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  • 1 # 淳幀通安

    從工業革命開始之後的兩百年時間裡,人們就一直不斷提高機器的設計理念和製造工藝。尤其是自20世紀中期以來,大規模生產的迫切需求推動了自動化技術的發展,進而衍生出三代機器人產品。第一代機器人是遙控操作的機器,工作方式是人透過遙控裝置對機器進行指揮,而機器本身並不能獨自控制運動。第二代機器人透過程式控制,可以使其自動重複完成某種方式的操作。第三代機器人被稱為智慧機器人。

    第一代機器人的誕生源於發展核技術的需求。20世紀40年代,美國建立了原子能實驗室,但實驗室內部的核輻射環境對人體的傷害較大,迫切需要一些操作機械能代替人處理放射性物質。在這個需求的推動下,美國原子能委員會的阿爾貢研究所於1947年開發了遙控機械手,隨後又在1948年開發了機械耦合的主從機械手。所謂主從機械手,即當操作人員控制主機械手做一連串動作時,從機械手可準確地模仿主機械手的動作。

    1952年,美國帕森斯公司製造了一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三座標數控銑床,這標誌著數控機床的誕生。此後,科學家和工程師們對控制系統、伺服系統、減速器等數控機床關鍵零部件技術的深入研究,為機器人技術的發展奠定了堅實的基礎。

    然而這些機器人是遙控操作的機器,工作方式是人透過遙控裝置對機器進行指揮,而機器人本身並不能獨立控制運動。

    憑藉自動化技術和零部件技術的研究積累,第二代機器人登上了歷史舞臺。1954年,美華人喬治·沃爾德製造出世界第一臺可程式設計的機械手,並註冊了專利。按照預先設定好的程式,該機械手可以從事不同的工作,具有通用性和靈活性。

    隨後的1958年,被譽為“機器人之父”的美華人約瑟夫·恩格爾伯格建立了世界上第一家機器人公司——Unimation,正式把機器人向產業化方向推進。1962年,Unimation公司的第一臺機器人產品Unimate問世。該機器人由液壓驅動,並依靠計算機控制手臂執行相應的動作。同年,美國機床鑄造公司也研製了Versatran機器人,其工作原理於Unimate相似。一般認為,Unimate和Versatran是世界上最早的工業機器人。

    世界上最早的工業機器人——Unimate

    機器人發展到第二代,依舊是透過程式被控制,可以自動重複完成某種方式的操作。

    在機器人技術的研發過程中,人們嘗試利用感測器提高機器人的可操作性,具備感知能力的第三代智慧機器人漸成研發熱點。如厄恩斯特的觸覺感測機械手、託莫維奇和博尼的安裝有壓力感測器的“靈巧手”、麥肯錫的具備視覺感測器系統的機器人以及約翰·霍普斯金大學應用物理實驗室研製出的Beast機器人等的成功嘗試,第三代智慧機器人的發展曙光漸顯。

    1968年,美國斯坦福國際研究所成功研製出移動式機器人Shakey,它是世界上第一臺帶有人工智慧的機器人,能夠自主進行感知、環境建模、行為規劃等任務。該機器配有電視攝像機、三角法測距儀、碰撞感測器、驅動電動以及編碼器等硬體裝置,並由兩臺計算機透過無線通訊系統控制。限於當時的計算水平,Shakey 需要相當大的機房支援其進行功能運算,同時規劃行動也往往要耗時數小時。

    世界上首臺智慧移動機器人—Shakey

    即便Shakey笨重且效率低下,但它具備人工智慧機器人所具備的特徵,即利用各種感測器和測量器等來獲取環境資訊,然後基於智慧技術進行識別、理解和推理,並做出規劃決策,同時能夠自主行動實現預定目標。於是,第三代智慧機器人由此展開。

    由上述機器人的發展歷程我們可以看到,工業生產的內在需求以及傳統工業方式亟待轉變的趨勢,都是推動機器人發展的核心力量。

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