1.1　机器人的历史

仿人机器人拥有人类外形，经常出现在《阿童木》《魔神Z》《跆拳V》等动画，以及《机械战警》《终结者》《机械公敌》等科幻电影中，它们一直存在于人们的想象之中。机器人的鼻祖是工业机器人，它们在20世纪中期成功实现商业化，并大量投入到工业生产线上，iRobot公司推出的扫地机器人Roomba从2003年开始在全世界范围内销售，并一跃成为服务型机器人的著名品牌。随着技术进步，预计未来人类社会会进入一人一台机器人的时代，许多机器人专家已达成共识，一致认为机器人伴侣时代很快就会到来。

现代人对“机器人”（robot）这个词已经非常熟悉了，它初次出现在捷克剧作家卡雷尔·恰佩克在1920年所写成的戏剧《罗素姆万能机器人》（Rossum’s Universal Robot）中。在该剧中，罗素姆父子建造了某种人造人——“Robota”，起初它们只知道努力工作，后来它们有了自主意识，意识到自己一直被人类利用，于是决定铲除人类。顺便说一下，Robota一词在捷克语中有“工作”与“强制劳动”的含义。

机器人可以代替人类从事简单重复或有高精度要求的工作，甚至是具有危险性的工作。因此，全世界许多大学与研究所开始从事相关研究，在工业领域，工业机器人最先被成功开发出来，并应用到工业现场。1954年，美国人George Devol申请了工业机器人专利，当时专利名称用的是“可编程装置”。1961年，Joseph Engelberger开发出了工业制造机器人Unimate（见图1.1），并将其投入到通用汽车公司（General Motors）的汽车装配生产线上，这在世界范围内是第一次应用工业机器人。此后，1961年福特汽车第一次把脱吸机器人（模具铸造机械）投入到工业现场，之后又有多种工业机器人被开发并制造出来。

图1.1　第一台工业机器人Unimate

工业机器人是第一代机器人，被定义为“可重复编程的通用操作机械”，它们被设计并制造出来，主要用于从事一些重复性的工作，有些工作需要保持高精密度与高可靠性，例如焊接、组装、涂装（painting）、转送等。工业机器人由电力驱动，只要不发生电气与机械故障，它们就可以24小时不间断地工作，逐渐取代从事简单工作的人力。富士康（Foxconn）是世界最大的电子产品代工企业，为了降低人力成本，富士康计划用3年时间向生产线投入100万台机器人。2008年，全世界工业机器人销售了11万台，销售总额达到了6.2亿美元。2011年，工业机器人销售量超过了15万台。

工业机器人在固定场合根据程序预先编写好的指令反复执行指定的任务，美国NASA制造的探测机器人（rover）与此不同，它们被开发用来执行高难度任务，旅居者号（Sojourner）在1997年被发射到火星，它拥有太阳能电池板、摄像机、数据传送天线和6个特殊的驱动轮，并且带有嗅觉设备，可以感知气味，分析土壤或岩石成分，利用这些设备，探测机器人可以检测火星表面岩石的组成成分，并把数百张照片发送回地球。当时，旅居者号（Sojourner）成功地完成了预定任务。接着，为了研究火星表面的岩石与土壤，2004年NASA又向火星发射了勇气号（Spirit Rover）（见图1.2）与机遇号（Opportunity Rover），它们都搭载了智能技术，不仅可以实时感知周围环境，还可以根据周围环境自主运行。机器人要想自主判断并根据周围环境自主执行不同任务，必须具备一定的智能（intelligence）才行。我们把这种拥有一定智能的机器人称为智能机器人。

图1.2　火星探测机器人勇气号（Spirit Rover）

智能机器人的定义是，可以自动感知（perception）外部环境，对周围情况做出判断（cognition），并自主做出相应行为（mobility）的机械装置（这个定义出自韩国2008年2月出台的“智能机器人开发与普及促进法案”）。更具体地说，智能机器人是机械、电子、信息、生物工程技术的融合产物，综合运用了环境识别、信息获取、智能判断、自主行为等人工智能技术，它可以向人类提供帮助，并代替人类在恶劣环境中工作，或者执行某种特殊任务。当今世界趋势表现为老龄化加速、人口增长率低、个性化、社交网络、技术融合、崇尚健康生活等，这些趋势进一步刺激了人们对智能机器人的需求。

智能机器人大致可分为个人服务型机器人、专业服务型机器人、工业机器人，具体如下。

• 个人服务型机器人：以普通人为服务对象，向他们提供服务的机器人，例如家用机器人（扫地机器人等）、教育机器人、娱乐机器人、个人秘书机器人、看护机器人、伴侣机器人等。
• 专业服务型机器人：协助专家向社会提供所需服务的机器人，例如医疗机器人、国防机器人、建设机器人、社会安全机器人等。
• 工业机器人：应用于各种工业生产活动的机器人，例如生产制造机器人、农业机器人、渔业机器人等。

智能机器人常驻于家庭或办公室中，为人类提供智能服务，必须能够与人类进行交流。在人类的生活环境中，门槛、楼梯等随处可见，这些都要求机器人有很强的机动性，另外，机器人还要拥有使人感到亲切舒适的外形。考虑到这些要求，最适合服务人类的机器人不是轮式机器人，而是拥有类似人类身体结构的仿人机器人。