&能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法&。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。1959年 德沃尔与美国发明家约瑟夫&英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂&&Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为&工业机器人之父&。1962年 美国AMF公司生产出&VERSTRAN&(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上***各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的&灵巧手&上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。1965年约翰&霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、&有感觉&的机器人，并向人工智能进发。1968年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。1969年 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为&仿人机器人之父&。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田公司的ASIMO和公司的QRIO。1973年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国Cincinnati Milacron公司的机器人T3。1978年 美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。1984年 英格伯格再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言:&我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全&。1998年 丹麦乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。1999年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。2002年 丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。2006年 6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔&盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。机器人分类篇诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。操作型机器人:能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人:按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。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。空中机器人又叫无人机，近年来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界之首位。机器人品种篇&别动队&无人机纵观无人机发展的历史，可以说现代战争是推动无人机发展的动力。而无人机对现代战争的影响也越来越大。一次和二次世界大战期间，尽管出现并使用了无人机，但由于技术水平低下，无人机并未发挥重大作用。朝鲜战争中美国使用了无人侦察机和攻击机，不过数量有限。在随后的越南战争、中东战争中无人机已成为必不可少的武器系统。而在海湾战争、波黑战争及科索沃战争中无人机更成了主要的侦察机种。法国&红隼&无人机越南战争期间美国空军损失惨重，被击落飞机2500架，飞行员死亡5000多名，美国国内舆论哗然。为此美国空军较多地使用了无人机。如&水牛猎手&无人机在北越上空执行任务2500多次，超低空拍摄照片，损伤率仅4％。AQM-34Q型147火蜂无人机飞行500多次，进行电子窃听、电台干扰、抛撒金属箔条及为有人飞机开辟通道等。高空无人侦察机在1982年的贝卡谷地之战中，以色列军队通过空中侦察发现。叙利亚在贝卡谷地集中了大量部队。6月9日，以军出动美制E-2C&鹰眼&预警飞机对叙军进行监视，同时每天出动&侦察兵&及&猛犬&等无人机70多架次，对叙军的防空阵地、机场进行反复侦察，并将拍摄的图像传送给预警飞机和地面指挥部。这样，以军准确地查明了叙军雷达的位置，接着发射&狼&式反雷达导弹，摧毁了叙军不少的雷达、导弹及自行高炮，迫使叙军的雷达不敢开机，为以军有人飞机攻击目标创造了条件。鬼怪式无人机1991年爆发了海湾战争，美军首先面对的一个问题就是要在茫茫的沙海中找到伊拉克隐藏的飞毛腿导弹发射器。如果用有人侦察机，就必须在大漠上空往返飞行，长时间暴露于伊拉克军队的高射火力之下，极其危险。为此，无人机成了美军空中侦察的主力。