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附錄 1： 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 作者 :圣地亞哥 ,美國中部 談到機(jī)器人 ,就如同科幻一般。 但是 ,僅僅 因?yàn)闄C(jī)器人 在 過去幾十年 里 沒有辜負(fù)自己的承諾 ,并不表示 它 們不會(huì) 早到或者遲到。 事實(shí)上 ,一些先進(jìn)技術(shù) 導(dǎo)致的 機(jī)器人的時(shí)代更近更小、 更便宜、更實(shí)用、更具成本效益 。 肌肉 ,骨骼與大 腦 任何機(jī)器人 都 有三方面 : ? 肌肉：有效聯(lián)系物理載荷以便機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。 ? 骨骼： 機(jī)器人的物理結(jié)構(gòu) 與決定于其所從事的 工作 ; 考慮到 有效載荷這就決定了機(jī)器人的大小和重量 。 ? 大腦： 機(jī)器人智能 ; 它可以獨(dú)立 思考和做什么 ; 需要 多少人工互動(dòng) 。 由于機(jī)器人已經(jīng) 被描繪于 科幻 世界 ,許多人期望機(jī)器人 的外表更人性化。 其實(shí)機(jī)器人 的外表決定于它 的功能和任務(wù) 。 不少機(jī)器 ,一點(diǎn)也不像人也明確地 列為機(jī)器人 。 同樣 ,有些 像人的 機(jī)器人 也脫離不了 機(jī)械 結(jié)構(gòu)或者 玩具。 起初的 機(jī)器人是 又大，又只有很小的力 。 老 水流 動(dòng)力機(jī)器人被用于三 D 環(huán)境：陰暗 、骯臟、危險(xiǎn)。 由于第一產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 ,已經(jīng)完全 改進(jìn)了 機(jī)器人 的 能力、業(yè)績和戰(zhàn)略利益。 例如 ,80 年代機(jī)器人 由 水流 驅(qū)動(dòng) 過渡成為電力驅(qū)動(dòng)單位。 改進(jìn) 了 性能和準(zhǔn)確性。 工業(yè)機(jī)器人已在工作 在當(dāng)今世界機(jī)器人數(shù)量已接近 100 萬 ,有將近一半的在日本 ,僅 有 15%在 美國。數(shù)十年前 ,90%的機(jī)器人用于汽車制造業(yè) ,通常 用于做大量 重復(fù) 的 工作。 今天只有 50%用于 汽車廠 ,而另一半分布 于 工廠、實(shí)驗(yàn)室、倉庫、發(fā)電廠、醫(yī)院和其他許多行業(yè)。 機(jī)器人用于產(chǎn)品裝配、危險(xiǎn)物品處理 、 油漆噴霧、切割、拋光、產(chǎn)品的檢驗(yàn)。 那些被用于 各式各樣的任務(wù) 的 機(jī)器人 數(shù)量 ,例如下水道清理 ,查 找 炸彈和 操作 日趨復(fù)雜的手術(shù) ,在將來將持續(xù)上漲 。 機(jī)器人智能 即使原始 的智力， 機(jī)器人 已經(jīng)被證明在 生產(chǎn)力、效率和質(zhì)量 方面 能夠創(chuàng)造良好收益。除此之外 ,一些 "聰明 "機(jī)器人沒有 用于制造業(yè) ; 他們 被 用 于 太空探險(xiǎn) 、 外科遙控 ， 甚至寵物 ，就像 索尼的 械狗。 從某種意義上說 ,一些其他應(yīng)用表明 機(jī)器人 可能 的用途，如果 生產(chǎn)廠家認(rèn)識(shí)到 ,工業(yè)機(jī)器人并不是要 局限于 一個(gè)方面 ,或 者 受限制昨日機(jī)械概念。 伴隨著 迅速增 長 的電力微處理器和人工智能技術(shù) ,大大提高 了 機(jī)器人其潛在的彈性 的 自動(dòng)化工具。