智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論 課件 第6章-機(jī)器人及其智能化

第6章

機(jī)器人及其智能化目錄6.1機(jī)器人概況6.2機(jī)器人的組成6.3機(jī)器人的智能6.4機(jī)器人未來(lái)的探討6.1機(jī)器人概況6.2機(jī)器人的組成6.3機(jī)器人的智能6.4機(jī)器人未來(lái)的探討6.1機(jī)器人概況6.1.1起源與發(fā)展

機(jī)器人的早期記錄可以追溯到兩千多年以前。春秋時(shí)期的木匠魯班發(fā)明了木鳥(niǎo)，它能夠在空中飛翔三天。后來(lái)，三國(guó)時(shí)期的軍事家諸葛亮發(fā)明了木牛流馬，它的頭部像牛，身體像馬，能夠在崎嶇的山路上行走并且不需要吃喝，為打勝仗立下了汗馬功勞。

東漢時(shí)期，天文學(xué)家張衡發(fā)明了指南車，皇帝常常在隆重場(chǎng)合使用指南車，所以，指南車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是朝廷的重要機(jī)密，不同朝代往往會(huì)對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的調(diào)整。

宋代的報(bào)時(shí)機(jī)器人堪稱我國(guó)古代的又一大奇跡，它不用機(jī)械、沒(méi)有齒輪，卻可以每隔15分鐘就連續(xù)報(bào)時(shí)8下，其原理至今都沒(méi)有得到合理的解釋。

十八世紀(jì)初期，法國(guó)人杰克?戴?瓦克遜發(fā)明了機(jī)器鴨，其目的是從機(jī)械的角度模仿生物，并且進(jìn)行醫(yī)學(xué)分析，這個(gè)機(jī)器鴨會(huì)嘎嘎叫，具有喝水、游泳和排泄的能力。

1920年，捷克作家卡雷爾?恰佩克寫(xiě)了一本叫《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》（Rossum'sUniversalRobots）的科幻劇本，預(yù)告了機(jī)器人可能會(huì)給人類帶來(lái)的災(zāi)難，這個(gè)預(yù)告引起了廣泛關(guān)注，他在此劇本里把捷克語(yǔ)Robota寫(xiě)成了Robot。6.1機(jī)器人概況6.1.1起源與發(fā)展

1959年，第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生，主要發(fā)明者約瑟夫?恩格爾伯格被稱為“機(jī)器人之父”，另一位發(fā)明者則是知名的工程師兼投資者喬治?德沃爾。

近年來(lái)，人類又開(kāi)始擔(dān)心自己不能夠完全控制它。為了應(yīng)對(duì)機(jī)器人可能帶來(lái)的威脅，科幻作家阿西莫夫（IsaacAsimov）于1950年在小說(shuō)《我，機(jī)器人》里提出了著名的“機(jī)器人三原則”：1）機(jī)器人不可以傷害人類，也不可以看著人類受到傷害而無(wú)動(dòng)于衷；2）機(jī)器人必須遵守人類的指令，除非該指令與1）違背；3）機(jī)器人必須保護(hù)好自己，除非這個(gè)自我保護(hù)與1）、2）相違背。然而，僅僅依賴“機(jī)器人三原則”就能夠限制機(jī)器人死心踏地為人類服務(wù)嗎？機(jī)器人如果有了疲憊、忙碌、辛苦等知覺(jué)或情感，它們還愿意被人類支配嗎？電影《阿童木》（AstroBoy）里就有這樣的“機(jī)器人三劍客”，它們組成了一支小隊(duì)伍，其共同目標(biāo)是把機(jī)器人從人的奴役下解放出來(lái)。

既要讓機(jī)器人具有一定的情感，又要讓它們接受被支配的現(xiàn)實(shí)，這將是許多年以后的一個(gè)新挑戰(zhàn)。6.1機(jī)器人概況6.1.2定義與構(gòu)成1.定義工廠里的機(jī)械臂是機(jī)器人，空中飛行的無(wú)人機(jī)是機(jī)器人，在博物館擔(dān)任導(dǎo)游的可移動(dòng)設(shè)備是機(jī)器人，在晚會(huì)上跳舞的也有機(jī)器人，處于維修階段的機(jī)器人仍然是機(jī)器人，它們來(lái)自于不同的廠家、具有不同的功能。由此可見(jiàn)，機(jī)器人的外形、功能是可以靈活變化的，不同的制造商擅長(zhǎng)生產(chǎn)不同類型的機(jī)器人。那么，到底什么是機(jī)器人呢？許多國(guó)家的科研人員都對(duì)其進(jìn)行了定義。我國(guó)科學(xué)家給出的定義是：機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、運(yùn)動(dòng)能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器人。《中國(guó)大百科全書(shū)》給出的定義是：機(jī)器人是能靈活地完成特定的操作和運(yùn)動(dòng)任務(wù)，并可再編程序的多功能操作器。對(duì)機(jī)械手的定義是：一種模擬人手操作的自動(dòng)機(jī)械，它可按固定程序抓取、搬運(yùn)物體或使用工具來(lái)完成某些特定操作。美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給出的定義是：機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，可通過(guò)預(yù)先編寫(xiě)程序來(lái)執(zhí)行種種任務(wù)的多功能機(jī)械手（Manipulator）。6.1機(jī)器人概況6.1.2定義與構(gòu)成1.定義日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)將工業(yè)機(jī)器人定義為：裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器（Endeffector），能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。這些早期的定義與機(jī)器人的流行程度有關(guān)，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候以工業(yè)機(jī)器人為主。這些機(jī)器人只需要在單調(diào)的環(huán)境里不知疲倦地工作，其智能化程度很低，很難處理環(huán)境變化等突發(fā)情況。后來(lái)，計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域快速發(fā)展，機(jī)器人的智能化程度也逐漸提升，于是有學(xué)者將智能機(jī)器人定義為“一種具有感覺(jué)和識(shí)別能力，并能夠控制自身行為的機(jī)器”。從上述定義可以看出，仁者見(jiàn)仁、智者見(jiàn)智。盡管角度不同，但是這些定義卻有共同之處，即：①類似于人的局部或全部形體，能夠模仿人的動(dòng)作；②具有一定的感知或識(shí)別能力；③是人造的機(jī)械設(shè)備，但并不是生命現(xiàn)象。需要強(qiáng)調(diào)的是，隨著機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，尤其是人工智能、生命科學(xué)等領(lǐng)域的進(jìn)步，機(jī)器人的定義也將會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。6.1機(jī)器人概況6.1.2定義與構(gòu)成2.機(jī)器人的構(gòu)成

