厨师机器人.doc

日本研发出“厨师机器人” 或将代替主妇
来源：外滩画报 时间：2010-03-18 15:33:00

在当前的西方发达国家尤其是日本，人类已经研制出能够制作日式烧饼、章鱼小丸子、拉面等日常食物的机器人。在不远的将来，机器人有望代替家庭主妇，为一家人烹饪一日三餐。这一前景引起了一些西方科学家的忧虑：“要把机器人的智能提升到什么程度？让它们聪明到足以摧毁人类吗？因为最快到达人类心脏的途径之一便是食物。”另一些观察家认为，机器人不可能完全取代人类而成为厨师，因为机器人煮出来的食物是“死的”。
　　灯火通明的卡耐基·梅隆大学史密斯礼堂二楼，保尔·卢比斯基教授和两位研究生正在展示一个崭新的机器人。这个机器人是由卢比斯基教授领导的“人类与机器人互动小组”17名教职员工、本科生和博士生，用了两年时间研究而成的，是汇集了所有人专业知识的巅峰之作。
　　这个机器人配备了一个价值2万美元的激光导航系统、一个声纳传感器，机器人的一双眼睛是Point Grey 公司出品的Bumblebee 2 双目立体摄像机。
　　卢比斯基教授在一旁观看，犹如一个骄傲的家长。旁边坐着一个研究生，只见他在笔记本电脑上噼噼啪啪敲击一阵后，机器人就前进执行它的基本任务：运送一份锡箔包裹的混合味燕麦棒。只见它长方形的LED“嘴巴”有节奏地跳动着，声音跟电影《2001 太空漫游》中的机器人HAL9000 并无二致：“你好，我是零食机器人。我是给Ian 送零食的。Ian 在吗？”本文作者对此做出了肯定的回答。机器人继续说：“噢，你好，Ian。这是你点的餐，我相信这是一份燕麦棒，对吗？”
　　“是燕麦棒。”Ian回答。
　　“那好，享受你的零食吧。我保证这很美味，但我更喜欢一份电力零食。”
　烹饪机器人军团
　　这一机器人的设计初衷是为了收集人机沟通即如何提高人机关系的信息。因此，如何给人最大的亲和力成了设计的核心理念。团队对零食机器人每一个细节的设计都考虑得非常仔细，从高度到颜色无不一一琢磨，而让机器人给人提供零食则是体现亲和力的核心要素。
　　卢比斯基教授解释：“我们一直在考虑，要让人主动跟机器人交流，有什么方法比给人送零食更讨人欢心？”
　　尽管零食机器人的创意令人惊奇，但它只是烹饪机器人军团中的一个小兵。烹饪机器人才是真正能为人们提供美食的厨师。零食机器人的率先推出只是充当了友好大使的角色，为的是让人们能更容易接受厨房全面自动化的未来。
　　烹饪机器人由来已久。2006 年，中国深圳繁兴科技有限公司揭开了被称为“世界上第一个烹饪机器人”的面纱——AIC-AI 烹饪机器人。这个经过4 年研究而成的机器人总投资超过了25万美元。只要按下一个键，它就能以自己的方式炒、烤、煮、蒸出至少来自三个菜系的上千道中国美食。美中不足的是，AIC-AI 烹饪机器人需要一个特制的烹饪锅炉。这一问题在之后设计出的烹饪机器人中已得到解决。只要事先将锅炉使用程序编入机器人程序，它们就知道使用任意一款锅炉。
　　2008 年，瑞士洛桑的实验室里诞生了一个主厨机器人，它能制作煎蛋卷，知道煎蛋卷时要首选格吕耶尔干酪。这种煎蛋卷跟面团宝宝（PillsburyDoughboy）有相似的外形。同年，在日本大阪创意产业博物馆，一个机器人制作出了章鱼小丸子，从抓捏到烹制一气呵成，厨师的方头巾裹在它组件的上端，神气地飘舞着。
　　2009 年6 月，在东京国际食品机械和技术博览会上，一个肩膀宽阔的机器人用抹刀为参观者制作日式烧饼；另一个机器人则用一个真实得令人害怕的手捏制寿司；还有一个机器人则以非人的速度将黄瓜切片，偶尔还抱怨着工作太累，想要回家。
　　一个月后，在日本名古屋，以机器人为厨师的Famen 餐厅开业了。店内两个巨大的黄色机器人手臂一天要准备多达800 碗的拉面。在煮拉面的空当，机器人还能表演编排好的喜剧动作，或练拳击，算是给顾客来点小节目。
　　店主长井键司说：“我们餐厅的配置是：机器人一号是经理，负责煮面条；机器人二号是副经理，负责准备汤和配料。人类员工则要为这两个机器人打工。”

机器人厨师前景
　　在经济衰退、失业率攀升的当下，用机器人做主厨多少有些令人讨厌。值得庆幸的是，在短时间内，机器人不可能占领人们的岗位，尤其是对于大排档或提供即时快餐的杂煮店来说。一对机器人的价格是10 万美元，长井键司坦诚地认为这样的花费“对于拉面店来说实在是太高了”。
　　但对于位于名古屋的机器人科技公司Aisei 来说，这样的花费就可能是值得的了。这家公司的经理说：“我们公司编程、制作工业机器人已经有很长时间了，我一直想创造一种新的渠道来提升我们的业绩。我非常喜欢拉面。日本的杂志和电视还经常特别报道拉面餐厅，所以我觉得开一家有机器人的拉面店将会对提升业务具有巨大的影响。”