新增加的智能機(jī)器人 的 應(yīng)用 要求 先進(jìn)的 智能 。機(jī)器人技術(shù)融入各種輔助技術(shù) — 機(jī)器視覺、傳感 器 (接觸 ),高級(jí)技工及語音識(shí)別。 這一令人振奮的成果 代表了 新水平的工作 應(yīng)用 ,比以往任何時(shí)候都認(rèn)為 是 實(shí) 際 的機(jī)器人。 實(shí)行綜合 的 機(jī)器人視覺 和觸覺 急劇 地改變了 新的 產(chǎn)品和 生產(chǎn)體系的速度和效率。機(jī)器人變得 如此精 確 ,以至于機(jī)器人可以應(yīng)用于所有手工的場所不再是一個(gè)不可能的觀點(diǎn) 。半導(dǎo)體制造業(yè)是一個(gè)例子 ,高度一致的吞吐量和質(zhì)量 ,不能 靠手工或 簡單現(xiàn)機(jī)械 就能實(shí)現(xiàn) 。此外 ,通過使那些快速產(chǎn)品與傳統(tǒng)硬質(zhì)工具不相匹配部分的轉(zhuǎn)換和革新， 取得 了 顯著成果 。 增強(qiáng)競爭力 如 上所述 , 機(jī)器人 的應(yīng)用起源于 汽車 制造 業(yè)。通用汽車 已擁 有四 至五萬的 機(jī)器人 ，但仍然能夠 繼續(xù)發(fā)展 并 運(yùn)用新方法。 為了能使 機(jī)器人 更加智能化，現(xiàn)在已運(yùn)用了 大量新的戰(zhàn)略選擇。 在過去的兩三年里， 汽車價(jià)格 已經(jīng) 下降 ,為了 不斷創(chuàng)造 利潤 ，制造商 降低生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)成本 。這是唯一途徑。 汽車廠改建新模式 ,通常 需要投入 數(shù)以億計(jì) 美元以購買 設(shè)備。 機(jī)器人制造技術(shù)的重點(diǎn)是 通過 減少資本投資 的方式以 增加 適用 性。 新的遙控 應(yīng)用 已被發(fā)現(xiàn)用在以專用設(shè)備自動(dòng)作業(yè)的操作上了。它的靈活性能 作業(yè)自動(dòng)化 發(fā)揮得更協(xié)調(diào) ,并 且有 重大的 成本優(yōu)勢(shì)。 機(jī)器人協(xié)助 其 主要增長領(lǐng)域是智能機(jī)器人協(xié)助裝置 (操作員熟練地操作著機(jī)器人，就好像 是自己的手 和 腳 變長 ,且更有力了 。 這 就 是 遙控 技術(shù) ， 沒有人或機(jī)器人 可以替代，它 是 有助于改造人類環(huán)境產(chǎn)品的一個(gè)新版本，多方面地幫助人類伙伴，包括動(dòng) 力供應(yīng)、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向、線路跟蹤以及程序自動(dòng)化。 智能機(jī)器人協(xié)助裝置 運(yùn)用遙控技術(shù) 幫助人們 以較少的壓力，更多、大、好、快地操作零部件和有效載荷 。利用人類機(jī)器界面 ,操作 員 和智能機(jī)器人協(xié)助裝置攜手合作 以 優(yōu)化開放性、指導(dǎo)性 和 定位移動(dòng)。傳感器、計(jì)算機(jī) 動(dòng)力 和 操控運(yùn) 算法則將操作員的手令轉(zhuǎn)譯成人類提升能力裝置 。 遙控 新格局 隨著科技和 由 摩爾法 帶來的 經(jīng)濟(jì)影響將繼續(xù) 變換 計(jì)算 機(jī)的 能力 和價(jià)格，我們應(yīng)該期望更多 創(chuàng)新 ,更 多 具成本效益的 遙控結(jié)構(gòu)，以及更多在傳統(tǒng)服務(wù)重點(diǎn)之外的運(yùn)用。 