機(jī)器人能夠聽(tīng)人指揮、思考問(wèn)題、完成任務(wù)，那么，機(jī)器人到底是由什么構(gòu)成的呢？法國(guó)哲學(xué)家勒內(nèi)?笛卡爾（ReneDescartes）說(shuō)：我思，故我在。這說(shuō)明人的思想和行為是密不可分的。機(jī)器人不是人，但它也具備人的某些特質(zhì)。人是由肉體和思想組成的，兩者缺一不可。思想控制肉體的行為，從而完成各種各樣的任務(wù)。相應(yīng)地，機(jī)器人也應(yīng)該如此。

機(jī)器人由硬件和軟件構(gòu)成，硬件是看得見(jiàn)、摸得著的機(jī)械設(shè)備，相當(dāng)于人類的肉體。軟件通常指計(jì)算機(jī)程序，相當(dāng)于人類的靈魂。人類的肉體需要思想的支配，同樣地，機(jī)器人的硬件、軟件也需要協(xié)同工作，如果出現(xiàn)了不匹配的情況，機(jī)器人的工作效率就會(huì)降低甚至罷工。6.1機(jī)器人概況6.1.3類別與特點(diǎn)根據(jù)機(jī)器人是否需要直接與人接觸，研究人員將它分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩大類。同時(shí)，根據(jù)其與人類的接觸程度，服務(wù)機(jī)器人又可以再分為兩類：

一是為人類的日常生活提供幫助的服務(wù)機(jī)器人，

二是特種機(jī)器人。根據(jù)機(jī)器人的工作性質(zhì)、工作環(huán)境等方面的不同，特種機(jī)器人又可以分為軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等多種類型。

1）工業(yè)機(jī)器人。顧名思義，工業(yè)機(jī)器人面向工業(yè)領(lǐng)域，其典型應(yīng)用涉及到包裝、放置和焊接等場(chǎng)合。作為目前應(yīng)用最普遍、最成功、經(jīng)濟(jì)收益回報(bào)最大的機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)是：①效率高，可以長(zhǎng)時(shí)間專注某一個(gè)功能，例如，分揀物品；②時(shí)間久，可以不知疲倦地工作，其執(zhí)行過(guò)程中往往不需要人類干預(yù)；③速度快，只要有能量就一直會(huì)有力量；④準(zhǔn)確，只要有正確的程序它就可以精確地執(zhí)行任務(wù)，不容易受到周圍環(huán)境的干擾。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，有影響力的企業(yè)都是百年老字號(hào)。其中，德國(guó)庫(kù)卡（KUKA）公司、瑞典ABB公司、日本發(fā)那科（FANUC）公司和安川（YASKAWA）電機(jī)公司被稱為機(jī)器人“四大家族”。6.1機(jī)器人概況6.1.3類別與特點(diǎn)

2）水下機(jī)器人。水下機(jī)器人是一種在水下從事極限作業(yè)的機(jī)器人。早在2009年，我國(guó)的“大洋一號(hào)”科學(xué)考察船就已經(jīng)開(kāi)始使用水下機(jī)器人“海龍2號(hào)”在太平洋開(kāi)展環(huán)境參數(shù)測(cè)量、攝像觀察等。

3）軍用機(jī)器人。軍用機(jī)器人是為軍事、作戰(zhàn)用途而設(shè)計(jì)的，例如，地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人、排雷機(jī)器人、反坦克機(jī)器人，等等，其工作方式以人員遙控和自主工作為主。典型的軍用機(jī)器人有美國(guó)波士頓公司（BostonDynamics）研制的“大狗”（BigDog）。另外，外觀像小坦克的機(jī)器人可以使用履帶式底盤(pán)、用于感知環(huán)境的攝像頭以及可旋轉(zhuǎn)遙控的槍塔，從而可以實(shí)現(xiàn)自主工作、人員遙控相結(jié)合。6.1機(jī)器人概況6.1.3類別與特點(diǎn)

4）太空機(jī)器人?？臻g機(jī)器人在高真空、強(qiáng)輻射、微重力、超低溫和人工干預(yù)少的環(huán)境下工作，它需要具備重量輕、體積小、智能化程度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并且要能夠自主導(dǎo)航。2013年，我國(guó)的“嫦娥三號(hào)”所攜帶的“玉兔號(hào)”月球車就已經(jīng)成功到達(dá)月球表面。

5）醫(yī)療機(jī)器人。此類機(jī)器人主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的診斷、護(hù)理和治療等方面，其典型應(yīng)用包括微創(chuàng)手術(shù)、體內(nèi)治療、術(shù)后護(hù)理、陪護(hù)和喂食等情形，它們?yōu)槿祟愔委熂膊√峁┝艘痪€新的希望、一種新的途徑。電影《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》里的“大白”（Baymax）是人類的醫(yī)療機(jī)器人伴侶，它能夠快速檢測(cè)出人體的不正常疾病或情緒，并進(jìn)行相應(yīng)的治療?，F(xiàn)實(shí)生活中，這類陪護(hù)型機(jī)器人已經(jīng)投入使用。

6）家庭服務(wù)機(jī)器人。家庭服務(wù)機(jī)器人的目標(biāo)是為人類提供各種類型的服務(wù)，也需要通過(guò)聲音、手勢(shì)、表情等途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)與人的交流。隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人的功能會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大、分類也會(huì)越來(lái)越精細(xì)，也會(huì)衍生出新的機(jī)器人，例如，瓜果采摘機(jī)器人、快遞運(yùn)送機(jī)器人，等等。6.1機(jī)器人概況6.1.4研究與應(yīng)用1.市場(chǎng)規(guī)模

《中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2019）》指出：2019年，全球的機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模大約為294億美元，其中，工業(yè)機(jī)器人以159億美元高居榜首，服務(wù)機(jī)器人其次。

我國(guó)在2019年的機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模大約87億美元，工業(yè)機(jī)器人排第一，服務(wù)機(jī)器人增長(zhǎng)迅速。2014～2019年，全球、我國(guó)市場(chǎng)規(guī)模的年平均增長(zhǎng)率分別約為12.3%、20.9%。我國(guó)長(zhǎng)三角地區(qū)已經(jīng)形成了較龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和合理的結(jié)構(gòu)布局，珠三角地區(qū)“機(jī)器換人”步伐不斷加快，京津冀地區(qū)正在構(gòu)建技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)整合的創(chuàng)新高地，東北地區(qū)正在利用機(jī)器人推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，中部地區(qū)正在加快布局區(qū)域特色機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈條，西部地區(qū)正在逐步打造機(jī)器人全產(chǎn)業(yè)鏈。近年來(lái)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直增長(zhǎng)迅速，機(jī)器人企業(yè)如雨后春筍，投資者也對(duì)機(jī)器人的未來(lái)保持樂(lè)觀態(tài)度。預(yù)計(jì)到2025年，其價(jià)值將達(dá)到5000億美元。巨大的市場(chǎng)規(guī)模必然意味著科研方面的大力投入，否則，產(chǎn)品會(huì)缺乏核心技術(shù)、缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。6.1機(jī)器人概況6.1.4研究與應(yīng)用2.研究