　　另一家日本企业也有类似的意图。清水干雄是Squse 的总裁，寿司捏制手就出自这家位于日本京都的企业。清水干雄说，他的最终目标是成为世界上最大的机能假肢手制造商。
　　但成濑细见则认为这样的想法不切实际。成濑细见是Toyo Riki 的总裁，这家位于日本大阪的企业负责为制作章鱼球和薄烤饼的机器人编程。成濑细见说，作为单个成本20万美元的机器人，它的用武之处更可能是一个工厂而不是厨房。
　　清水干雄对成濑细见的说法不以为然，“如果机器人能跟你做相同的事情，使用相同的工具，人们或许更容易理解机器人的实用性。烧饼机器人正是为了表达这个意图而设计的。当机器人可以制作日本烧饼、章鱼小丸子，你还想让机器人为你做什么呢？”
　“死的”食物
　　烹饪绝对是展示机器人能力的亲民方法。但机器人也具备着另一种令人忧心的特质：它是否会成为人类的“终结者”？人类的未来是否会被机器人所统治？人们心中隐藏着这一焦虑。
　　希瑟·奈特博士是美国太空总署的机器人科学家，她意识到了这个行业的趋势是试图不断提升“机器人的智能性”。“对于这点，日本人已经习以为常了。但在其他地方，尤其在西方，如果我们试图将机器人拟人化，那完全是作法自毙。在西方世界，创造一个新的生物就是试图盗用上帝的权限，这无疑是错误的，因为那并不是我们的职责。你想要把机器人的智能提升到什么程度？让它们聪明到足以摧毁人类吗？因为最快到达人类心脏的途径之一是食物，每一个女朋友或妻子都知道这个道理。”
　　正如奈特博士所说，设计制作了鸡蛋卷机器人的正是一位妻子——奥德·比拉德博士。她之所以让机器人制作鸡蛋卷，是因为“鸡蛋卷是我先生为我做的第一道菜”。制作鸡蛋卷展示了一个机器人是能够被“教会”完成复杂工作的。奥德·比拉德说：“这一道菜也恰好是研究所里所有人都能熟练制作的，这样便于每个人都能去训练机器人。”
　　机器人人性化浪潮的最大成就恐怕恰恰颠覆了人类先前对机器人的定义。在奥地利裔美籍电影导演弗立兹·朗的电影《大都会》中，机器人是邪恶的化身。现在，这种机器人不存在了。
　　今年，在维也纳举办的一个科技节上，一个啤酒机器人能感应到靠近它的人并向他们索要酒钱。当它索要到足够的钱时，它会给自己买一杯啤酒。旁观者们看到啤酒流入机器人的胃—一个透明的气囊。另一个机器人不仅能点烟，还能吸上一口。在欧洲，已经有机器人在酒吧里服务过。1999 年至2002 年，伦敦有一个名叫辛西娅的拥有猩红色眼睛的金属机器人负责斟酒。但由于维护费太高，当机器人的制作者把酒吧卖掉后，它就无法继续工作了。
　　有评论家在virtual- 上评论，辛西娅下岗有更深层次的原因：“她可以飞快地旋转酒杯，把斟酒做到极致。但她讲的笑话糟糕透顶，还应和着自己的笑话轻声傻笑，让顾客心惊胆战。幸好她不能走出吧台，否则会更快地吓走顾客。”
　　虽然让机器人掌握人性化的举止极为困难，但这恰是零食机器人的创造者们极力追求的。为了更准确地给机器人加上人性，卢比斯基博士的研究生、一位文静的韩国女生，花了整整两天时间蹲点在一个校园热狗小摊后面，详细观察并记录下摊主跟顾客的互动，并用这些真实语句编写机器人与人的对话。
在维也纳科技节上，有个科学家制造了一个能制作莫吉托（一种传统的古巴鸡尾酒) 的机器人。然而对于所有的机器人而言，最大的挑战恰恰就是制作冰块，而这是所有人类酒保都不可能搞砸的一件事。
　　同样的问题处处存在。主厨机器人仍需依赖人类来敲开鸡蛋。对于金属手而言，蛋壳实在是太脆弱了。烧饼机器人也需要人类为它准备好蔬菜，而这按理说更适合由机器人来完成。
　　虽然机器人发展到最后肯定能完成这些工作，但烹饪艺术实在是太精致、太古老了，这是一项神圣的工作。即便是这些机器人的创造者也无法信任非人类的手能完全掌握烹饪艺术。机器人不可能攻占人类厨房的真正原因在于一些更难以仿造的东西：没有一个机器人能够品尝味道。
　　岛本圭三是个自由写手，他恰好在那个机器人餐厅尝过机器人做的拉面。他觉得那份食物是“死的”。尽管店主说有很多人光顾小店，但岛本圭三认为：“顾客猎奇消费是一码事。但要让他们回头消费，你需要的是更美味的汤。”
机器人的由来｛作者：谢祥威 广州实验学校 北大附中作业之网上征文
机器人是众所周知的一种高新技术产品，然而，“机器人”一词最早并不是一个技术名词，而且至今尚未形成统一的、严格而准确的定义。“机器人”最早出现在上个世纪20年代初期捷克的一个科幻内容的话剧中，剧中虚构了一种称为Robota（捷克文，意为苦力、劳役）的人形机器，可以听从主人的命令任劳任怨地从事各种劳动。实际上，真正能够代替人类进行生产劳动的机器人，是在20世纪60年代才问世的。伴随着机械工程、电气工程、控制技术以及信息技术等相关科技的不断发展，到20世纪80年代，机器人开始在汽车制造业、电机制造业等工业生产中大量采用。现在，机器人不仅在工业，而且在农业、商业、医疗、旅游、空间、海洋以及国防等诸多领域获得越来越广泛的应用。