工業(yè) 遙控設(shè)備 最大的變化是 ,他們將形成一個(gè) 更 廣泛的 多 種結(jié) 構(gòu)和機(jī)制。 在許多情況下 ,牽涉到自動(dòng)裝置系統(tǒng)的 配置 ,不會(huì)立即被認(rèn)為是機(jī)器人。 例如 ,自動(dòng)操作半導(dǎo)體生產(chǎn)的遙控裝置已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于那些用在汽車制造業(yè)的遙控裝置。 我們會(huì) 有那么一天： 更多這類 可編程加工的遙控設(shè)備種類會(huì)比現(xiàn)今有的傳統(tǒng)遙控設(shè)備來得多。一個(gè)突發(fā)性轉(zhuǎn)變即將來臨；它的潛力是巨大的，因?yàn)椴痪煤筮b控設(shè)備不僅能夠提升成本效益，也能產(chǎn)生前所未有的優(yōu)勢(shì)和操作應(yīng)用。 遠(yuǎn)景展望 盡管機(jī)器人研究 者希望仿效 人類 的 智慧和外表 ,但是從未成功過。 大多數(shù)機(jī)器人 仍是無形的，也并非萬能，也不能快速識(shí)別目標(biāo)物體。兩足直立行走的機(jī)器人微乎其 微，比 如本田 側(cè)重于 研究和示范樣本。 較少結(jié)合工業(yè)機(jī)器人機(jī)器視覺系統(tǒng) ,因此它的要求 ,而不是機(jī)器人機(jī)器視覺視野。 早期機(jī)器視覺領(lǐng)養(yǎng)付很高的價(jià)格 ,因?yàn)樾枰募夹g(shù)知識(shí) "民心 "等制度。 例如 ,在八十年代中期 ,從辛辛那提市 $900,000的 機(jī)器視覺系統(tǒng)。 到 1998 年 ,平均價(jià)格已降至 $40000,并且 價(jià)格繼續(xù)下降。 今天 ,從 $2,000 就能買到 簡單的 配有視覺 套傳感器 的模式。減價(jià)反映了當(dāng)今電腦成本 的降低 ,和為特殊工作如偵察業(yè)等的視覺系統(tǒng)的 重點(diǎn)開發(fā) 。 機(jī) 器人在世界各地 的 使用 工業(yè)機(jī)器人 的銷售 已上升到創(chuàng)紀(jì)錄水平 ,它對(duì)家務(wù)雜事如除草和地毯吸塵 有著巨大的 未 開發(fā) 的 潛力 。 去年 有 3000 個(gè) 水下機(jī)器人、 2300 個(gè)爆破機(jī)器人 和 1600個(gè)外科 手術(shù)機(jī)器人 開始 工作。 預(yù)計(jì) 吸塵和除草的家用機(jī)器人將 大幅度增加 ，從2000 年的 12500 到 2004 年末的 500， 000。 塵器價(jià)格現(xiàn)在不到$ 近日炭疽恐慌 ,人們?cè)絹碓蕉嗟厥褂脵C(jī)器人 排架郵局的資料。 事實(shí)上 ,美國郵政自動(dòng)化 有其巨大的潛力 。 去年， 1000 個(gè) 機(jī)器人 被 安裝 來分類 包裹 。 美國郵政總署估計(jì) ,它有可能使 用 80,000 機(jī)器人進(jìn)行分類 包裹 。 環(huán)顧 今日在我們身邊的 "機(jī)器人 ":瓦斯自動(dòng)泵、銀行自動(dòng)柜員機(jī)、自助式測試線 ， 機(jī)器已經(jīng)取代許多服務(wù)工作。 在今后的數(shù)十年，不難想象 圖像處理 的發(fā)展進(jìn)步 、微處理器速度和人為模擬可能導(dǎo)致自動(dòng)化 成為世界上 最無聊、低智力、低工資的工作。 創(chuàng)辦人， 寫 了兩篇有趣的關(guān)于未來機(jī)器人的論文，很 值得一讀。 他覺得在今后 40 年內(nèi)機(jī)器人將代替 許多 人類 工作，那是很有可能的 。根據(jù) 預(yù)測 ,在 他的論 文 "機(jī)器人 種 族 ",人 性化 機(jī)器人將 在 2030 年 得到 普及。