2.3 机器人的发展历史及其现状

2.3.1 机器人的起源

虽然机器人在现代社会，似乎也是个比较高科技的东西。但人类有关机器人的构想其实可以回溯到很久以前。

早在几千年前，人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种各样的工作，将人类从繁重的劳动中解脱出来。这一点，从早期的神话故事和民间传说就可以看出。

例如，希腊神话中，曾经塑造出一个青铜巨人塔罗斯（Talos/Talus），它全身由青铜铸就，所向无敌。只有一根血管，从颈部通下，直到膝盖处以铜钮遮掩（一说上面只有层薄皮），能一日之内绕克里特岛三周（图2-11）。

我国古代也有关于机器人的民间传说。例如《列子》散文中有个关于西周时代的动人传说——偃师造人。其中描写了偃师用木头等材料造成的人达到以假乱真的程度：“偃师谒见王，王荐之曰：‘若与偕来者何人邪？’对曰：‘臣之所造能倡者。’穆王惊视之，趣步俯仰，信人也。巧夫颌其颐，则歌合律；摔其手，则舞应节。千变万化，惟意所适。王以为实人也，与盛姬内御并观之。技将终，倡者瞬其目而招王之左右侍妾。王大怒，立欲诛偃师。偃师大慑，立剖散倡者以示王，皆傅会革、木、胶、漆、白、黑、丹、青之所为。王谛料之，内则肝、胆、心、肺、脾、肾、肠、胃，外则筋骨、支节、皮毛、齿发，皆假物也，而无不毕具者。合会复如初见”。

虽然，这些传说仅仅只是人类的想象，并不一定真实存在，但从这些传说中我们已经可以看出机器人的雏形。它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或人造人，以便能够代替人去进行各种工作。

据专家考证，目前国际社会比较公认的最早想出“自动人”（最原始的机器人）的人是距今两千多年前的希腊人海伦（图2-12）。海伦向阿基米德和欧几里得等当时的科学家们学习，然后他利用学到的知识设计了各种各样由铅垂、滑车、车轮等构成的“自动人”，并且让这些“自动人”出色地完成了各种表演。

古代机器人多用木质材料或常见的金属材料，机构比较简单，原动力是人工，或者是自然界的风力、水力；其自动化和智能化程度并不高，有的甚至还达不到现代一些稍微智能化的机器的标准。但不可否认的是，在当时的社会知识背景下，这些想法和创造已经是了不起的存在。

现代对于机器人真正意义上的研究则始于第二次世界大战之后。1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程机器人并注册了专利。机器人第一次进入工业领域是在20世纪60年代，由于技术的限制，当时机器人在生产活动中的动作仅限于简单的上、下料这类简单的工作，其作业能力非常简单。虽然当时的机器人的性能还不如现代的简单机械手，但由于机器人作业所具备的高度柔性、高可靠性、操作简便性等一些人工作业所不具有的特点，机器人开始运用于工业生产中。自此，机器人技术走上了由浅入深的发展之路，进入了缓慢的发展时期。20世纪80年代，由于对人类在生产设备、交通工具等方面对机械电子产品具有巨大需求，机器人在工业中终于获得了巨大的发展。这一时代在后来被称作“机器人元年”。

2.3.2 国外机器人发展历史及其现状

公元前2世纪，古希腊人发明了一个机器人，它是用水、空气和蒸汽压力作为动力，能够动作，会自己开门，可以借助蒸汽唱歌。这被认为是最早的机器人。

1662年，日本的竹田近江利用钟表技术原理发明了自动机器玩偶（图2-13），并在大阪的道顿崛演出。到了18世纪，日本人若井源大卫门和源信，对该玩偶进行了改进，制造出了端茶玩偶，该玩偶双手端着茶盘，当将茶杯放到茶盘上后，它就会走向客人将茶送上，客人取茶杯时，它会自动停止走动，待客人喝完茶将茶杯放回茶盘之后，它就会转回原来的地方，煞是可爱。

1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析，为此他发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，还能游泳、喝水、进食和排泄。