经过几十年的发展，机器人技术已经形成了综合性的学科——机器人学（Robotics）。  机器人学有着及其广泛的研究和应用领域，主要包括机器人本体结构系统、机械手设计，轨迹设计和规划，运动学和动力学分析，机器视觉、机器人传感器，机器人控制系统以及机器智能等。尽管机器人已经得到越来越广泛应用，机器人技术的发展也日趋深入、完善，然而“机器人”尚没有一个统一的、严格而准确的定义。一方面，在技术发展过程中，不同的国家、不同的学者给出的定义不尽相同，虽然基本原则一致，但欧美国家的定义限定多一些，日本等给出的定义则较宽松。另一方面，随着时代的进步、技术的发展，机器人的内涵仍在不断发展变化。国际标准化组织（ISO）定义的机器人特征如下：
仿生特征：动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能；
柔性特征：机器人作业具有广泛的适应性，适于多种工作，作业程序灵活易变；
智能特征：机器人具有一定程度的人类智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；
自动特征：完整的机器人系统，能够独立、自动完成作业任务，不依赖于人的干预。
机器人的组成
机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械本体、控制系统、传感器、和驱动器等四部分组成。机械本体是机器人实施作业的执行机构。为对本体进行精确控制，传感器应提供机器人本体或其所处环境的信息，控制系统依据控制程序产生指令信号，通过控制各关节运动坐标的驱动器，使各臂杆端点按照要求的轨迹、速度和加速度，以一定的姿态达到空间指定的位置。驱动器将控制系统输出的信号变换成大功率的信号，以驱动执行器工作。
1．机械本体
机械本体，是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，也称操作器、或操作手，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械本体一般由手部（末端执行器）、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多采用关节式机械结构，一般具有6个自由度，其中3个用来确定末端执行器的位置，另外3个则用来确定末端执行装置的方向（姿势）。机械臂上的末端执行装置可以根据操作需要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。
2．控制系统
控制系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑功能，负责对作业指令信息、内外环境信息进行处理，并依据预定的本体模型、环境模型和控制程序做出决策，产生相应的控制信号，通过驱动器驱动执行机构的各个关节按所需的顺序、沿确定的位置或轨迹运动，完成特定的作业。从控制系统的构成看，有开环控制系统和闭环控制系统之分；从控制方式看有程序控制系统、适应性控制系统和智能控制系统之分。
3．驱动器
驱动器是机器人的动力系统，相当于人的心血管系统，一般由驱动装置和传动机构两部分组成。因驱动方式的不同，驱动装置可以分成电动、液动和气动三种类型。驱动装置中的电动机、液压缸、气缸可以与操作机直接相连，也可以通过传动机构与执行机构相连。传动机构通常有齿轮传动、链传动、谐波齿轮传动、螺旋传动、带传动等几种类型。
4．传感器
传感器是机器人的感测系统，相当于人的感觉器官，是机器人系统的重要组成部分，包括内部传感器和外部传感器两大类。内部传感器主要用来检测机器人本身的状态，为机器人的运动控制提供必要的本体状态信息，如位置传感器、速度传感器等。外部传感器则用来感知机器人所处的工作环境或工作状况信息，又可分成环境传感器和末端执行器传感器两种类型；前者用于识别物体和检测物体与机器人的距离等信息，后者安装在末端执行器上，检测处理精巧作业的感觉信息。常见的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。
机器人的发展历程
机器人发展的三个发展阶段
随着人们对机器的研究，机器人也在进步，按其发展过程机器人可分为三代：