他們將取代目前由人 類從事的工作，如 快餐服務(wù) 清潔房間和零售服務(wù)。 除非找到辦法來彌補(bǔ)這些失去的就業(yè)機(jī)會(huì) , 計(jì) 在 2055 年 超過 50%的美國人 將由 機(jī)器人代替 而 失業(yè)。 智能機(jī)器人將 運(yùn)用到每個(gè)角落 全球的 數(shù)據(jù)與傳感機(jī)器正在快速地接近。 事實(shí)上 ,在某些方面 智能機(jī)器人 已開始承擔(dān)起人 類 的工作。 由于處理能力倍增 ,以及記憶裝置 技術(shù) 帶來更小更精確的 傳感器和傳動(dòng) ,機(jī)器人 將 以 新穎、各式各樣地 精彩的應(yīng)用 ，成為 今后滋生代新產(chǎn)品。 工業(yè)機(jī)器人 絕大多數(shù) 機(jī)器人 被應(yīng)用在 制造業(yè)等重復(fù)性任務(wù) 比如給汽車噴漆以及簡單裝配 。 2000 年 全世界大約 有 10 萬名新的機(jī)器人 ,其中將近一半 在 日本 ，所以日本是 最大的用戶。 在 2002 年年底有 近 80 萬工業(yè)機(jī)器人 ,這個(gè)數(shù)字有可能 在 2004年末 增加到近 100 萬人。 在過去十年中機(jī)器人的 運(yùn)用增加了 ,而 同時(shí)價(jià)格 則 一直下滑。今天 ,機(jī)器人制造有 1 的 償還期限。在 北美 ,機(jī)器人的價(jià)格相對(duì)于勞動(dòng)力成本已降至 26， 如果考慮質(zhì)量的提高 則將 低至 12。 工業(yè)機(jī)器人 的 銷售已 達(dá)到 紀(jì)錄水平 ,在 家務(wù) 中， 像 清除草坪和清潔地毯方面，它 有巨大的開發(fā)潛力 。 許多新的 應(yīng)用機(jī)器人 隨著 機(jī)器人智能 提高 ,以及傳感器、傳動(dòng)和運(yùn)行機(jī)制 的日甄 完善 ,它的應(yīng)用以大大增加了。 現(xiàn)在有成千上萬的水下機(jī)器人、 破壞 機(jī)器人、甚至 還有 用遠(yuǎn)程機(jī)器人 來 拆除手術(shù)。 數(shù)十 個(gè) 實(shí)驗(yàn)搜救機(jī)器人踏遍倒塌 的 世界貿(mào)易中心雙塔樓 搜索 殘骸。機(jī)器人專家小組 在 第一現(xiàn)場操作實(shí)驗(yàn)機(jī)器人 ，用來探尋 瓦礫。在阿富汗戰(zhàn)爭中所使用的機(jī)器人是美軍作戰(zhàn)的工具。他們 被 送入洞穴、建筑物或其他地區(qū)的 , 作為 部隊(duì) 的前鋒， 以防止 人員 傷亡。 巨人步行機(jī)器人 被 用 來伐木。它用六個(gè)關(guān)節(jié)移動(dòng)，前進(jìn)和后退 、橫 走 、斜 走，還可以 轉(zhuǎn)身和跨越障礙物 。 在柏克萊分校 ,一個(gè)名叫 微型昆蟲 飛行機(jī)器人 ,它有非常自然地 精確 度的 節(jié)奏拍打 翅膀 。 他們的 目標(biāo)是建立 一個(gè)又 小、 又 靈活 的 裝置可以 探測 火星表面和安全監(jiān)察危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏 ,例如 ,秘密偵查 敵軍 ,。 預(yù)計(jì)吸塵和除 草 的家庭機(jī)器人將大幅度上升?，F(xiàn)今用機(jī)器人做家務(wù)是很 實(shí)際的。一個(gè) 低廉的房屋清洗機(jī)器人近日出臺(tái) 了。 一個(gè) 極其暢銷的 小 型 電動(dòng)車吸塵器（ 價(jià) $199，它繞完整個(gè)地板 ,期間它所到之處都被打掃和除塵了。 馬薩諸塞州的 產(chǎn)。 多家 公司 中的一員，他們聯(lián)合 計(jì)劃在今后幾年內(nèi)推出一系列新的機(jī)器人 。 