机器人常见问题科普

什么是机器人？

机器人是一种集成了机电、机构学、材料学及仿生学等多个学科的装置。它能通过设置或控制，识别目标并完成特定功能。既可以接受人类指挥，运行预先编排的程序，也能依据人工智能技术制定的原则纲领行动。从广义上讲，机器人是充分应用各种技术，在现实世界起各种作用的智能化系统。不同国家和组织对机器人定义略有差异，但核心都在于其具备一定自动化和智能特性。例如中国科学家认为机器人是具备与人或生物相似智能能力，如感知、规划、动作和协同能力的高度灵活自动化机器。

机器人的概念是如何起源的？

“Robot” 一词源于 1920 年捷克作家 Karel Capek 创作的舞台剧《Rossum’s Universal Robots》。“Robot” 由 “Robota”（捷克文，意为 “劳役、苦工”）和 “Robotnik”（波兰文，意为 “工人”）创造而来。当时处于工业革命后技术和生产快速发展背景下，反映了人类希望制造出能思考、有劳动能力的机器来代替自己工作的愿望。不过那时机器人仅存在于科幻意义，直到 20 世纪工业机器人出现，“Robot” 才被公认为 “机器人” 之意，机器人也从概念走向现实。

机器人是如何工作的？

一个典型机器人由可移动身体结构、类似马达装置、传感系统、电源和计算机 “大脑” 构成。身体结构部件由关节连接，通过轮与轴及传动装置相连，传动装置包括马达、螺线管、液压或气动系统等。电源为这些装置供电，计算机控制电路连接的所有部件，可重新编程来改变机器人行为。多数机器人有运动感，通过关节处带凹槽轮子、发光二极管和光传感器，计算机能计算关节旋转距离。像工业机器臂通过计算机控制步进式马达，利用运动传感器确保精确动作，可安装不同末端执行器完成特定任务。

机器人有哪些分类？

按几何结构分类

直角坐标机器人：通过沿三个互相垂直轴线移动改变手部空间位置，位置精度高、控制简单、避障性好，但结构庞大、动作范围小、灵活性差。
圆柱坐标机器人：通过两个移动和一个转动实现手部空间位置改变，位置精度仅次于直角坐标型，控制简单，但结构也较庞大。
球坐标机器人：采用球坐标系，用一个滑动关节和两个旋转关节确定部件位置，覆盖空间较大。
关节坐标机器人：关节全部旋转，类似人的手臂，结构紧凑、灵活性大、工作空间大，但位置精度较低。
平面关节式机器人：可看作关节坐标式机器人特例，只有平行肩关节和肘关节，关节轴线共面。

按驱动形式分类

有气压驱动、液压驱动、电驱动（包括直流伺服驱动、交流伺服驱动）以及综合系统驱动。

按用途分类

工业机器人：常用于生产业，如汽车装配线的组装、焊接等工作。
特种机器人：用于特殊领域，如医疗手术机器人、核环境探测机器人等。

按智能水平划分

可分为普通机器人和智能机器人，智能机器人能依靠人工智能技术对获取信息独立识别、推理、决策。

按性能指标分类

有超大型、大型、中型、小型、超小型机器人，依据负载能力和作业空间区分。

机器人主要应用在哪些领域？

工业领域

在制造业执行组装、焊接、喷涂、质检等重复性高、危险或高精度任务；仓储与物流中，自动导引车和机器人可搬运物品、管理库存。

医疗领域

手术机器人辅助医生进行高精度外科手术；还可用于疾病诊断、康复训练和护理服务。

家居服务领域

扫地机器人清洁家庭，智能音箱和语音助手控制家电、提供日常信息；陪伴机器人为老人和儿童提供情感陪护。

零售与客户服务领域

虚拟助手即聊天机器人回答客户问题、处理订单；AI 分析用户行为进行智能推荐。

交通与物流领域

自动驾驶汽车依靠 AI 实现安全驾驶；无人机通过 AI 导航进行快递配送。

农业领域

用于精准农业，监控农作物生长、智能灌溉、施肥、除草；自动采摘水果和蔬菜。

教育领域

智能辅导根据学生学习进度和需求提供个性化辅导；课堂上辅助教师教学。

研究与开发领域

快速处理分析大量数据，帮助研究人员发现新模式、趋势，执行重复性实验。

安全与监控领域

安防机器人巡逻、检测威胁；面部识别用于门禁系统和安防监控。

创意与艺术领域

生成音乐、绘画、写作、视频内容，协助设计师进行产品、建筑、时装设计。

机器人的发展历程是怎样的？

萌芽期

1954 年第一台可编程机器人在美国诞生，1958 年恩格尔伯格建立 Unimation 公司，1959 年研制出世界上第一台工业机器人，随着机构理论和伺服理论发展，机器人进入实用阶段。

产业孕育期

上世纪 60 年代末，美国斯坦福研究院研制出第一台移动机器人 Shakey，日本早稻田大学研发出第一台双脚走路机器人，但这时期机器人多为 “示教再现” 型，对环境感知与反馈控制能力弱。

快速发展阶段

随着传感技术和信息处理技术发展，出现有感觉的机器人。如 1984 年美国推出医疗服务机器人。

智能化发展阶段

如今智能化成为新方向，智能机器人能依靠人工智能技术独立完成复杂工作，应用领域不断拓展。

机器人的未来发展趋势是什么？

未来机器人将更智能，人工智能技术使其能更好理解和适应复杂环境、与人自然交互。协作机器人将与人类更紧密合作，在工作和生活场景中共同完成任务。机器人外形和功能会更仿生，模仿生物形态和行为，提升适应性和灵活性。同时，微型化和纳米机器人也将是发展方向，可用于医疗、精密操作等微小领域。并且，随着 5G 等通信技术发展，远程控制和分布式机器人系统将更完善。