第一代是示教再现型机器人："尤尼梅特"和"沃尔萨特兰"这两种最早的工业机器人是示教再现型机器人的典型代表。它由人操纵机械手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。当机器人工作时，能再现人教给它的动作，并能自动重复的执行。这类机器人不具有外界信息的反馈能力，很难适应变化的环境。
第二代是有感觉的机器人：它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能。机器人工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。如：有触觉的机械手可轻松自如地抓取鸡蛋，具有嗅觉的机器人能分辨出不同饮料和酒类。 
第三代是具有智能的机器人：智能机器人是靠人工智能技术决策行动的机器人，它们根据感觉到的信息，进行独立思维、识别、推理，并作出判断和决策，不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。日本研制的能演奏数首曲目?quot;瓦伯特"2号机器人，已达到5岁儿童的智能水平。目前，智能机器人已在许多方面具有人类的特点，随着机器人技术不断发展与完善，机器人的智能水平将越来越接近人类。
“机器人”名字的来历
机器人是20世纪出现的新名词。1920年，捷克剧作家Capek在他的《罗萨姆万能机器人公司（R.U.R）》剧本中，第一次提出了机器人（robot）这个词。robot是从古代斯拉夫语robota一词演变而来的。robota本是强制劳动的意思，Capek在二十世纪工业革命后技术和生产快速发展的背景下，根据它造出具有"奴隶机器"含义的新词robot。它反映着人类希望制造出象人一样会思考，有劳动 的机器代替自己工作的愿望。但在当时，机器人一词也仅仅具有科幻意义，并不具备现实意义，真正使机器人成为现实是 20世纪工业机器人出现以后。
机器人的分类
经过几十年的发展，机器人的技术水平不断提高，应用范围越来越广，从早期的焊接、装配等工业应用，逐步向军事、空间、水下、农业、建筑、服务和娱乐等领域不断扩展，结构形式也多种多样。因此，机器人的分类也出现了多种方法、多种标准，本章主要介绍以下三种分类法。
1．按照机器人的技术发展水平分
按照机器人的技术发展水平可以将机器人分为三代。
第一代机器人是“示教再现”型。这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。示教可以由操作员“手把手”地进行，比如，操作人员抓住机器人上的喷枪，沿喷漆路线示范一遍，机器人记住了这一连串运动，工作时，自动重复这些运动，从而完成给定位置的喷漆工作。这种方式即是所谓的“直接示教”。但是，比较普遍的方式是通过控制面板示教。操作人员利用控制面板上的开关或键盘来控制机器人一步一步地运动，机器人自动记录下每一步，然后重复。目前在工业现场应用的机器人大多属于第一代。
第二代机器人具有环境感知装置，能在一定程度上适应环境的变化。以焊接机器人为例，机器人焊接的过程一般是通过示教方式给出机器人的运动曲线，机器人携带焊枪走这个曲线，进行焊接。这就要求工件的一致性很好，也就是说工件被焊接的位置必须十分准确。否则，机器人走的曲线和工件上的实际焊缝位置会有偏差。为了解决这个问题，第二代机器人采用了焊缝跟踪技术，通过传感器感知焊缝的位置，再通过反馈控制，机器人就能够自动跟踪焊缝，从而对示教的位置进行修正，即使实际焊缝相对于原始设定的位置有变化，机器人仍然可以很好地完成焊接工作。类似的技术正越来越多地应用在机器人上。
第三代机器人称为“智能机器人”，具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力。作为发展目标，这类机器人具有多种传感器，不仅可以感知自身的状态，比如所处的位置、自身的故障情况等等；而且能够感知外部环境的状态，比如自动发现路况、测出协作机器的相对位置、相互作用的力等等。更为重要的是，能够根据获得的信息，进行逻辑推理、判断决策，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主决定自身的行为。这类机器人具有高度的适应性和自治能力。尽管经过多年来的不懈研究，人们研制了很多各具特点的试验装置，提出大量新思想、新方法，但现有机器人的自适应技术还是十分有限的。
2．按机器人的机构特征来分
机器人的机械配置形式多种多样，典型机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按机构运动特征，机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节型机器人等类型。