機(jī)器人是個(gè)海納百川的大舞臺(tái)，只要你愿意，總有一個(gè)問(wèn)題適合你去解決。因此，無(wú)論你是來(lái)自機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)，還是來(lái)自數(shù)學(xué)、材料等專業(yè)，都可以加入到機(jī)器人研究的隊(duì)伍里。例如，把一個(gè)冷冰冰的機(jī)器變成一個(gè)有情感、有智慧的機(jī)器人，需要解決大量的問(wèn)題，在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中，也會(huì)逐漸揭開(kāi)人類自身的奧秘。所以，機(jī)器人也是驗(yàn)證生命科學(xué)研究成果的平臺(tái)。著名物理學(xué)家理查德?費(fèi)曼曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：我們要想真正理解一個(gè)事物，就必須要能夠把它創(chuàng)造出來(lái)。研究類似于人類的機(jī)器人，也正是這種創(chuàng)造過(guò)程。

研究機(jī)器人需要耐心、專注。日本早稻田大學(xué)加藤一郎的實(shí)驗(yàn)室花了近十年時(shí)間，終于在1969年研發(fā)出世界上第一臺(tái)用雙腿走路的機(jī)器人。加藤一郎也因此被稱為“仿人機(jī)器人之父”。日本專家一直專注于仿人機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人的研發(fā)，如索尼公司的QRIO、本田公司的ASIMO等機(jī)器人。

研究和應(yīng)用是有差距的。2018年，波士頓動(dòng)公司公司的Atlas機(jī)器人因?yàn)槠渥吭降奶S能力而被媒體用“進(jìn)化、逆天”來(lái)形容，但是，它不能夠回到原地并且重復(fù)執(zhí)行動(dòng)作，而這卻是三歲的小孩子很容易做到的。這種鮮為人知、但卻嚴(yán)重阻礙機(jī)器人應(yīng)用的現(xiàn)象正是研究人員需要解決的問(wèn)題之一。6.1機(jī)器人概況6.1.4研究與應(yīng)用3.我國(guó)的機(jī)器人研究與產(chǎn)業(yè)化

從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始，我國(guó)就開(kāi)始重視機(jī)器人的研究與應(yīng)用，并且逐漸上升到了國(guó)家戰(zhàn)略的高度。研究方面，有一些知名的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和其它類型的實(shí)驗(yàn)室。

機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托于中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京理工大學(xué)仿生機(jī)器人與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。機(jī)器人相關(guān)的企業(yè)越來(lái)越多，正在形成具有廣泛影響力的知名名牌。沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司（原上海廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司）、深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司、廣州映博智能科技有限公司。不管是科研人員還是產(chǎn)業(yè)界精英，除了埋頭苦干，外出交流也是必不可少的。在機(jī)器人的學(xué)術(shù)、應(yīng)用交流方面，我國(guó)專家參加的會(huì)議主要有：機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議(IEEEICRA)、智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議(IEEEIROS)、機(jī)器人學(xué)和仿生學(xué)國(guó)際會(huì)議(IEEEROBIO)。這些會(huì)議都是每年舉辦一次，每次都有許多國(guó)際知名學(xué)者親臨會(huì)場(chǎng)交流，機(jī)器人大型廠家也會(huì)借機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)宣傳?，F(xiàn)在，一些國(guó)家已經(jīng)把機(jī)器人研究與產(chǎn)業(yè)化上升到了國(guó)家戰(zhàn)略的高度，注重頂層設(shè)計(jì)。6.2機(jī)器人的組成6.2.1硬件1.傳感器

傳感器為機(jī)器人提供視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等信息，類似于人的眼睛、皮膚、耳朵、鼻子等器官。機(jī)器人的種類繁多、外形各異，傳感器是其必要設(shè)備。機(jī)器人側(cè)重于完成一種或幾種特定的功能，因此，它并不需要裝備全部類型的傳感器。傳感器把相關(guān)特性轉(zhuǎn)換為執(zhí)行某些功能所需要的信息，并且進(jìn)行后續(xù)處理。機(jī)器人通過(guò)信號(hào)變換、信號(hào)處理等兩個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)感知。其中，信號(hào)變換的目的是把硬件所感知到的信息轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的信號(hào)，信號(hào)處理是把上一步所獲得的信息進(jìn)行處理并提取出機(jī)器人所需要的信息。6.2機(jī)器人的組成6.2.1硬件2.自由度

自由度相當(dāng)于人的活動(dòng)關(guān)節(jié)，它由機(jī)器人的結(jié)構(gòu)決定，并且直接影響到機(jī)器人的靈活性。在機(jī)器人里，一對(duì)方向算作1個(gè)自由度。例如，人的膝關(guān)節(jié)可以前后彎曲，不可以左右移動(dòng)，所以膝關(guān)節(jié)只有1個(gè)自由度。人的脖子可以既上下移動(dòng)（抬頭低頭）、又可以左右移動(dòng)，因此，脖子有2個(gè)自由度。在自然界里，哪種動(dòng)物的自由度最多呢？章魚(yú)，它有無(wú)窮多個(gè)自由度，也就是說(shuō)，章魚(yú)可以把自己的身體變?yōu)槿我庑螤睢?/p>

機(jī)器人的自由度越多，意味著它的動(dòng)作越靈活、通用性也越強(qiáng)。但是，過(guò)多的自由度會(huì)使得機(jī)器人的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)調(diào)困難。每個(gè)自由度都有相應(yīng)的舵機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，舵機(jī)相當(dāng)于人類的肌肉。所以，機(jī)器人研究人員在考慮自由度數(shù)量的時(shí)候，還需要考慮其工作時(shí)的控制難度。6.2機(jī)器人的組成6.2.1硬件3.運(yùn)動(dòng)控制

