特種機器人

根據特種機器人所應用的主要行業，可將特種機器人分為：農業機器人、電力機器人、建築機器人、物流機器人、醫用機器人、護理機器人、康復機器人、安防與救援機器人、軍用機器人、核工業機器人、礦業機器人、石油化工機器人、市政工程機器人和其他行業機器人。

根據特種機器人使用的空間（陸域、水域、空中、太空），可將特種機器人分為：地面機器人、地下機器人、水面機器人、水下機器人、空中機器人、空間機器人和其他機器人。

根據特種機器人的運動方式分為:輪式機器人、履帶式機器人、足腿式機器人、蠕動式機器人、飛行式機器人、潛游式機器人、固定式機器人、噴射式機器人、穿戴式機器人、複合式機器人和其他運動方式機器人

按功能分類：特種機器人的功能分類與行業相關，常見的功能主要包括採掘、安裝、檢測、維護、維修、巡檢、偵察、排爆、搜救、輸送、診斷、治療、康復、清潔等。

首先說下什麼是特種機器人。

特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。

實用上，機器人（Robot）是自動執行工作的機器裝置。機器人可接受人類指揮，也可以執行預先編排的程序，也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。機器人執行的是取代或是協助人類工作的工作，例如製造業、建築業，或是危險的工作。

機器人可以是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。在工業、醫學甚至軍事等領域中均有重要用途。

歐美國家認為：機器人應該是由計算機控制的通過編排程序具有可以變更的多功能的自動機械，但是日本不同意這種說法。日本人認為“機器人就是任何高級的自動機械”，這就把那種尚需一個人操縱的機械手包括進去了。因此，很多日本人概念中的機器人，並不是歐美人所定義的。

國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標準化組織採納了美國機器人協會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統。”

機器人能力的評價標準包括：智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間佔有性等；物理能，指力、速度、連續運行能力、可靠性、聯用性、壽命等。因此，可以說機器人是具有生物功能的空間三維坐標機器。

1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中，根據Robota(捷克文，原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文，原意為“工人”)，創造出“機器人”這個詞。

1939年美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司製造的家用機器人Elektro。它由電纜控制，可以行走，會說77個字，甚至可以抽煙，不過離真正幹家務活還差得遠。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。

1942年美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機器人三定律”。雖然這只是科幻小說里的創造，但後來成為學術界默認的研發原則。

1948年諾伯特·維納出版《控制論》，闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經、感覺機能的共同規律，率先提出以計算機為核心的自動化工廠。

1954年美國人喬治·德沃爾製造出世界上第一台可編程的機器人，並註冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。

1956年在達特茅斯會議上，馬文·明斯基提出了他對智能機器的看法：智能機器“能夠創建周圍環境的抽象模型，如果遇到問題，能夠從抽象模型中尋找解決方法”。這個定義影響到以後30年智能機器人的研究方向。

1959年德沃爾與美國發明家約瑟夫·英格伯格聯手製造出第一台工業機器人。隨後，成立了世界上第一家機器人製造工廠——Unimation公司。由於英格伯格對工業機器人的研發和宣傳，他也被稱為“工業機器人之父”。

1962年美國AMF公司生產出“VERSTRAN”(意思是萬能搬運),與Unimation公司生產的Unimate一樣成為真正商業化的工業機器人，並出口到世界各國，掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮。

1962年-1963年感測器的應用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的感測器，包括1961年恩斯特採用的觸覺感測器，托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力感測器，而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺感測系統，並在1965年，幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺感測器，能識別並定位積木的機器人系統。

1965年約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研製出Beast機器人。Beast已經能通過聲納系統、光電管等裝置，根據環境校正自己的位置。20世紀60年代中期開始，美國麻省理工學院、斯坦福大學、英國愛丁堡大學等陸續成立了機器人實驗室。美國興起研究第二代帶感測器、“有感覺”的機器人，並向人工智慧進發。

1968年美國斯坦福研究所公布他們研發成功的機器人Shakey。它帶有視覺感測器，能根據人的指令發現並抓取積木，不過控制它的計算機有一個房間那麼大。Shakey可以算是世界第一台智能機器人，拉開了第三代機器人研發的序幕。

1969年日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發出第一台以雙腳走路的機器人。加藤一郎長期致力於研究仿人機器人，被譽為“仿人機器人之父”。日本專家一向以研發仿人機器人和娛樂機器人的技術見長，後來更進一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。