图7－1  直角坐标机器人
（1）直角坐标机器人。直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴（见图7－1），通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。主要用于印刷电路基板的元件插入、紧固螺丝等作业。
（2）柱面坐标机器人。柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成（见图7－2），具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。这种机器人结构简单、刚性好，但缺点是在机器人的动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低。主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Versatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。

图7－2  柱面坐标机器人

（3）球面坐标机器人。如图7－3所示，其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。著名的Unimate就是这种类型的机器人。其特点是结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人，但仍大于多关节型机器人。

图7－3  球面坐标机器人
（4）多关节型机器人。由多个旋转和摆动机构组合而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作，对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有铅垂方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation公司20世纪70年代末推出的机器人PUMA（见图7－4）就是一种垂直多关节机器人，而日本山梨大学研制的机器人SCARA（见图7－5）则是一种典型的水平多关节机器人。

图7－4  垂直多关节机器人
垂直多关节机器人模拟了人类的手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴（相当于大臂旋转的肩部旋转轴）带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等构成。手腕通常由2～3个自由度构成。其动作空间近似一个球体，所以也称多关节球面机器人。其优点是可以自由地实现三维空间的各种姿势，可以生成各种复杂形状的轨迹。相对机器人的安装面积．其动作范围很宽。缺点是结构刚度较低，动作的绝对位置精度磨较低。它广泛应用于代替人完成装配作业、货物搬运、电弧焊接、喷涂、点焊接等作业场合．

图7－5  水平多关节机器人
水平多关节机器人在结构上具有串联配置的二个能够在水平面内旋转的手臂，其自由度可以根据用途选择2～4个，动作空间为一圆柱体。水平多关节机器人的优点是在垂直方向上的刚性好，能方便地实现二维平面上的动作，在装配作业中得到普遍应用。
3．按照机器人的用途分
机器人首先在制造业大规模应用，所以，机器人曾被简单地分为两类，即用于汽车等制造业的机器人称为工业机器人，其他的机器人称为特种机器人。随着机器人应用的日益广泛，这种分类显得过于粗糙。现在除工业领域之外，机器人技术已经广泛地应用于农业、建筑、医疗、服务、娱乐，以及空间和水下探索等多种领域。
（1）工业机器人
工业机器依据具体应用的不同，通常又可以分成焊接机器人、装配机器人、喷漆机器人、码垛机器人、搬运机器人等多种类型。焊接机器人，包括点焊（电阻焊）和电弧焊机器人，用途是实现自动的焊接作业。装配机器人，比较多地用于电子部件电器的装配。喷漆机器人，代替人进行喷漆作业。码垛、上下料、搬运机器人的功能则是根据一定的速度和精度要求，将物品从一处运到另一处。在工业生产中应用机器人，可以方便迅速地改变作业内容或方式，以满足生产要求的变化。比如，改变焊缝轨迹，改变喷漆位置，变更装配部件或位置等等。随着对工业生产线柔性的要求越来越高，对各种机器人的需求也就越来越强烈。
（2）农业机器人