不久將推出新產(chǎn)品機(jī)器人 ， 包括 自動(dòng) 地板清潔 器和實(shí)業(yè)工具，從而去從事 無聊、骯臟、危險(xiǎn)的工作 ,如檢查油井。 當(dāng)然 ,自 治油井 督察 人員 并不 像 一些有識(shí)之士 所預(yù)言的那樣會(huì)和 機(jī) 器仆 人 一樣顫動(dòng)。 雖然 還是 不太引人注目 ， 但是人工智能和機(jī)器人正進(jìn)入日常生活。 工智能實(shí)驗(yàn)室主任、美國 司的董事長 ,參與了這場十年變革。他的新書 " 主要 研究與生命有關(guān)的許多主題的機(jī)器人。 造 他所謂的 "熱情是本書的中心 , "我們后來當(dāng)作 我們的 老 師和同伴 。 省理工實(shí)驗(yàn)室 擠滿了 機(jī)器人 ，從 機(jī)械腿 到具有人類特性的機(jī)器人， 用人類一樣的表情和動(dòng)作 ， 依靠人力機(jī)器人接口 。 為要人們接受 機(jī)器人的生活 是有爭議的 。 普通版機(jī)器的 第一代已經(jīng) 被 實(shí)驗(yàn)室 遺棄了 。 未來 有他的想法： 傳感器和微處理器 應(yīng)該裝在汽車?yán)锩?、辦公室和家里， 并通過各種言論和動(dòng)作接口在上衣口袋進(jìn)行 資料檢索 ,還有用于 溝通 、做各種各樣的事情 。 他堅(jiān)持認(rèn)為 ,智能時(shí)代 ,移動(dòng) 機(jī)械已 經(jīng) 開始出現(xiàn) 。你 只需 要知道 哪里可以找到它們，或者在油井、醫(yī)療實(shí)驗(yàn)室、財(cái)政服務(wù)或者是建筑公司。 軍事 & 國防應(yīng)用 現(xiàn)在 經(jīng) 依 美國防部的合同 建造了一個(gè) 機(jī)器人 ,其 大小 像手提箱那樣， 可攀 爬 樓梯 ,溝渠、 可在水下 三層生存。不 同于 攜帶炸彈 的機(jī)器人 ,它有 眼睛和耳朵 ,通過無線電連接 傳遞 所見所聞 。這 就 是 "它 可 被用來撇進(jìn)一輛交通工具，用力把它扔進(jìn)可能蟄伏著敵人的屋子 的窗戶 。 一般 來講， 機(jī)器人系統(tǒng) 吸引了國防部的 興趣 ,因?yàn)?他們 有遠(yuǎn)距離軍事行為的能力， 使危險(xiǎn)任務(wù) 對(duì)人的傷害最小 。 國防先進(jìn)研究計(jì)劃機(jī)構(gòu) (國防部的中心研究和發(fā)展組織。 "分布式機(jī)器人程序 ",旨在與合格的公司 合作來 發(fā)展 微型的，有生物靈感的機(jī)器人設(shè)計(jì)和為軍事應(yīng)用的機(jī)器人控制新方法。 微小型機(jī)器人特別感興趣 ,因?yàn)樗鼈?的優(yōu)勢(shì)是 可以制作單位成本較低 ，并且 提供獨(dú)特的使命。 它們既可以單獨(dú)又可以以團(tuán)體的形式被用來實(shí)施和展開，來增強(qiáng)人類能力，執(zhí)行危險(xiǎn)的任務(wù)，以及完成從未想象過的任務(wù) 。 潛在的應(yīng)用包括監(jiān)視、偵察、調(diào)查途徑、欺騙、武器運(yùn)送和小 規(guī)模啟動(dòng) 。 為了偵查布雷區(qū) 、小型傳感器 則被 安裝在 機(jī)器人的 跳腳 上 。小型機(jī)器人可送入市管道搜集情報(bào)。大 規(guī)模 使用機(jī)器人可以作為偽裝。極小 的微型機(jī) 器人可注入 鎖孔用來開鎖。 由于微型機(jī)器人類似小動(dòng)物 和 昆蟲、生理 上賦予了靈感 設(shè)計(jì) (跳、攀登、爬、草等 ),加上 記憶裝置的應(yīng)和 智能材料 提供了新穎和獨(dú)特的移動(dòng)裝置的 可能性 。記憶存儲(chǔ)技術(shù)使在單獨(dú)硅片上的機(jī)械綜合和電子功能成為可能。 