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)研究不僅僅涉及到機(jī)械手，還涉及到物體之間、物體和機(jī)械手之間的關(guān)系，需要用到平面、位置矢量、坐標(biāo)系等知識(shí)。機(jī)器人硬件控制方面的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)主要有：任意點(diǎn)的姿態(tài)和位置表示，平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系映射，平移和旋轉(zhuǎn)齊次坐標(biāo)變換，物體的變換及逆變換，通用旋轉(zhuǎn)變換，等等。在描述位置時(shí)，需要建立坐標(biāo)系，然后使用位置矢量來(lái)確定該坐標(biāo)空間內(nèi)任意點(diǎn)的位置，這個(gè)位置矢量為3*1維度。同時(shí)，還需要使用對(duì)應(yīng)于x軸、y軸或z軸進(jìn)行轉(zhuǎn)角為theta的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。因此，有了位置矢量來(lái)描述點(diǎn)的位置，有了旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)描述物體的方位，物體的空間位姿就可以使用這兩者共同表示。在描述機(jī)器人的操作時(shí)，還需要建立機(jī)器人的連桿之間以及機(jī)器人和周圍環(huán)境之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系，此時(shí)，可以通過(guò)齊次坐標(biāo)的平移變換與旋轉(zhuǎn)變換來(lái)建立機(jī)器人的操作變換方程。機(jī)器人的控制器負(fù)責(zé)指揮其工作，各個(gè)關(guān)節(jié)的參數(shù)也需要實(shí)時(shí)計(jì)算，從而驅(qū)動(dòng)其各個(gè)關(guān)節(jié)，并且保證各末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照預(yù)定的位姿序列進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。6.2機(jī)器人的組成6.2.2軟件1.機(jī)器人操作系統(tǒng)

典型的機(jī)器人操作系統(tǒng)有Android和ROS，前者廣為人知，后者對(duì)于從事機(jī)器人研究、開(kāi)發(fā)的人員非常重要，所以，現(xiàn)在重點(diǎn)介紹ROS。

ROS是專門(mén)為機(jī)器人設(shè)計(jì)的開(kāi)源操作系統(tǒng)，其全稱是RobotOperatingSystem，基于Linux，不僅具有很高的可靠性，而且適合應(yīng)用于嵌入式設(shè)備。ROS相當(dāng)于機(jī)器人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠整合各種功能模塊，并為它們提供統(tǒng)一的通信架構(gòu)，從而讓各個(gè)零部件協(xié)調(diào)工作、完成復(fù)雜的任務(wù)。ROS基于斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室的STAIR項(xiàng)目，2009年初，該實(shí)驗(yàn)室和WillowGarage機(jī)器人公司聯(lián)合推出了測(cè)試版ROS0.4，然后，ROS逐漸成熟并且支持Python、C++等多種編程語(yǔ)言。

微軟公司在2018年9月宣布，將在Windwos10操作系統(tǒng)里引入機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS。Windows上的首個(gè)ROS版本名為ROS1，屬于“實(shí)驗(yàn)”版本，更強(qiáng)大、更完善的版本將會(huì)陸續(xù)推出。6.2機(jī)器人的組成6.2.2軟件2.機(jī)器人仿真軟件

機(jī)器人仿真軟件的規(guī)?？纱罂尚。馱ebots這樣的仿真軟件需要較大規(guī)模的公司潛心開(kāi)發(fā)，但是，只具備簡(jiǎn)單功能的仿真軟件卻可以作為本科生項(xiàng)目實(shí)踐或者畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，個(gè)人或小組開(kāi)發(fā)都可以。目前，實(shí)物機(jī)器人價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度容易受到影響、故障排除困難。以仿人機(jī)器人為例，使用者需要設(shè)計(jì)和解析其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采集并且分析大量的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，還需要通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)校驗(yàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精確度，這些低效而困難的工作成了機(jī)器人研究的瓶頸。但是，用戶使用仿真軟件就可以充分發(fā)揮其想象力，可以自由地設(shè)計(jì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境和智能算法，因此，仿真軟件為機(jī)器人研究提供了靈活性、可重用性。近年來(lái)，已經(jīng)有一些功能強(qiáng)大的機(jī)器人仿真軟件問(wèn)世，其中一部分屬于開(kāi)源軟件。2009年，世界機(jī)器人與自動(dòng)化大會(huì)（ICRA）就專門(mén)舉辦了仿真軟件研討會(huì)，這說(shuō)明學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界早就意識(shí)到了它們的重要性和必要性。6.2機(jī)器人的組成6.2.2軟件軟件名稱開(kāi)發(fā)商價(jià)格簡(jiǎn)介Player,State,Gazebo不屬于某個(gè)特定的公司免費(fèi)、開(kāi)源該系統(tǒng)依賴于面向?qū)ο蟮膱D形化渲染引擎OGRE(Object-OrientedGraphicsRenderingEngine)和開(kāi)源動(dòng)力學(xué)引擎ODE(OpenDynamicsEngine)，可以精確地模擬3D環(huán)境，適用于開(kāi)展群體機(jī)器人協(xié)作、沖突等研究。另外，可以使用不同的關(guān)節(jié)來(lái)聯(lián)結(jié)多個(gè)機(jī)器人，從而可以模擬多種機(jī)器人平臺(tái)?？捎脩?yīng)用于Linux和MacOSX環(huán)境。MicrosoftRoboticsDeveloperStudio(MRDS)微軟免費(fèi)、不開(kāi)源21世紀(jì)初期，比爾·蓋茨就意識(shí)到了機(jī)器人的重要性，并且授意其智囊團(tuán)成員開(kāi)始研發(fā)機(jī)器人仿真平臺(tái)MRDS。MRDS的目標(biāo)是使得機(jī)器人研究人員、商業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員和愛(ài)好者都能夠方便地在多種硬件平臺(tái)上編寫(xiě)機(jī)器人應(yīng)用程序。MRDS包含了一個(gè)輕量級(jí)、面向服務(wù)的運(yùn)行庫(kù)，以及一套可視化編輯和建模工具，還為用戶準(zhǔn)備了示例代碼和開(kāi)發(fā)指南，這些信息都可以直接在微軟官網(wǎng)免費(fèi)下載。Kinect深度傳感器是微信公司的產(chǎn)品，MRDS已經(jīng)集成了相應(yīng)的深度攝像頭功能，可以實(shí)現(xiàn)3D實(shí)時(shí)仿真。Webots瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院商業(yè)軟件Webots是專業(yè)的移動(dòng)機(jī)器人仿真軟件，它允許使用者設(shè)定機(jī)器人的所有屬性，包含傳感器屬性和摩擦系數(shù)，就像菜單編輯那樣方便、快捷。在同一工作環(huán)境里，可以有多個(gè)不同類型的機(jī)器人，它們之間可以通訊。Webots還提供了視頻錄制功能，可以錄制運(yùn)行時(shí)的3D信息。Webots還為e-puck、SonyAibo等機(jī)器人提供了仿真服務(wù)，也就是說(shuō)，一旦模擬環(huán)境得到了滿意的效果，就可以將代碼直接下載到實(shí)體機(jī)器人，并且基本上能夠得到相同的效果。Webots也基于ODE，支持Windows、Linux、Mac等操作系統(tǒng)，用戶可以自由測(cè)試路徑規(guī)劃、地圖創(chuàng)建、智能感知等算法。目前，全球范圍內(nèi)使用Webots的研究中心和大學(xué)已經(jīng)超過(guò)1000家。幾款典型的機(jī)器人仿真軟件6.2機(jī)器人的組成6.2.2軟件在國(guó)內(nèi)，機(jī)器人仿真軟件的研究起步較晚，但也已經(jīng)取得了一些成果。例如，清華大學(xué)的PCROBSM微型機(jī)器人仿真軟件、THROBSM機(jī)器人仿真軟件，前者可以對(duì)機(jī)器人的力傳感器、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、控制算法、軌跡規(guī)劃和典型任務(wù)等進(jìn)行建模與仿真，后者尤其適用于研究機(jī)器人的軌跡規(guī)劃與控制。