1973年世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作，就誕生了美國CincinnatiMilacron公司的機器人T3。

1978年美國Unimation公司推出通用工業機器人PUMA，這標誌著工業機器人技術已經完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。

1984年英格伯格再推機器人Helpmate，這種機器人能在醫院裡為病人送飯、送葯、送郵件。同年，他還預言：“我要讓機器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全”。

1998年丹麥樂高公司推出機器人(Mind-storms)套件，讓機器人製造變得跟搭積木一樣，相對簡單又能任意拼裝，使機器人開始走入個人世界。

1999年日本索尼公司推出犬型機器人愛寶(AIBO)，當即銷售一空，從此娛樂機器人成為機器人邁進普通家庭的途徑之一。

2002年丹麥iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba，它能避開障礙，自動設計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業化的家用機器人。

2006年6月，微軟公司推出MicrosoftRoboticsStudio，機器人模塊化、平台統一化的趨勢越來越明顯，比爾·蓋茨預言，家用機器人很快將席捲全球。

誕生於科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由於機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創造空間。

操作型機器人：能自動控制，可重複編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用於相關自動化系統中。

程式控制型機器人：按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。

示教再現型機器人：通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重複進行作業。

數控型機器人：不必使機器人動作，通過數值、語言等對機器人進行示教，機器人根據示教后的信息進行作業。

感覺控制型機器人：利用感測器獲取的信息控制機器人的動作。

適應控制型機器人：機器人能適應環境的變化，控制其自身的行動。

學習控制型機器人：機器人能“體會”工作的經驗，具有一定的學習功能，並將所“學”的經驗用於工作中。

我國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類：製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。

空中機器人又叫無人機，近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術進步最大、研究及採購經費投入最多、實戰經驗最豐富的領域。80多年來，世界無人機的發展基本上是以美國為主線向前推進的，無論從技術水平還是無人機的種類和數量來看，美國均居世界之首位。

“別動隊”無人機

縱觀無人機發展的歷史，可以說現代戰爭是推動無人機發展的動力。而無人機對現代戰爭的影響也越來越大。一次和二次世界大戰期間，儘管出現並使用了無人機，但由於技術水平低下，無人機並未發揮重大作用。朝鮮戰爭中美國使用了無人偵察機和攻擊機，不過數量有限。在隨後的越南戰爭、中東戰爭中無人機已成為必不可少的武器系統。而在海灣戰爭、波黑戰爭及科索沃戰爭中無人機更成了主要的偵察機種。

法國“紅隼”無人機

越南戰爭期間美國空軍損失慘重，被擊落飛機2500架，飛行員死亡5000多名，美國國內輿論嘩然。為此美國空軍較多地使用了無人機。如“水牛獵手”無人機在北越上空執行任務2500多次，超低空拍攝照片，損傷率僅4%。AQM-34Q型147火蜂無人機飛行500多次，進行電子竊聽、電台干擾、拋撒金屬箔條及為有人飛機開闢通道等。

高空無人偵察機

在1982年的貝卡谷地之戰中，以色列軍隊通過空中偵察發現。敘利亞在貝卡谷地集中了大量部隊。6月9日，以軍出動美製E-2C“鷹眼”預警飛機對敘軍進行監視，同時每天出動“偵察兵”及“猛犬”等無人機70多架次，對敘軍的防空陣地、機場進行反覆偵察，並將拍攝的圖像傳送給預警飛機和地面指揮部。這樣，以軍準確地查明了敘軍雷達的位置，接著發射“狼”式反雷達導彈，摧毀了敘軍不少的雷達、導彈及自行高炮，迫使敘軍的雷達不敢開機，為以軍有人飛機攻擊目標創造了條件。

鬼怪式無人機

1991年爆發了海灣戰爭，美軍首先面對的一個問題就是要在茫茫的沙海中找到伊拉克隱藏的飛毛腿導彈發射器。如果用有人偵察機，就必須在大漠上空往返飛行，長時間暴露於伊拉克軍隊的高射火力之下，極其危險。為此，無人機成了美軍空中偵察的主力。在整個海灣戰爭期間，“先鋒”無人機是美軍使用最多的無人機種，美軍在海灣地區共部署了6個先鋒無人機連，總共出動了522架次，飛行時間達1640小時。那時，不論白天還是黑夜，每天總有一架先鋒無人機在海灣上空飛行。

