1.需求推动下的重生

在工业革命开始之后的近200年时间里，人们就一直不断地改善机器的设计理念和制造工艺。尤其是自20世纪中期以来，大规模生产的迫切需求推动了自动化技术的发展，进而衍生出3代机器人产品。第一代机器人是遥控操作的机器，工作方式为人通过遥控设备对机器进行指挥，而机器本身并不能独自运动。第二代机器人通过程序控制，可以自动重复完成某种操作。第三代机器人被称作智能机器人，是一种利用各种传感器和测量器等来获取环境信息，然后基于智能技术进行识别、理解和推理，并做出规划决策，同时能够通过自主行动实现预定目标的高级机器人。

第一代机器人源于核技术发展的需求。20世纪40年代，美国建立了原子能实验室，但实验室内部的核辐射对人体伤害较大，迫切要求一些自动机械代替人处理放射性物质。在这个需求的推动下，美国原子能委员会的阿贡国家实验室于1947年开发了遥控机械手，随后又在1948年开发了机械耦合的主从机械手。所谓主从机械手，就是当操作人员控制主机械手做一连串动作时，从机械手可准确地模仿主机械手的动作。

1952年，美国帕森斯公司制造了一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，这标志着数控机床的诞生。此后，科学家和工程师们对控制系统、伺服系统、减速器等数控机床关键零部件技术的深入研究，为机器人技术的发展奠定了坚实的基础。

凭借自动化技术和零部件技术的研究积累，第二代机器人登上历史舞台。1954年，美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机械手，并注册了专利。按照预先设定好的程序，该机械手可以从事不同的工作，具有通用性和灵活性。

◎图1-9　工业机器人Unimate

1957年，被誉为“机器人之父”的美国人约瑟夫·恩格尔伯格创建了世界上第一个机器人公司——Unimation，并于1959年正式发布了第一台工业机器人——Unimate，如图1-9所示。该机器人由液压驱动，并依靠计算机控制手臂以执行相应的动作。1962年，美国机床铸造公司也研制出了Versatran机器人，其工作原理与Unimate相似。一般认为，Unimate和Versatran是世界上最早的工业机器人。

在机器人的研发过程中，人们尝试利用传感器提高机器人的可操作性，具备感知功能的第三代智能机器人逐渐成为研发热点。厄恩斯特的触觉传感机械手、托莫维奇和博尼的安装有压力传感器的“灵巧手”、麦卡锡的具备视觉传感系统的机器人，以及约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室研制出的Beast机器人，都是成功的尝试。随着众多研究机构的加入，第三代智能机器人发展的曙光已经显现。

1968年，美国斯坦福国际咨询研究所成功研制出移动式机器人Shakey，如图1-10所示。它是世界上首台带有人工智能的移动式机器人，能够自主进行感知、环境建模、行为规划等任务。该机器人配备电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机，以及编码器等硬件设备，并由两台计算机通过无线通信系统对其进行控制。限于当时的计算水平，Shakey需要相当大的机房支持其进行功能运算，同时规划行动也往往要用数小时之久。

◎图1-10　世界首台带有人工智能的移动式机器人——Shakey

由上述发展历程可以看出，工业生产的内在需求，以及传统生产方式亟待转变的趋势，都是推动机器人发展的核心力量。