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)研究化所的多機(jī)器人仿真軟件MulBotsSim，上海交通大學(xué)的通用化工業(yè)機(jī)器人圖形仿真軟件ROSIDY，北京工業(yè)大學(xué)的剛?cè)狁詈系臋C(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真軟件，等等。機(jī)器人仿真系統(tǒng)與機(jī)器人的需求同步，也朝著智能化的方向發(fā)展，并且與大數(shù)據(jù)、人工智能等主流趨勢(shì)相結(jié)合。在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人仿真軟件從1982年正式開(kāi)始研發(fā)，僅用了5年的時(shí)間就基本形成了一些成熟的CAD軟件包。除了這些通用的仿真軟件，一些主流的機(jī)器人也有相應(yīng)的仿真軟件，并且和實(shí)體機(jī)器人“無(wú)縫銜接”。例如，iRobot機(jī)器人仿真平臺(tái)。另外，Matlab雖然是數(shù)學(xué)軟件，但是在加入了虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真等插件后也可以用于驗(yàn)證機(jī)器人的仿真算法，例如，機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃。在足球機(jī)器人領(lǐng)域，仿真比賽也是其中的一個(gè)重要賽事，并且有專門(mén)的比賽平臺(tái)。6.3機(jī)器人的智能6.3.1智能的形式機(jī)器人的智能形式包括形態(tài)、智力兩個(gè)方面。1.形態(tài)

形態(tài)，就是外部形態(tài)。形態(tài)智能源于術(shù)語(yǔ)EmbodiedIntelligence。機(jī)器人為什么需要具備形態(tài)智能呢？機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，如果需要爬樹(shù)、需要穿過(guò)狹窄的門(mén)縫，那么它就需要隨機(jī)應(yīng)變、自主改變形態(tài)，也就是說(shuō)，其外形也需要?jiǎng)側(cè)岵⑦M(jìn)。形態(tài)智能也是人類及其它生物的常見(jiàn)技能。例如，章魚(yú)可以把身體調(diào)整為任意形狀，人類的體型、肌肉分布也會(huì)在長(zhǎng)期的鍛煉之后發(fā)生變化。那么，到底如何為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)這種智能呢？首先是從材料學(xué)的角度來(lái)研究，例如，有彈性、具有記憶功能的材料，這項(xiàng)研究目前還處于初步階段。材料對(duì)機(jī)器人的影響到底有多大？以電影《機(jī)械姬》為例，機(jī)器人的皮膚看上去像是人類的皮膚，機(jī)器人看上去也像是真人。另一方面，是從機(jī)器人的協(xié)作能力著手。這種協(xié)作，不僅僅是合理地分配任務(wù)，還包含若干個(gè)機(jī)器人主動(dòng)合并為一個(gè)機(jī)器人，從而改變其形狀和任務(wù)執(zhí)行能力。6.3機(jī)器人的智能6.3.1智能的形式2.智力和人類的智力相比，機(jī)器人有兩大缺點(diǎn)：一是抽象能力差。抽象就是抓住問(wèn)題的本質(zhì)，把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。例如，經(jīng)驗(yàn)豐富的警察可以很容易從人群中發(fā)現(xiàn)鬼鬼祟祟的嫌疑人，但機(jī)器人要做到這一點(diǎn)很難。二是知識(shí)表示能力差。知識(shí)表示就是把問(wèn)題表示成便于機(jī)器理解的形式，否則機(jī)器人難以理解。另外，人的認(rèn)知具有模糊性，可以用“差不多”的信息來(lái)彼此交流，而機(jī)器人需要精確地表示信息。例如，四兩就是四兩、半斤就是半斤，沒(méi)有四五兩（或四兩半斤）的說(shuō)法。生物的智能往往是由其生理特性決定的。如何模擬生物的智能呢？先描述生物的某種生理特性，再用軟件實(shí)現(xiàn)。如何描述這些生理特性呢？這就需要參考生物學(xué)家、心理學(xué)家的研究成果，否則，其它領(lǐng)域的研究人員僅僅是基于自己想當(dāng)然的模擬，與問(wèn)題的本質(zhì)可能沒(méi)有任何關(guān)系。目前，科學(xué)家對(duì)人類情感的研究尚不夠深入、透徹，研究機(jī)器人情感的學(xué)者只能夠自己提出一些數(shù)學(xué)模型并且進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證，這些模型并不是基于情感的真實(shí)機(jī)制。到目前為止，有哪些心理學(xué)或生理學(xué)理論被應(yīng)用到機(jī)器人領(lǐng)域呢？6.3機(jī)器人的智能6.3.1智能的形式2.智力

1977年，美國(guó)著名感知心理學(xué)家J.J.Gibson提出了Affordance理論，其核心思想是：人類及其它動(dòng)物的感知目標(biāo)是“我”在當(dāng)前環(huán)境下應(yīng)該執(zhí)行什么動(dòng)作。感知的目標(biāo)是可能執(zhí)行（并未發(fā)生）的動(dòng)作，因?yàn)橹挥袌?zhí)行動(dòng)作才能夠完成任務(wù)。人類及其它動(dòng)物首先是學(xué)習(xí)物體的Affordance，然后才學(xué)習(xí)其顏色、大小等特征。例如，在學(xué)習(xí)說(shuō)話、識(shí)字之前，嬰兒就能夠在口渴的時(shí)候找水杯，能夠?qū)⑺⒖诳?、喝水關(guān)聯(lián)起來(lái)，也就是將物體、動(dòng)作、效果關(guān)聯(lián)起來(lái)。

