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8月26日 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。一般的分类方式见表:
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。 机器人的定义在科技界,科学家会给每一个科技术语一个明确的定义,但机器人问世已有几十年,机器人的定义仍然仁者见仁,智者见智,没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展,新的机型,新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念,成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早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。
1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”(android),它由4部分组成: 1,生命系统(平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等); 2,造型解质(关节能自由运动的金属覆盖体,一种盔甲); 3,人造肌肉(在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态); 4,人造皮肤(含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等)。 1920年捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中,卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot”,“Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响,引起了大家的广泛关注,被当成了机器人一词的起源。在该剧中,机器人按照其主人的命令默默地工作,没有感觉和感情,以呆板的方式从事繁重的劳动。后来,罗萨姆公司取得了成功,使机器人具有了感情,导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务劳动中,机器人成了必不可少的成员。机器人发觉人类十分自私和不公正,终于造反了,机器人的体能和智能都非常优异,因此消灭了人类。 但是机器人不知道如何制造它们自己,认为它们自己很快就会灭绝,所以它们开始寻找人类的幸存者,但没有结果。最后,一对感知能力优于其它机器人的男女机器人相爱了。这时机器人进化为人类,世界又起死回生了。 卡佩克提出的是机器人的安全、感知和自我繁殖问题。科学技术的进步很可能引发人类不希望出现的问题。虽然科幻世界只是一种想象,但人类社会将可能面临这种现实。 为了防止机器人伤害人类,科幻作家阿西莫夫于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。 这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。 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。
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。 开设机器人创新教学的战略意义世界著名的美国卡内基.梅隆大学专门成立了一所机器人学院,主要是利用机器人激发孩子们对科学技术的热情,从而帮助创立一个技术化的、创新性的文明社会。 该学院的宗旨是: 1、培养有综合处理能力和技术创新能力的劳动者; 2、使学生对机器人和与此有关的其他技术领域感兴趣,并把它作为一种职业来对待; 3、为国家和地区培养未来具有创新精神的企业家和雇员; 4、促进这些技术在此地区的健康发展; 5、为中学和高校的老师建立一门新的标准的创新教育课程; 6、让孩子在体验科学与技术时感到愉快,培养孩子的良好学习习惯、多学科综合运用能力、动手制作能力、创新性思维、团队合作精神及强烈的竞争意识。
为什么要用机器人作为创新教育载体呢? 卡耐基梅隆大学给出了如下理由: 机器人研究使老师让学生有意义地练习或涉及如以下数学、物理相关知识。
同时,针对每一个提出的挑战,学生们都做出自己创新的解决反方案,在这个过程中,学生们培养了自己非凡的思考能力,而这对一个创新者是非常重要的。 每堂课都是以学生为中心的: 老师成了只提供基本知识、信息的推动者,课程设计目的是加强数学、科学和技术的概念,学生很快就承认了这些理论概念的重要性,因为他们需要用这些概念解决它们将遇到的问题。 文字记录是每节课的重要部分: 要求学生们用笔记本记录他们的工作,在他们演示作品时要同时展示他们在设计中所有应用数学、科学技术的纪录。所有在笔记本上的内容都将被评阅,所有草图都将用老师制作的模板作为评判标准来评价。 学生们将沉浸于有助提高其科技创新能力的活动中: 学生们必须写程序控制机器人。他们将运用条件语句、循环语句、变量、记时器和等待语句。工程中要求每队将他们的工作内容做成主页,同时提供赠送软件。根据学生的年龄和问题的难度,他们可能被要求用工程管理软件来管理团队的活动。 学生们将学到工程的管理: 学生所做的工作要求他们以团队为单位。他们由管理者、程序员、工程师和通信专家组成。鼓励学生们协同工作,并且鼓励他们通过交换角色来找到适合自己的位置。在活动中,要求学生们有效地管理时间和资源以保证按时完成工程。 用机器人技术可以教学生些什么呢? 学生在设计和搭建机器人过程中可以学习数学、自然科学、工程设计和物理学。机器人创新教育是当今教育中“第一综合”教育资源。学生在使用工业标准的软件和硬件时,将涉及数学、物理、化学、几何学、三角学、电子学、规划设计、计算机控制、语言文学、音乐、舞蹈、生物、工程机械、能源环保、工业设计等学科知识。他们在团队合作学会妥协。他们懂得了管理时间和资源的重要性。他们还将引入系统和系统分析的概念。 机器人创新教育开发了学生与工作相关的以下能力:
“适当的时间适当的场合” 生活中所有的事情都在一定的时期内依次排列。匹兹堡的国际机器人工程技术协会和机器人教育就是就这些时间中的一个。机器人技术甚至被看成是匹兹堡和宾西法尼亚西南部的工艺象征。华尔街杂志已经将匹兹堡命名为“机器人堡”。 现在,宾西法尼亚西南部有超过80家的公司设计、销售和服务机器人。NREC的主管卡耐基梅隆大学在世界范围内因机器人技术而享有盛誉。NASA,美国大学联盟协定的东家之一,在教育上承担着空前的义务。匹兹堡和国际机器人工程协会拥有使其成为世界机器人教育领导者地位的所有必要的成分。 机器人技术为什么重要呢?我们日常生活中应用的技术都是在过去的十年里发展起来的。唯一不变的是变化,呈指数的变化改变着我们周围的世界。如果你象我们一样相信是科学家和技术专家拥有对你未来生活最大的影响,你将发现下面的统计是令人吃惊的。 在NREC,我们发现机器人教育正好可以做到这些。女孩子们象男孩子一样发现在设计、搭建机器人和给机器人编程中的快乐。机器人技术使学生感受到现代技术的魅力。我们希望我们所激发影响的学生能创造出我们未来生活所必需的技术。 以上是我们在卡内基.梅隆的机器人学院主页上看到的内容,如果您还有兴趣,可以登录到:http://www.rec.ri.cmu.edu/education/index.html 您可以得到更多的启发。 第六届中国青少年机器人竞赛在昆明举行
图1:来自香港的小选手正在组装自己的比赛机器人
图2:选手和教练员在调试机器人和适应场地
图3:测试机器人
图4:选手在接受评委的问辩
图5:教练员论坛上北京理工大学陆际联教授在做主题发言
文/摄影:王吉勇 |
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