在整个海湾战争期间，&&无人机是美军使用最多的无人机种，美军在海湾地区共部署了6个先锋无人机连，总共出动了522架次，飞行时间达1640小时。那时，不论白天还是黑夜，每天总有一架先锋无人机在海湾上空飞行。为了摧毁伊军在沿海修筑的坚固的防御工事，2月4日密苏里号战舰乘夜驶至近海区，先锋号无人机由它的甲板上起飞，用红外侦察仪拍摄了地面目标的图像并传送给指挥中心。几分钟后，战舰上的406毫米的舰炮开始轰击目标，同时无人机不断地为舰炮进行校射。之后威斯康星号战舰接替了密苏里号，如此连续炮轰了三天，使伊军的炮兵阵地、雷达网、指挥通信枢纽遭到彻底破坏。在海湾战争期间，仅从两艘战列舰上起飞的先锋无人机就有151架次，飞行了530多个小时，完成了目标搜索、战场警戒、海上拦截及海军炮火支援等任务。发射Brevel无人机在海湾战争中，先锋无人机成了美国陆军部队的开路先锋。它为陆军第7军进行空中侦察，拍摄了大量的伊军坦克、指挥中心、及导弹发射阵地的图像，并传送给直升机部队，接着美军就出动&阿帕奇&攻击型直升机对目标进行攻击，必要时还可呼唤炮兵部队进行火力支援。先锋机的生存能力很强，在319架次的飞行中，仅有一架被击中，有4～5架由于电磁干扰而失事。除美军外，英、法、加拿大也都出动了无人机。如法国的&幼鹿&师装备有一个&马尔特&无人机排。当法军深入伊境内作战时，首先派无人机侦察敌情，根据侦察到的情况，法军躲过了伊军的坦克及炮兵阵地。1995年波黑战争中，因部队急需，&捕食者&无人机很快就被运往前线。在北约空袭塞族部队的补给线、弹药库、指挥中心时，&捕食者&发挥了重要的作用。它首先进行侦察，发现目标后引导有人飞机进行攻击，然后再进行战果评估。它还为联合国维和部队提供波黑境内主要公路上军车移动的情况，以判断各方是否遵守了和平协议。美军因而把&捕食者&称作&战场上的低空卫星&。其实卫星只能提供战场上的瞬间图像，而无人机可以在战场上空长时间盘旋逗留，因而能够提供战场的连续实时图像，无人机还比使用卫星便宜得多。日，以美国为首的北约打着&维护人权&的幌子对南联盟开始了狂轰滥炸，爆发了震惊世界的&科索沃战争&。在持续78天的轰炸过程中，北约共出动飞机3.2万架次，投入舰艇40多艘，扔下炸弹1.3万吨，造成了二战以来欧洲空前的浩劫。南联盟多山、多森林的地形以及多阴雨天的气候条件，大大影响了北约侦察卫星及高空侦察机的侦察效果，塞军的防空火力又很猛，有人侦察机不敢低飞，致使北约空军无法识别及攻击云层下面的目标。为了减少人员的伤亡，北约大量使用了无人机。科索沃战争是世界局部战争中使用无人机数量最多、无人机发挥作用最大的战争。无人机尽管飞得较慢，飞行高度较低，但它体积小，雷达及红外特征较小，隐蔽性好，不易被击中，适于进行中低空侦察，可以看清卫星及有人侦察机看不清的目标。在科索沃战争中，美国、德国、法国及英国总共出动了6种不同类型的无人机约200多架，它们有:美国空军的&捕食者&(Predator)、陆军的&猎人&(Hunter)及海军的&先锋&(Pioneer)；德国的CL-289；法国的&红隼&(Crecerelles)、 &猎人&，以及英国的&不死鸟&(Phoenix)等无人机。无人机在科索沃战争中主要完成了以下一些任务:中低空侦察及战场监视，电子干扰，战果评估，目标定位，气象资料搜集，散发传单以及营救飞行员等。科索沃战争不仅大大提高了无人机在战争中的地位，而且引起了各国政府对无人机的重视。美国参议院武装部队委员会要求，10年内军方应准备足够数量的无人系统，使低空攻击机中有三分之一是无人机；15年内，地面战车中应有三分之一是无人系统。这并不是要用无人系统代替飞行员及有人飞机，而是用它们补充有人飞机的能力，以便在高风险的任务中尽量少用飞行员。无人机的发展必将推动现代战争理论和无人战争体系的发展。机器***所谓地面军用机器人是指在地面上使用的机器人系统，它们不仅在和平时期可以帮助民警排除炸弹、完成要地保安任务，在战时还可以代替士兵执行扫雷、侦察和攻击等各种任务，今天美、英、德、法、日等国均已研制出多种型号的地面军用机器人。英国的&手推车&机器人在西方国家中，恐怖活动始终是个令当局头疼的问题。英国由于民族矛盾，饱受***的威胁，因而早在60年代就研制成功排爆机器人。英国研制的履带式&手推车&及&超级手推车&排爆机器人，已向50多个国家的军警机构售出了800台以上。最近英国又将手推车机器人加以优化，研制出土拨鼠及野牛两种遥控电动排爆机器人，英国皇家工程兵在波黑及科索沃都用它们探测及处理***。土拨鼠重35公斤，在桅杆上装有两台摄像机。野牛重210公斤，可携带100公斤负载。两者均采用无线电控制系统，遥控距离约1公里。&土拨鼠&和&野牛&排爆机器人除了恐怖分子安放的炸弹外，在世界上许多战乱国家中，到处都散布着未爆炸的各种弹药。例如，海湾战争后的科威特，就像一座随时可能爆炸的弹药库。在伊科边境一万多平方公里的地区内，有16个国家制造的25万颗地雷，85万发炮弹，以及多国部队投下的布雷弹及子母弹的2500万颗子弹，其中至少有20％没有爆炸。而且直到现在，在许多国家中甚至还残留有一次大战和二次大战中未爆炸的炸弹和地雷。因此，***处理机器人的需求量是很大的。排除***机器人有轮式的及履带式的，它们一般体积不大，转向灵活，便于在狭窄的地方工作，操作人员可以在几百米到几公里以外通过无线电或光缆控制其活动。机器人车上一般装有多台彩色CCD摄像机用来对***进行观察；一个多自由度机械手，用它的手爪或夹钳可将***的引信或雷管拧下来，并把***运走；车上还装有猎***，利用激光指示器瞄准后，它可把***的定时装置及***击毁；有的机器人还装有高压水***，可以切割***。