二十一世紀(jì)初期，Affordance理論被引入到機(jī)器人領(lǐng)域，建立了機(jī)器人和環(huán)境之間可能的動(dòng)作關(guān)聯(lián)，由機(jī)器人的當(dāng)前任務(wù)、自身能力和環(huán)境的本質(zhì)屬性共同決定。機(jī)器人的Affordance感知目標(biāo)是“是否可抓取、是否可以推動(dòng)”等動(dòng)作屬性，而不再是名字、大小等特征。6.3機(jī)器人的智能6.3.1智能的形式2.智力

實(shí)際上，人類的感知目標(biāo)也與動(dòng)作密切相關(guān)。例如，面對(duì)同一條小溝時(shí)，普通人感知的結(jié)果往往是“換個(gè)地方繞過(guò)去”，但籃球運(yùn)動(dòng)員的感知結(jié)果可能是“直接跨過(guò)去”。這個(gè)感知過(guò)程涉及到了復(fù)雜的信息處理，盡管科學(xué)家暫時(shí)并不清楚其詳細(xì)過(guò)程。但是，機(jī)器人的智能需要遵循Affordance理論。機(jī)器人與環(huán)境交互的過(guò)程如右圖所示。從上述分析可以看出，不管是形態(tài)智能還是智力智能，從自然現(xiàn)象到機(jī)器人智能都需要經(jīng)歷將自然現(xiàn)象引入到機(jī)器人智能研究的階段。6.3機(jī)器人的智能6.3.2機(jī)器人與人工智能

在機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域，AlphaGo、Atlas被認(rèn)為是智能的典型代表。1.AlphaGo2016年3月，Google公司的AlphaGo戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍李世石的新聞轟動(dòng)全球，各大媒體紛紛報(bào)道，并且格外強(qiáng)調(diào)這標(biāo)志著“人工智能戰(zhàn)勝了人類、機(jī)器人戰(zhàn)勝了人類”。首先，AlphaGo并不是機(jī)器人，而是由頂尖程序員開(kāi)發(fā)的人工智能程序。AlphaGo的核心算法是深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)，但是，它的靈活程度卻很低。例如，如果將19*19的棋盤(pán)增大或者減少，AlphaGo就會(huì)馬上“手足無(wú)措”，如果把AlphaGo用于中國(guó)象棋，其表現(xiàn)肯定很差。為什么AlphaGo竟然不能夠應(yīng)對(duì)如此微小的變化呢？從人工智能的角度來(lái)說(shuō)，這是因?yàn)锳lphaGo的遷移學(xué)習(xí)能力很差。所謂遷移學(xué)習(xí)，就是把從一個(gè)任務(wù)里學(xué)到的技能應(yīng)用到另一個(gè)任務(wù)。AlphaGo沒(méi)有情感、智慧、人生觀，也不知道自己在做什么。例如，AlphaGo的大部分開(kāi)發(fā)人員都只懂圍棋規(guī)則，在開(kāi)發(fā)AlphaGo的過(guò)程中并沒(méi)有使用圍棋經(jīng)驗(yàn)。所以，基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的AlphaGo徹底顛覆了以前的那種觀點(diǎn)，也體現(xiàn)了人工智能的強(qiáng)大。6.3機(jī)器人的智能6.3.2機(jī)器人與人工智能2.Atlas2018年，波士頓動(dòng)力公司研制的機(jī)器人Atlas的視頻在網(wǎng)上瘋狂傳播，并且被冠以“進(jìn)化、逆天”的稱號(hào)。在仿人機(jī)器人的野外運(yùn)動(dòng)能力方面，Atlas確實(shí)一直處于世界領(lǐng)先地位。但是，仔細(xì)觀看這些視頻，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，例如，Atlas沒(méi)有重復(fù)執(zhí)行它的任務(wù)。所謂重復(fù)執(zhí)行，就是再回到原來(lái)的地方、再次執(zhí)行剛剛的動(dòng)作。兩三歲的小孩可以輕松地重復(fù)執(zhí)行這些動(dòng)作，但是，世界上最先進(jìn)的機(jī)器人卻做不到。這就是現(xiàn)實(shí)！這也驗(yàn)證了某個(gè)并不嚴(yán)謹(jǐn)、但又有一定代表性的論點(diǎn)：人類很難完成的事情，機(jī)器人卻很容易做到；人類很容易完成的事情，機(jī)器人卻很難做到。所以，人工智能的發(fā)展?fàn)顩r對(duì)機(jī)器人的影響很大。人工智能并不是源頭，生命科學(xué)才是。人工智能是銜接機(jī)器人與生命科學(xué)的橋梁，它的發(fā)展影響到機(jī)器人的擬人化、智能化。6.3機(jī)器人的智能6.3.2機(jī)器人與人工智能通過(guò)上述分析可以得出一些結(jié)論：首先，AlphaGo戰(zhàn)勝了李世石，并不是機(jī)器人或者人工智能戰(zhàn)勝了人類，而是一些科學(xué)家借助程序和硬件在圍棋領(lǐng)域戰(zhàn)勝了李世石。其次，需要將人工智能應(yīng)用于機(jī)器人，但是，不可以把它們等同。機(jī)器學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)人工智能的方法之一。深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)則是機(jī)器學(xué)習(xí)算法里的典型代表，除此之外，還有許多其它算法，例如，遷移學(xué)習(xí)。當(dāng)前，機(jī)器人最大的不足之處之一就是知識(shí)遷移能力較差，例如，它不能夠把削蘋(píng)果的經(jīng)驗(yàn)用于削鉛筆。6.3機(jī)器人的智能6.3.3機(jī)器人的能與不能1.物理整合受遺傳等因素的影響，人的外形、力量、智慧往往是在某個(gè)有限的范圍內(nèi)變化。但是，機(jī)器人卻不同。人類可以根據(jù)需要給機(jī)器人安裝傳感器、關(guān)節(jié)等硬件,并且數(shù)量幾乎不受限制，這類似于給火車增加、減少車廂，區(qū)別在于機(jī)器人軟件必須協(xié)調(diào)好這些硬件。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的信息處理可以移到云端進(jìn)行。