先進(jìn)的微電子包裝采用多芯片模塊和混合信號(hào) ，它帶來了發(fā)展 的新思路 ,并 把 遙控 形式和功能 聯(lián)合起來。 用于軍事用途 的 機(jī)器人 或者 完全 由 人類控制、半自主控制 ，或者是 自主運(yùn) 行 。 為了能讓 微型機(jī)器人在不同的環(huán)境從事長時(shí)間 工作 ,我們 需要新方法以減少電力需求、 控制 能源利用與提供快速充電。 機(jī)器人的發(fā)展令人振奮的新領(lǐng)域 典型 的 自動(dòng)化 技術(shù)在文本、 算機(jī)、顯示器、控制、傳感器、閥門、傳動(dòng)、數(shù)據(jù)傳輸、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)等 上要講究 知識(shí)和經(jīng)驗(yàn) ,這 正是這些機(jī)器人 和 機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)要求。 在經(jīng)濟(jì)不景氣的時(shí)候 ,機(jī)器人 技術(shù)一定會(huì)成為一個(gè)令人興奮的有益事業(yè)發(fā)展的新舞臺(tái)。 附錄 2 y : it to up to in or of is of of ? to a ? of a to it of in to ? it do is of in to be in in a is to or it A of be as or to in -D of by 980s to at he of in is ,000,000, 5% in S. A of 90% of in on a of 0% in of of in as as is to in to in of in as s In of be on if t to be to or by of s of as of is in is a of in of of of so be no a is a of be In t be As in 000 to to to is to so to is to to of of of is to by to be a as it a of is or a of in a of to to a AD in to s s s to we in is a of In t be as in We of of of in is an is of to t t is of 3, or A of is it's of to in a a $900,000 998 40,000, to be 2,000 s of as in of to ,000 2,300 ,600 in A is 2,500 000 to 00,000 by 004. is at In of in is to S ,000 to S it to up 0,000 at us It t a of to in to of s a of in He it is 0 s in be 030. by as to 0% be 055 by be he AL of is in it as on of As of by as 00,000 000, of 00,000 in at 002 is to to by 004. In of at a as -2 . of to 6, as 2 if of to is s as of in of of s of to by S as or of to to is to ,000 to it to up 0,000 A is to on It in C a a by is to on or A is to do An a up as it it 199 by is is of to a of be to do Of