机器人选修课论文

机器人选修课论文

对于我们来说机器人并不陌生，因为有好多关于机器人的电影、动画片、漫画、小说等知名度很高，使得现在社会中不管是小孩就连不识字的老人都知道有那么一种神奇的东西，它能在人们无法适应的恶劣的环境下干活，他能做很多人们做不了的事，甚至有人发出这种言论：机器人将取代人类。那么机器人到底是什么呢？

在大多数人的眼里机器人就是一种长得像人的一种机器，但是其实不然，机器人并不是一定是人的模样，它是一种智能化的机器，有的很小，有的却是庞然大物，只有一小部分长得像人，做的像人只是拉近我们与它们的距离，更具有亲切感，使机器人更具有人性化，就跟人们害怕看到他们同类的骨架却不怕一个活生生的人的道理是一样的。有关于机器人的定义有很多并且不一其原因是它本身就有一定的模糊性，如：

⑴在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人：

①具有脑、手、脚等三要素的个体；

②具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；

③具有平衡觉和固有觉的传感器。

⑵1988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”。

⑶1987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。”

⑷中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。

但是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。

于是国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，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操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类带来许多方便之处。

为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫（Isaac.Asimov）于1940年提

出了“机器人三原则”：

①机器人不应伤害人类；

②机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

③机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

机器人的组成

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

㈠执行机构

即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。

㈡驱动装置

是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。

㈢检测装置的作用

是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。

㈣控制系统有两种方式

一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。

我对机器人的看法

机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。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。

我认为机器人是新世纪的高级产物，也是人类社会发展的产物，从十九世纪的工业革命开始，人类开始走上了生产高速化的道路，人们不再愿意受自然的约束，

不再刀耕火种，不再男耕女织，取而代之的是蒸汽机代替人力，化石能源代替粮食。而在古时候，人们受尽了统治者的剥削，人们开幻想会有一种机器能够任劳任怨，永不停止的工作来缓解劳累。如：

⑴古希腊神话中就曾经有过一篇关于机器人的传说，公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人──自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。

⑵当然中国也有这么一种传说：

①西周时期，中国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的机器人。

②春秋后期，中国著名的木匠鲁班，在机械方面也是一位发明家，据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”，体现了中国劳动人民的聪明智慧。

⑶历史上也真正有过机器人：

①1800年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。

②后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其运送军粮，支援前方战争。

③662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。

④1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。

我认为机器人会有以下发展趋：

㈠仿生化及节能化

机器人作为一种高科技产品，其灵感一开始应该来自于生物学，如果机器人向仿生化发展，未来机器人会越来越先进，现在的机器人大多是用步进机，而步进机是由电动机改而来，（即步进机是电动机的升级版）当然步进机会拥有电动机的特点，电动机的弱点是效率不高（尽管与内燃机比起来高多了）但是二十一世纪是一个能源的世纪，现在的全球变暖便是大自然给我们敲响的警钟，使用电能的机器的确是不会排放污染物，但是全球大部分的电是煤电，其实用电就是烧煤，所以必须是机器人的用电效率得到提高，我想像有这么一种材料，其形状就像一段橡胶，当此“橡胶”通上正向电流时其收缩，当其通上方向电流时它伸长，当电流越大其收缩（伸长）的力度就越大，就像是人的肌肉，我想这种材料（虽然这种材料世界上还没有，就算有那也只有可能是人或其他动物的肌肉，当是将电能转化为分子间的作用力的效率应该很高）的电能转化率就是电能转化为磁能的效率，试想一下，在两种能量转化效率差不多的前提下，一种能量是直接转化为另外一种能量时它的效率应该比两次转化的效率高。当然，我不是学材料学的，有些基础的化学知识我还是懂得，真的希望我的想法能够在不久的将来实现。

我是想将生物物理学中的“肌肉带动骨骼运动”的效果应用到机器人上来，从而使机器人程序员的工作量大大的减少，而且设计其机械结构将降低难度，这样机器人也会想人类一样可以两只脚走路（当然在主板上一定要有3D陀螺仪，使得处理器能识别机器的重心，从而使机器人不至于倒下），以及做一些人类能做的动作，这样的话将会有机器人田径运动会的诞生。机器人可以成为一个完美的运动员，可以与人一起参加比赛，甚至成为MVP、足球先生等。到那时机器人会成为中国的

骄傲。

㈡智能化

智能化及可以通过自我学习来掌握多项技术，当然这必须在机器人的三原则的基础上，同时要拥有可判断性思维，使得其不会被用作犯罪工具，当然机器人是分辨不出气味，食物的味道，除非用一种高级的传感器，传感器的发明之路很困难，希望在不久的将来能够出现，现在只有使用光谱分析仪来分辨空气中的成分，根据不同成分的性质来分析气味，同样通过离子或官能团分析食物的味道，其实这只是没办法的办法，有点小题大作的感觉。

㈢人性化

未来的机器人将越来越像人，可能会有机器人演员、歌星、替身等。

小结：当然这些都离不开机器人能力的评价标准，其包括：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、可靠性、联用性和寿命等。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。

总结：机器人会造福于人类，机器人会掀起新时代的有一次科技革命，我相信机器人会随着科技的发展，越来越完美。