和動(dòng)物相比，機(jī)器人還有“嫁接”的優(yōu)勢(shì)。例如，可以讓機(jī)器人模擬虎的頭部、蛇的尾巴，或者模擬牛的腦袋、馬的面部。童話里的虎頭蛇尾、牛頭馬面等設(shè)想都可以使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)。

上述都體現(xiàn)了機(jī)器人在物理整合方面的優(yōu)勢(shì)，這種整合是機(jī)械整合，不需要像醫(yī)生那樣考慮生命現(xiàn)象所對(duì)應(yīng)的復(fù)雜問(wèn)題。6.3機(jī)器人的智能6.3.3機(jī)器人的能與不能2.技術(shù)借用

機(jī)器人涉及到人工智能、生命科學(xué)等多學(xué)科，每一個(gè)學(xué)科的發(fā)展都能夠促進(jìn)機(jī)器人發(fā)展。例如，計(jì)算機(jī)視覺(jué)的快速發(fā)展使得機(jī)器人更能夠像人類那樣感知外部世界，材料科學(xué)的發(fā)展讓機(jī)器人不再受到容易生銹、質(zhì)感差的困擾。也可以說(shuō)，機(jī)器人是這些相關(guān)領(lǐng)域的代言人，是高科技的窗口，它們之間的關(guān)系如圖所示。如果機(jī)器人Atlas一直不能夠重復(fù)那些號(hào)稱“進(jìn)化、逆天”的動(dòng)作，就說(shuō)明機(jī)器人的地圖創(chuàng)建與定位等研究還需要持續(xù)深入。

相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展到了何種程度，看看最先進(jìn)的機(jī)器人，就能夠“管中窺豹、時(shí)見(jiàn)一斑”。6.3機(jī)器人的智能6.3.3機(jī)器人的能與不能3.人類的配角1978年，日本一家工廠的切割機(jī)器人將一名值班工人當(dāng)作鋼板來(lái)操作，這被認(rèn)為是世界上首例“機(jī)器人殺人”事件。1989年，蘇聯(lián)國(guó)際象棋冠軍尼古拉?古德科夫連續(xù)贏了機(jī)器人3局后，機(jī)器人竟然莫名其妙地向棋盤(pán)釋放高強(qiáng)度電流，象棋大師離奇死亡。2015年，德國(guó)大眾汽車制造廠也發(fā)生了類似的事件，正在安裝機(jī)器人的工人當(dāng)場(chǎng)死亡。一系列“機(jī)器人殺人”事件，經(jīng)媒體引導(dǎo)描述，人們心驚膽顫：人和機(jī)器人，到底誰(shuí)是主宰？機(jī)器人是特殊的電腦、特殊的手機(jī)，它們看到的世界也是由0、1組成的二進(jìn)制序列。機(jī)器人看到的、聽(tīng)到的內(nèi)容到底是什么？它下一步該怎么做？這都是程序要完成的任務(wù)。

程序是由人編寫(xiě)的，它和人、環(huán)境之間的關(guān)系如圖所示。

機(jī)器人只是人的附屬伙伴，它是在嚴(yán)格按照人的意圖做事情。為什么是“嚴(yán)格”呢？因?yàn)闄C(jī)器人沒(méi)有悲傷、恐懼、高興等任何形式的情感，它僅是一個(gè)具有運(yùn)動(dòng)能力、執(zhí)行能力的特殊電腦或手機(jī)。6.3機(jī)器人的智能6.3.3機(jī)器人的能與不能

可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，機(jī)器人僅僅是人的伙伴、附屬品，其協(xié)作模式都是以人為主、取長(zhǎng)補(bǔ)短。面對(duì)媒體的各種報(bào)道形式，面對(duì)大眾的各種疑問(wèn)，學(xué)習(xí)智能科學(xué)與技術(shù)的大學(xué)生有必要了解：當(dāng)具備哪些條件的時(shí)候，機(jī)器人才會(huì)主動(dòng)犯錯(cuò)、主動(dòng)對(duì)人類構(gòu)成威脅？以“機(jī)器人罵人”為例，如果這種事情真的發(fā)生了，那么，至少是如下問(wèn)題全部都已經(jīng)解決了：1）什么是人？如果機(jī)器人知道什么是人，那么，它也知道什么是貓、什么是狗，否則，它就不能夠在真實(shí)環(huán)境區(qū)分人和其它東西。2）什么是罵人？機(jī)器人需要弄清楚打人、罵人、幫助人的區(qū)別。3）為什么要罵人？機(jī)器人需要有自己的思想、有自己的判斷能力。實(shí)際上，在機(jī)器人的情感、意識(shí)等領(lǐng)域，研究人員還不知道如何下手，因?yàn)檫@依賴于生命科學(xué)、心理科學(xué)等領(lǐng)域的突破。4）如何罵人？罵人不僅需要使用偏激詞語(yǔ)和精準(zhǔn)描述，還需要有一系列動(dòng)作來(lái)配合，那么，如何組合詞語(yǔ)、動(dòng)作才能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo)呢？人類有自尊心和反抗意識(shí)，機(jī)器人如何應(yīng)對(duì)人的反抗、還擊呢？5）什么樣人應(yīng)該被罵？機(jī)器人需要像警察那樣判斷：世界上有那么多人，到底誰(shuí)應(yīng)該成為被罵對(duì)象呢？6）當(dāng)前的人是個(gè)什么樣的人，將其罵了一頓之后有什么影響？如果機(jī)器人能夠罵人，那么，它也是一種特殊的人類了，也需要考慮社會(huì)影響。6.4機(jī)器人未來(lái)的探討6.4.1幾個(gè)熱點(diǎn)話題1.被拋售的知名機(jī)器人公司2018年底，波士頓公司研發(fā)的機(jī)器人Atlas再次被媒體瘋狂報(bào)道，很多人便以為它真的登峰造極、十分完善了?，F(xiàn)實(shí)并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。2013年底，波士頓公司公司被谷歌公司收購(gòu)。歷經(jīng)兩年多的研發(fā)，該公司于2016年發(fā)布了其新產(chǎn)品Atlas。不可思議的是，谷歌公司恰好是因?yàn)榭床坏紸tlas的商業(yè)價(jià)值而決定將其拋售。豐田研究所成立于2015年底，隸屬于豐田汽車公司，其研究領(lǐng)域之一是機(jī)器人。豐田因?yàn)槠鋸?qiáng)大的財(cái)力而不介意Atlas是否可以馬上商業(yè)化，也就因此而成了波士頓公司的新雇主。Atlas為什么很難帶來(lái)直接的利潤(rùn)呢？試想，身高150厘米、體重約75公斤的Atlas除了表演那些看上去“進(jìn)化、逆天”的動(dòng)作外，還能做什么實(shí)際的事情呢？誰(shuí)愿意把它買回家或者放在辦公室欣賞呢？