為了摧毀伊軍在沿海修築的堅固的防禦工事，2月4日密蘇里號戰艦乘夜駛至近海區，先鋒號無人機由它的甲板上起飛，用紅外偵察儀拍攝了地面目標的圖像並傳送給指揮中心。幾分鐘后，戰艦上的406毫米的艦炮開始轟擊目標，同時無人機不斷地為艦炮進行校射。之後威斯康星號戰艦接替了密蘇里號，如此連續炮轟了三天，使伊軍的炮兵陣地、雷達網、指揮通信樞紐遭到徹底破壞。在海灣戰爭期間，僅從兩艘戰列艦上起飛的先鋒無人機就有151架次，飛行了530多個小時，完成了目標搜索、戰場警戒、海上攔截及海軍炮火支援等任務。

發射Brevel無人機

在海灣戰爭中，先鋒無人機成了美國陸軍部隊的開路先鋒。它為陸軍第7軍進行空中偵察，拍攝了大量的伊軍坦克、指揮中心、及導彈發射陣地的圖像，並傳送給直升機部隊，接著美軍就出動“阿帕奇”攻擊型直升機對目標進行攻擊，必要時還可呼喚炮兵部隊進行火力支援。先鋒機的生存能力很強，在319架次的飛行中，僅有一架被擊中，有4～5架由於電磁干擾而失事。

除美軍外，英、法、加拿大也都出動了無人機。如法國的“幼鹿”師裝備有一個“馬爾特”無人機排。當法軍深入伊境內作戰時，首先派無人機偵察敵情，根據偵察到的情況，法軍躲過了伊軍的坦克及炮兵陣地。

1995年波黑戰爭中，因部隊急需，“捕食者”無人機很快就被運往前線。在北約空襲塞族部隊的補給線、彈藥庫、指揮中心時，“捕食者”發揮了重要的作用。它首先進行偵察，發現目標后引導有人飛機進行攻擊，然後再進行戰果評估。它還為聯合國維和部隊提供波黑境內主要公路上軍車移動的情況，以判斷各方是否遵守了和平協議。美軍因而把“捕食者”稱作“戰場上的低空衛星”。其實衛星只能提供戰場上的瞬間圖像，而無人機可以在戰場上空長時間盤旋逗留，因而能夠提供戰場的連續實時圖像，無人機還比使用衛星便宜得多。

1999年3月24日，以美國為首的北約打著“維護人權”的幌子對南聯盟開始了狂轟濫炸，爆發了震驚世界的“科索沃戰爭”。在持續78天的轟炸過程中，北約共出動飛機3.2萬架次，投入艦艇40多艘，扔下炸彈1.3萬噸，造成了二戰以來歐洲空前的浩劫。

南聯盟多山、多森林的地形以及多陰雨天的氣候條件，大大影響了北約偵察衛星及高空偵察機的偵察效果，塞軍的防空火力又很猛，有人偵察機不敢低飛，致使北約空軍無法識別及攻擊雲層下面的目標。為了減少人員的傷亡，北約大量使用了無人機。科索沃戰爭是世界局部戰爭中使用無人機數量最多、無人機發揮作用最大的戰爭。無人機儘管飛得較慢，飛行高度較低，但它體積小，雷達及紅外特徵較小，隱蔽性好，不易被擊中，適於進行中低空偵察，可以看清衛星及有人偵察機看不清的目標。

在科索沃戰爭中，美國、德國、法國及英國總共出動了6種不同類型的無人機約200多架，它們有：美國空軍的“捕食者”（Predator）、陸軍的“獵人”（Hunter）及海軍的“先鋒”（Pioneer）；德國的CL-289；法國的“紅隼”（Crecerelles）、“獵人”，以及英國的“不死鳥”（Phoenix）等無人機。

無人機在科索沃戰爭中主要完成了以下一些任務：中低空偵察及戰場監視，電子干擾，戰果評估，目標定位，氣象資料搜集，散發傳單以及營救飛行員等。

科索沃戰爭不僅大大提高了無人機在戰爭中的地位，而且引起了各國政府對無人機的重視。美國參議院武裝部隊委員會要求，10年內軍方應準備足夠數量的無人系統，使低空攻擊機中有三分之一是無人機；15年內，地面戰車中應有三分之一是無人系統。這並不是要用無人系統代替飛行員及有人飛機，而是用它們補充有人飛機的能力，以便在高風險的任務中盡量少用飛行員。無人機的發展必將推動現代戰爭理論和無人戰爭體系的發展。