1768～1774年间，瑞士的钟表匠皮埃尔·雅奎特·德罗兹（图2-14）和他的两个儿子亨利·路易斯、让·弗里德里克·莱斯肖特，连续推出了三个像真人一样大小的机器人——写字偶人（图2-15）、绘图偶人和弹风琴偶人。他们创造的自动玩偶是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器，是利用齿轮和发条原理而制成的。其结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。

这个“写字机器人”的外观是一个坐在一张木桌前的3岁男孩玩偶，他长着黑色的卷发，穿着红色的外衣，右手拿着一支鹅毛笔。就像给闹钟上紧发条一样，当给这个“写字机器人”上紧背后的发条后，这个男孩玩偶就会开始动作，抬起右臂，将手中的鹅毛笔伸到桌子右侧的墨水壶中蘸一下，然后在桌子当中的一张白纸上缓缓写出几行词句来。据悉，每上紧一次发条，这个“写字机器人”写出的词句最多可以包含40多个字母。这个“写字机器人”体内有6000多个零部件，其中包含40个可替换的内部凸轮，只要更换这些凸轮，“写字机器人”就可以写出不同的字词和句子。从理论上说，只要将凸轮重新定制，然后再根据相应的运动原理排列，这个“写字机器人”可以写出任何需要的句子。

1770年，美国科学家发明了一种报时鸟，在整点的时候，鸟的翅膀、头和喙便开始运动，同时发出叫声。其齿轮转动依靠主弹簧驱动，促使活塞压缩空气而发出叫声，同时齿轮转动时带动凸轮转动，从而驱动翅膀、头运动。

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。

进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多的关注与支持，机器人技术开始飞速发展。一些实用化的机器人相继问世。目前我们所耳闻目见的机器人，几乎都是进入20世纪之后的产品。

1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。

1959年，美国英格伯格和德沃尔制造出了世界上第一台工业机器人“尤尼梅逊”（图2-16），意思为“万能自动”，它被认为是世界上第一台真正意义上的机器人。它的出现，开创了机器人发展的新纪元。

随着电子工业的发展，传感器在机器人上开始应用，这提高了机器人的可操作性。20世纪60年代左右，人们开始试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，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。

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“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（图2-17）。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，而控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey被认为是世界第一台智能机器人，自此智能机器人的研发也拉开了序幕。

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”。

1973年美国Cincinnati Milacron公司的机器人T3的出现，是世界上第一次机器人和小型计算机合作的产品。

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至今仍然工作在一些工厂的生产第一线。

1984年英格伯格推出机器人Helpmate（图2-18），它能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。

1998年丹麦乐高公司推出机器人（Mind-storms）套件（图2-19），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（图2-20），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。

以上仅仅介绍了部分时间和部分国家的机器人。在近代，机器人的发展十分迅速，不可能一一介绍完全。总体而言，国外机器人发展较快，水平较高。机器人的发展已经由单纯的工业机器人走向多样化、高智能方向。机器人技术正逐步向着具有行走能力、多种感觉能力以及对作业环境的较强自适应能力的方面发展。

对全球机器人技术发展最有影响的国家是美国和日本。美国在机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本机器人在数量、种类方面，尤其是在服务行业的机器人，则居于世界首位。

2.3.3 我国机器人发展历史及其现状

我国西周时期，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。

据史料记载，春秋后期，我国著名的木匠鲁班（图2-21）曾惹老母生气，鲁母因此不进茶饭，让鲁班很是着急。为了哄母亲开心，鲁班废寝忘食，花费了两天时间，用木材制造了一只大鸟（图2-22）。据《墨经》记载，木鸟能在空中飞行“三日不下”。说的就是，木鸟上天后，飞了三天三夜都没落地。

1800年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪（图2-23），而且发明了计里鼓车（图2-24）。计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。

后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮创造出了交通运输工具“木牛流马”，并用其运送军粮以支援前方战争。“木牛流马”，分为“木牛”与“流马”。史载其载重量为“一岁粮”，大约四百斤以上，每日行程为“特行者数十里，群行二十里”，为蜀国十万大军提供粮食。遗憾的是现代并没有留下当时的样品，现代对其也有不同的解释。图2-25所示是现代人对它的几种复原图之一。