随着机器人技术的进步，以定型物、无机物为作业对象的工业机器人正在向更高层次的以动、植物之类复杂作业对象为目标的农业机器人发展，农业机器人或机器人化的农业机械的应用范围正在逐步扩大。农业机器人的应用不仅能够大大减轻以致代替的人们的生产劳动、解决劳动力不足的问题，而且可以提高劳动生产率，改善农业的生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害，提高作业质量。但由于农业机器人所面临的是非结构、不确定、不宜预估的复杂环境和工作对象，所以与工业机器人相比，其研究开发的难度更大。农业机器人的研究开发目前主要集中耕种、施肥、喷药、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收获、灌溉、养殖和各种辅助操作等方面。日本是机器人普及最广泛的国家，目前已经有数千台机器人应用于农业领域。
（3）探索机器人
机器人除了在工农业上广泛应用之外，还越来越多地用于极限探索，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。例如，在水下（海洋）、太空以及在放射性(有毒或高温等环境中进行作业。人类借助潜水器具潜人到深海之中探秘，已有很长的历史。然而，由于危险很大、费用极高，所以水下机器人就成了代替人在这一危险的环境中工作的最佳工具。空间机器人是指在大气层内和大气层外从事各种作业的机器人，包括在内层空间飞行并进行观测、可完成多种作业的飞行机器人，到外层空间其他星球上进行探测作业的星球探测机器人和在各种航天器里使用的机器人。
（4）服务机器人
机器人技术不仅在工农业生产、科学探索中得到了广泛应用，也逐渐渗透到人们的日常生活领域，服务机器人就是这类机器人的一个总称。尽管服务机器人的起步较晚，但应用前景十分广泛，目前主要应用在清洁、护理、执勤、救援、娱乐、和代替人对设备维护保养等场合。国际机器人联合会给服务机器人的一个初步定义是，一种以自主或半自主方式运行，能为人类的生活、康复提供服务的机器人，或者是能对设备运行进行维护的一类机器人。
四、机器人技术的进展
国际上第一台工业机器人产品诞生于20世纪60年代，当时其作业能力仅限于上、下料这类简单的工作。此后机器人进人了一个缓慢的发展期，直到进人20世纪80年代，机器人产业才得到了巨大的发展，成为机器人发展的一个里程碑，这一时代被称为“机器人元年”。为了满足汽车行业蓬勃发展的需要，这个时期开发出的点焊机器人、弧焊机器人、喷涂机器人以及搬运机器人等四大类型的工业机器人系列产品已经成熟，并形成产业化规模，有利地推动了制造业的发展。为进一步提高产品质量和市场竞争能力，装配机器人及柔性装配线又相继开发成功。
20世纪90年代以来，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展，工业机器人技术也得到了飞速发展。现在工业机器人已发展成为一个庞大的家族，并与数控（NC）、可编程、控制器（PLC）一起成为工业自动化的三大技术支柱和基本手段，广泛应用于制造业的各个领域之中。工业机器人技术从机械本体、控制系统、传感系通行统，到可靠性、网络通信功能的拓展等方面都取得了突破性的进展。机械本体方面，通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。控制系统方面，性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。传感系统方面，激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。网络通信功能的拓展，日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。另外，由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。
除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的机器人系统也有了长足的进展。农业生产环境的的复杂性和作业对象特殊性使得农业机器人研究难度更大，农业机器人的应用尚未达到商品化阶段，但农业机器人技术的研究已经在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、农药喷洒、作物收获、果蔬采摘等生产环节取得了一些突破性进展。例如，日本的耕作拖拉机自动行走系统、联合收割机自动驾驶技术、无人驾驶农药喷洒机，英国的葡萄枝修剪机器人、蘑菇采摘机器人和ＶＭＳ挤牛奶机器人，我国的农业机器人自动引导行走系统、蔬菜嫁接机器人，法国的水果采摘机器人，以及荷兰开发的挤奶机器人等。