德国的排爆机器人在法国，空军、陆军和***署都购买了Cybernetics公司研制的TRS200中型排爆机器人。DM公司研制的RM35机器人也被巴黎机场管理局选中。德国驻波黑的维和部队则装备了Telerob公司的MV4系列机器人。我国沈阳自动化所研制的PXJ-2机器人也加入了公安部队的行列。美国Remotec公司的Andros系列机器人受到各国军警部门的欢迎，白宫及国会大厦的***局都购买了这种机器人。在南非总统选举之前，警方购买了四台AndrosVIA型机器人，它们在选举过程中总共执行了100多次任务。 Andros机器人可用于小型随机***的处理，它是美国空军客机及客车上使用的唯一的机器人。海湾战争后，美国海军也曾用这种机器人在沙特阿拉伯和科威特的空军基地清理地雷及未爆炸的弹药。美国空军还派出5台Andros机器人前往科索沃，用于***及子炮弹的清理。空军每个现役排爆小队及航空救援中心都装备有一台Andros VI。我国研制的排爆机器人排爆机器人不仅可以排除炸弹，利用它的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。监视人员可以在远处对犯罪分子昼夜进行观察，***他们的谈话，不必暴露自己就可对情况了如指掌。1993年初，在美国发生了韦科庄园教案，为了弄清教徒们的活动，联邦调查局使用了两种机器人。一种是Remotec公司的AndrosVA型和Andros MarkVIA型机器人，另一种是RST公司研制的STV机器人。STV是一辆6轮遥控车，采用无线电及光缆通信。车上有一个可升高到4.5米的支架 ，上面装有彩色立体摄像机、昼用瞄准具、微光夜视瞄具、双耳音频探测器、化学探测器、卫星定位系统、目标跟踪用的前视红外传感器等。该车仅需一名操作人员，遥控距离达10公里。在这次行动***出动了3台STV，操作人员遥控机器人行驶到距庄园548米的地方停下来，升起车上的支架，利用摄像机和红外探测器向窗内窥探，联邦调查局的官员们围着荧光屏观察传感器发回的图像，可以把屋里的活动看得一清二楚。机器人指挥其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。礼仪机器人该定义强调了机器人应当仿人的含义，即它靠手进行作业，靠脚实现移动，由脑来完成统一指挥的作用。非接触传感器和接触传感器相当于人的五官，使机器人能够识别外界环境，而平衡觉和固有觉则是机器人感知本身状态所不可缺少的传感器。这里描述的不是工业机器人而是自主机器人。机器人的定义是多种多样的，其原因是它具有一定的模糊性。动物一般具有上述这些要素，所以在把机器人理解为仿人机器的同时，也可以广义地把机器人理解为仿动物的机器。1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为:&机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象&。1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义:&工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。&我国科学家对机器人的定义是:&机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器&。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。中国工程院院长宋健指出:&机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化&。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。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。乐高RCX机器人RCX是是一块可编程积木，即课堂机器人(机器人指令系统)的大脑。它是整个用乐高积木、马达、传感器等组建搭建的机器人系统的中枢，就像大脑一样控制、指挥机器人的行为。使用ROBOLAB软件，人们可以创造、搭建、编程真正的机器人，让它运动、做运动、甚至自己去&想&。RCX不仅可以通过红外发射仪与计算机通信，还可以通过红外收发与其它RCX通信，通过互联网通信，配合丰富多彩的乐高积木和乐高传感器或第三方的仪器设备，适合高校组建创新实验室或机器人课程，让学生们动手创造各种大型机电一体化系统，将抽象的理论知识和构思化为具体的模型。计算机高手们则试图用各种官方或非官门的语言控制RCX，如 C、VB、NQC、Java、LegOS、pbForth等。作为控制模块和微型电脑，RCX可用于机器人系统模型的输入和输出控制。使用ROBOLAB软件在PC机或苹果机上编写程序，通过连接在计算机串口上的红外线发射仪将程序下载到RCX，RCX即可脱离计算机，独立执行程序，控制一系列输入和输出，来响应周围环境并做出正确的动作。基于计算机的数据采集。RCX不仅是机器人的大脑，还可作为一个微型便携式计算机连接各种工业传感器，可以采集、储存数据，可以实时上传数据至计算机，人们可以在计算机上进行数据采集、分析和显示。乐高公司提供了多种微型电器如红外发射器,触碰传感器，马达，光电传感器等。
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