Atlas是機(jī)器人應(yīng)用窘境的縮影。2011年3月，日本發(fā)生了地震，政府首先就想到派遣機(jī)器人提前進(jìn)入核電站進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢測(cè)、評(píng)估及修復(fù)等工作，但是機(jī)器人行動(dòng)緩慢、效率低、效果差，最終不得不由人類承擔(dān)大部分危險(xiǎn)的工作。即使是現(xiàn)在，賽場(chǎng)上所展示的那些看似流暢的開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)等動(dòng)作仍然離不開(kāi)參賽隊(duì)員的遠(yuǎn)程搖控。也就是說(shuō)，機(jī)器人的非機(jī)械式、非重復(fù)式的任務(wù)執(zhí)行能力仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠和人類相比。6.4機(jī)器人未來(lái)的探討6.4.1幾個(gè)熱點(diǎn)話題2.2050年人機(jī)大戰(zhàn)機(jī)器人世界杯（RobotWorldCup,RoboCup）源于1992年的論文《OnSeeingRobots》。在該論文里，加拿大教授艾倫?麥克沃思（AlanK.Mackworth）首次提出了舉辦機(jī)器人足球賽的想法。第一屆RoboCup于1997年在日本舉辦，并且迅速發(fā)展成為知名的國(guó)際賽事，每年舉辦一屆，其中，2008年、2015年的RoboCup分別在我國(guó)的蘇州、合肥舉行。

RoboCup的目標(biāo)是在2050年打敗人類的世界杯冠軍隊(duì)，其初衷是利用高科技制作出來(lái)的足球機(jī)器人在體力、智力等方面都超過(guò)人類的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員。

目前，這場(chǎng)人機(jī)大戰(zhàn)的規(guī)則還未制定。例如，機(jī)器人的動(dòng)力裝備、體重有限制嗎？人類運(yùn)動(dòng)員有前鋒、中鋒、后衛(wèi)等角色，那么，不同角色的機(jī)器人的裝備相同嗎？機(jī)器人有皮膚、有替補(bǔ)嗎？人的眼睛只可以看前面，機(jī)器人的攝像頭是360度嗎？現(xiàn)在離2050年還很遠(yuǎn)，機(jī)器人的研究、應(yīng)用在這段時(shí)間內(nèi)都一定會(huì)有飛躍式發(fā)展，所以，還沒(méi)有到制定規(guī)則的時(shí)候。6.4機(jī)器人未來(lái)的探討6.4.1幾個(gè)熱點(diǎn)話題3.無(wú)人駕駛無(wú)人駕駛是近幾年研究、應(yīng)用熱點(diǎn)，相關(guān)的創(chuàng)業(yè)公司也比較多，但真正的無(wú)人駕駛離我們還很遠(yuǎn)。很多人都還記得2016年發(fā)生在美國(guó)的那起事故，特斯拉ModelS發(fā)生車禍并且導(dǎo)致駕駛員死亡。這次車禍?zhǔn)荕odelS系列自動(dòng)駕駛汽車在行駛了1億多英里后遇到的第一起致命事故。當(dāng)時(shí)，ModelS處于自動(dòng)駕駛模式，一輛拖掛車沿著和ModelS垂直的方向穿越公路。由于有強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和駕駛員都沒(méi)有注意到拖掛車的白色車身，因此沒(méi)有及時(shí)啟動(dòng)剎車系統(tǒng)。從感知的角度說(shuō)，這是因?yàn)樘厮估膫鞲衅饔龅搅艘馔馇闆r，先進(jìn)的算法也因此而失效了。直到今天，強(qiáng)光、遮擋、小物體、新物體等問(wèn)題仍然是無(wú)人駕駛技術(shù)待解決的難題。另一方面，無(wú)人駕駛系統(tǒng)不能夠?qū)z測(cè)到的異常信息進(jìn)行合理的評(píng)估。例如，在行駛的過(guò)程中，如果前方有一塊草坪或者有一些樹(shù)枝，無(wú)人駕駛系統(tǒng)應(yīng)該怎么去評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)呢？人類很容易得到合理的結(jié)論，目前，無(wú)人駕駛系統(tǒng)卻不可以進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估，它不能區(qū)分這兩者所帶來(lái)的威脅差異。6.4機(jī)器人未來(lái)的探討6.4.1幾個(gè)熱點(diǎn)話題4.克隆機(jī)器人在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域，克隆技術(shù)得到了廣泛的研究。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，人們自然聯(lián)想到：克隆技術(shù)是否可以運(yùn)用到機(jī)器人領(lǐng)域呢？

在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人都不是生命現(xiàn)象，所以也就不能夠進(jìn)行生物學(xué)方面的克隆。機(jī)器人是一種特殊的設(shè)備，它由硬件和軟件組成，硬件、軟件都是可以復(fù)制的，所以機(jī)器人和電腦、手機(jī)的復(fù)制是類似的。“克隆”一詞容易帶來(lái)不必要、不科學(xué)的恐慌，所以不建議對(duì)機(jī)器人使用這類詞語(yǔ)。任何事物都有兩面性，技術(shù)也是如此。新技術(shù)面臨的最大危險(xiǎn)就是人類不能夠控制它，或者被別有用心的人利用?？寺〖夹g(shù)也是如此，科技的迅猛發(fā)展是不可阻擋的，政府部門(mén)、科研人員要做的就是事先做好引導(dǎo)，讓其朝著對(duì)人類有利的方向發(fā)展。6.4機(jī)器人未來(lái)的探討6.4.2可能引起的問(wèn)題及對(duì)策1.機(jī)器換人幾年前，“機(jī)器換人”就頻繁出現(xiàn)在媒體報(bào)道里，也在產(chǎn)業(yè)界造成了一定的轟動(dòng)效應(yīng)。但是，買回來(lái)一批機(jī)器人，換掉一部分員工，真的就把人代替了嗎？大規(guī)模地使用機(jī)器人，真的就降低成本了嗎？原來(lái)的工作人員真的就只能下崗嗎？很明顯，答案是否定的，機(jī)器換人肯定會(huì)導(dǎo)致工種變化。

首先，這些機(jī)器人存在一些技術(shù)方面的弱點(diǎn)。例如，機(jī)械手的靈活度比人類要差很多，

其次，機(jī)器人的成本是未