机器人技术用于海洋开发，特别是深海资源的开发，一直是的许多国家积极关注的目标。法国、美国、俄罗斯、日本、加拿大等国从20世纪70年代开始先后研制了几百台不同结构形式和性能指标的水下机器人。法国的EPAVLARD、美国的AUSS、俄罗斯的MT-88等水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面。我国在90年代中期研制的“CR-01”水下机器人在太平洋深海试验成功，海深达 6000m 以上，使我国在深海探测和探索方面跃居世界先进水平。
　　近年来随着各种智能能机器人的研究与发展，能在宇宙空间作业的所谓空间机器人就成为新的研究领域，并已成为空间开发的重要组成部分。美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人，如美国NASA的空间机器人Sojanor等。Sojanor是一辆自主移动车，重量为11.5kg，尺寸630~48mm，有6个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关注。
　　服务机器人是近年来发展很快的一个领域，已成功地应用于医疗、家用、娱乐等人类生活的方方面面。作为服务机器人的一个重要分支，医用机器人的主要运用在护理、康复、辅助诊断和外科手术等场合。1998年5月德、法两国医生成功利用机器人完成了一例心脏瓣膜修复手术，包括对病人心脏瓣膜的修整和再造。这次手术中使用的是美国直觉外科研究所研制的医用遥控机器人系统。1998年6月，机器人又完成了首例闭胸冠状动脉搭桥手术。机器人技术与外科技术的结合，为病人带来福音。
可以预见，在21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生产、生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴。
五、本章的主要内容
机器人是典型的机电一体化设备，作为机电一体化技术的综合应用章节，本章选取现代机器人中应用最广、最具代表性和通用性的关节型机器人作为讲解对象，主要介绍机器人的机械结构、运动学、动力学分析、控制系统以及典型应用等内容。
届大学生机械创新设计大赛举行
来源：中国教育报　 时间：2010-11-05 14:32:00
关键词：大学生机械;举行;东南大学;救援机器人;创新设计大赛

　　第四届全国大学生机械创新设计大赛决赛日前在东南大学举行，来自全国103所高校的149个团队参加了最后阶段的角逐。东南大学的“东方红太阳救援机器人”等70件作品获得一等奖。
本届大赛很多参赛作品在外观造型、设计构思、制作工艺和性价比等方面均有独到的表现，具有很强的推广应用前景。今年约有50%的决赛作品申请了专利。 　(记者 沈大雷 陈瑞昌)
中国自主研发矿用抢险探测机器人投入生产
来源：中国新闻网 时间：2010-10-29 22:17:00

关键词：机器人;探测;抢险;生产;唐山

　　中新社唐山10月29日电(白云水 杜庆君)河北省唐山市高新技术产业园区29日发布消息称，中国首台“KRZⅠ型矿井灾害空间环境探测机器人装置”项目通过国家级鉴定，将进入产业化规模化生产阶段。这标志着中国煤炭安全生产装备研发水平实现了新的重大突破。
　　由中国工程院、中国煤炭工业协会专家组成的鉴定委员会，经认真质询、答疑和讨论后对该项目给予高度评价，认为这项中国自主研发的技术成果填补了国内空白，达到国际先进水平。
　　去年6月，该项目由唐山开诚电控设备集团联合多家机构合作研发成功，使中国成为继美国之后第二个掌握该项技术的国家。该集团相继推出三代矿井灾害环境探测机器人产品。
　　据了解，国家将投资4亿元人民币用于采购矿用抢险探测机器人，目前已开始组织生产，一期工程总投资1.5亿元。到2012年全部达产后具备生产1800余台的能力，唐山将成为全球最大的抢险探测机器人生产基地。
　　该井下探测机器人有防爆、越障、涉水、自定位、采集识别和传输各种数据的功能，还能进入事故现场采集影像、数据信息，为及时抢险救人提供重要依据和参考。(
美国新水下机器人以海水热量为动力
来源：科学网 时间：2010-10-27 09:16:00
关键词：机器人;热量;海水;美国;动力

靠海水热量提供动力的水下机器人。
　　据国外媒体报道，美国科学家最近成功地设计制造了一款新型水下机器人，与其它潜水器靠电力或者柴油提供动力不同，这款水下机器人通过吸收海水中的热量来提供动力。