虽然这些并不是现代我们通常意义上的机器人，但这些都是具有机器人构想的装置，可算是中国最早的机器人雏形。充分体现了中国劳动人民的聪明智慧。

相对于我国古代机器人雏形出现得较早，近现代我国机器人则起步较晚。这是因为中华人民共和国刚成立时，经济基础较差，各方面基础条件不足。现代机器人在国内的发展始于20世纪70年代初，其发展大致可分为三个阶段。

（1）20世纪70年代的萌芽期

当时，国内的一些先进知识分子已经开始意识到机器人技术在未来的重要性，并逐渐开始了对机器人技术的相关研究。由于条件落后，当时的研究主要还是进行理论上的探索，真正的进行机器人研发是在国民经济第七个五年计划之后。

（2）20世纪80年代的开发期

20世纪80年代中期，技术革命的第三次浪潮在全世界形成巨大冲击，机器人技术也不例外，甚至在这次浪潮中还起着先锋作用。从那时起，我国也开始接触世界上先进的机器人技术。

改革开放后，随着对外交流越来越频繁，越来越多的国外机器人专家到中国访问和作学术报告，这使我国领导人和同行们开始认识到，机器人可以作为一种新的劳动力，机器人能在我国的经济建设中发挥巨大作用，带来巨大的经济效益，甚至将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。基于这个认识，为了培养人才和加强国际学术交流，我国派出了一部分学者去国外参加机器人年会，进行各种考察活动，以促进我国机器人技术的发展。

在“七五”计划中，机器人被列入国家重点科研规划内容。我国斥巨资在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础元器件与基础理论研究。1985年，国家科学技术委员会开始组织实施工业机器人“七五”计划，“七五”计划的完成使我国机器人技术上了一个新台阶。

1986年，中共中央24号文件把智能机器人列为国家高技术发展计划自动化领域两个主题之一，研究目标是跟踪世界先进水平，工作内容是围绕特种机器人进行攻关。文件明确规定了智能机器人主题的战略目标：开发在恶劣环境下工作的移动机器人、水下无缆智能机器人和精密装配机器人的目标产品。随后，我国开始实施“863计划”，先后推出和实施了多个机器人技术研究和开发计划。1987年7月，第一届智能机器人主题专家组成立，揭开了我国科技工作者在机器人高技术方面有目标、有计划、有组织的攻坚战的序幕。

（3）20世纪90年代后的实用化期

进入20世纪90年代，智能机器人主题在努力完成中共中央24号文件规定的任务基础上，受国内市场经济发展的推动，及时对主攻方向做了调整和延伸，确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，继续开拓进取，实现了高技术发展与国民经济主战场的密切连接，应用机器人技术推动企业产品更新换代，提升企业生产技术水平，为发展我国高技术产业和跻身世界机器人技术先进行列做出了重大贡献。

我国现代机器人的研制情况大致如下。

1980年——研制成功中国第一台工业机器人样机。

1985年——中国第一台水下机器人（“海人一号”）首航成功。并在1989年，首次出口美国。

1990年——中国第一台工业机器人通用控制器研制成功。

1993年——中国机器人技术国家工程研究中心成立。

1994年——中国第一台1000米水下机器人（“探索者”）海试成功。并在次年进行了6000米水下机器人（CR-01）海试，并取得了成功。

1995年——自主开发的机器人技术——ＡＧＶ技术出口韩国。

2005年——我国研制出了具有自主知识产权的仿人机器人“汇童”，打破了日本在仿人机器人这一领域的垄断（图2-26）。

2011年——我国研制出了四足仿生机器人“FROG”（图2-27），并研制出了世界上首台快速反应机器人（图2-28）。

同国外相比，目前我国从事机器人研究和应用开发的主要是高校及有关科研院所等，没有和企业有机地进行联合，至今仍未形成具有影响力的产品和有规模的产业。目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司外，具有自主知识产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产阶段，未能形成气候。并且，我国的机器人技术仍以学习国外的机器人技术为主，即机器人的主要研究仍然是跟随着其他国家（特别是美国和日本）的研究步伐。 Jy1h79B2ha1kzmdNRjcJkYO4EdwQdEQUDm0Ru5QKujRvrDRdbqVgPZHAs86ut4e8