　　这个新型潜水器是由美国韦博研究公司制造的，它已成功地在美属维尔京群岛中的圣托马斯和圣克鲁斯之间来回穿行过20多次。伍兹霍尔海洋研究所的研究人员们计划利用这个潜水器收集数据，从而对该海域中的洋流进行深入研究。相比以前使用电池为能源的潜水器，这种新型水下机器人在海洋中停留的时间至少是其两倍。据美国伍兹霍尔海洋研究所称，这是首个使用绿色能源进行长时间水下旅行的自主水下机器人。1985年，伍兹霍尔海洋研究所研制的遥控水下机器人“亚尔古”在纽芬兰岛附近发现了沉船铁坦尼克号的残骸，这次事件使得水下机器人名声大震。
　　该潜水器利用来自海洋的热能作为其推动力，当它从较冷的水域移动到较暖的水域时，内部的蜡管就会受热膨胀，将四周箱中的气体向外排出，从而增加压力。跟压缩弹簧一样，压缩气体保存了势能，可以被用作推动力。与推进器驱动的机动化水下潜水器不同的是，这种鱼雷状的助滑器可以通过改变浮力进行下潜和上浮，穿梭于海洋之中。上升时，它将油从内部向外球胆中排出，在不改变质量的前提下增加了助滑器的容积；反过来，又可以将油向内推进，增加密度，从而使机器下沉。同时，助滑器使用一个垂直尾舵进行水平方向的行驶。从技术角度来说，这种新型机器人是一个混合产品，就像丰田公司的普锐斯汽车，使用较少的电能来运行车载仪器和方向舵。
　　美国研究人员本·霍奇斯说：“以前使用电池作为能源的潜水器最长只能执行六个月的任务，而这种助滑器使得水下机器人可以执行更长时间的任务，比方说一年或者两年，而且更环保。这种新型水下机器人最适宜用来执行人类所难以从事的长期、远距离的多点测量任务，而且相对而言成本要低得多。”
二、教学重难点
1、   明白机器人不一定是人的样子。
2、   明白机器人制作不是件遥不可及的事情，在青少年中开展机器人比赛能培养学生的创新能力、理论与实践相结合的能力、动手能力和协作精神。
三、教学过程
（一）   你了解机器人吗？
师：同学们好，今天我们要讲的主题是机器人。你们谁能告诉老师，你们印象当中的机器人是什么样的？都能做什么呢？
生：……
师：同学们讲了这么多，但是不够全面，其实，机器人能够按照一定的指令完成相应动作的自动化的机器。（PPT2）机器人并不象许多人想象的那样神秘，也不是单纯的外貌酷似人的机器。按照这个定义，在现实生活中机器人就在我们的身边，大楼里的电梯、马路上的红绿灯、房间里的空调、街头的自动取款机就是形式各异的机器人，实际意义上的机器人应该是“能自动工作的机器”，它们有的功能比较简单，有的就非常复杂。 可能有些同学要对老师的说法表现意见了，机器人应该是很神秘的很高端的，你说的这些怎么可能是机器人。当然，机器人也分为低端和高端，我们刚才提到的都是比较低端的机器人，高端的机器人，主要是指智能机器人。
智能机器人是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合。不管怎么说，智能机器人由机械发展而来，它首先是一种机器，其次，智能机器人有计算机控制系统，因而具有一定的“智力水平”。人类可以编制相应的动作程序，使他们完成各种不同的活动。（PPT2）
（二）   机器人小常识
1．“机器人”英文为robot，源于一部科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。（PPT3）
2．机器人王国：日本
日本是应用机器人最广泛的国家，其使用机器人的数量具世界第一位，它拥有世界上56%的机器人。所以它自称是机器人王国，并在大力发展机器人教育和机器人产业。我们现在就来欣赏一下由日本机器人为我们表演的精彩舞蹈吧（视频——机器人舞蹈，3分半）
3．机器人的发展（PPT4）
根据机器人的发展进程，通常把它分为三代：
第一代的机器人是示教再现型机器人。 它由人操纵机械手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。当机器人工作时，能再现人教给它的动作，并能自动重复的执行。（图片——汽车装配机器人）
第二代的机器人是有感觉的机器人：它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能。机器人工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。如：有触觉的机械手可轻松自如地抓取鸡蛋，具有嗅觉的机器人能分辨出不同饮料和酒类。（图片——抓鸡蛋机器人）
第三代机器人是智能机器人，靠人工智能技术决策行动的机器人，它们根据感觉到的信息，进行独立思维、识别、推理，并作出判断和决策，不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。（图片——智能跑腿机器人，外科手术机器人）
4．机器人的组