機器警察

所謂地面軍用機器人是指在地面上使用的機器人系統，它們不僅在和平時期可以幫助民警排除炸彈、完成要地保安任務，在戰時還可以代替士兵執行掃雷、偵察和攻擊等各種任務，美、英、德、法、日等國均已研製出多種型號的地面軍用機器人。

一台電腦輸出命令，旁邊的大手臂就開始工作了，那是一個機械臂，彎曲的時候有一米多高，前端有兩個攝像頭，那是它的眼睛。它伸出手，湊上去看了看，找到要卸載的部件的位置，用手旋轉下來，再放到指定的位置。

這是一部工業機器人，剛才模擬的操作是對放射源的裝卸。這部機器人不久將裝石油測井儀器到鑽井平台去工作，替代之前由人工完成的裝卸放射源這項危險的工作。

特種機器人奧秘多

這款機器人，中國航天科工集團北京自動化控制設備研究所的工程師們管它叫FAA-05K，是中國自主研發的首台裝卸放射源機器人，由機械臂系統、末端操作器、定位與迴轉裝置、視覺反饋裝置和操作台等組成，可以滿足在2.5米長、2.5米寬空間內靈活作業的要求，採用圖像識別與末端隨動綜合控制技術的產品，能夠精確完成放射源的安裝過程，而且，經過精心設計的靈巧末端夾持器可以確保夾持可靠，也不會對放射源造成損傷。

研製人員呂翀介紹：“裝卸源機器人是我們應中海油田服務股份有限公司的需求開發的一款特種機器人，能夠滿足測井儀探測放射源裝卸過程無人化的使用需求，避免了對操作人員的健康損害。”

這個看起來簡單的手臂，卻是航天技術的集成，在系統集成技術、自主控制技術、視覺定位系統、高功率密度電機、伺服驅動控制器等方面都有所關聯。

除了石油領域，在煤礦、電網等領域，特種機器人也有大顯身手的地方。面向反恐、偵察、排爆、電站巡檢、煤礦巷道探測等方向，開發了中、小型通用移動機器人產品，融合了航跡推算、路徑跟隨、自主避障等多項導航控制技術。

MGT-20K移動機器人就有這個本領，有履帶還有兩條輔助的手臂，一般遙控玩具車的大小，可適應沙灘、田野、瓦礫、街道等多種路面，具有較強的爬坡、越障能力，上面安裝了航姿系統、GPS、攝像機等多種感測器，可用於日常巡檢，危險環境偵查、搜救和排爆等工作。

智能機器人研究室負責人張新華告訴記者，移動類機器人的模塊化設計使其功能極富可塑性，可以快速實現與已有技術的融合，從而拓展應用領域。比如，將慣性導航定位功能載入在移動類機器人上，就能夠產生一種可以為煤礦坑道提供精確位置信息的小型智能移動機器人，該產品一旦投入應用將為礦難的救援工作提供重要幫助，大大提升救援的準確度。在這個技術條件下，無人汽車也能成為現實，“技術上是完全有條件去做，就是成本問題。”據張新華介紹，單是核心繫統的成本價就有七八十萬元人民幣。

替代人工不含糊

會繞線圈，能打螺絲，會點膠，能焊接……

七八台小型機器人連接成了一個流水線的工作平台，可以廣泛應用於電子部件生產、裝配、包裝等領域。“我所是國內首家實現小型工業機器人系列化的單位。”張新華說。今年已經有一家外資公司定製了30台產品，包括電路板焊錫、印製板點膠、螺釘裝配和印製板切割等類型機器人，用於空調、音響控制面板、電子智能鑰匙等汽車零部件的生產。

張新華和他的團隊開發這一系列小型工業機器人之前去不少工廠調研過，一排排生產線，年齡不大的工人每天重複地同一個簡單的動作，安個螺絲或者點個膠水，你甚至很難捕捉到他們臉上的表情。“這些機器人都能做，而且更熟練，廢品率會更低。”在樣品台上，記者看到了半徑大小不同的銅絲線圈，最細的一個比頭髮絲還細，在一個半徑不足50毫米，長度不足1厘米的線圈上，它能分毫不差地完成900圈的纏繞。

這樣的小型工業機器人，每台售價在25萬元人民幣，壽命在七八年左右，因為是模塊化設計，只要工廠的技術人員稍加培訓就能完成維護和修理。相同性能的機器人在日本的單台售價約合人民幣50萬元，價格上的優勢也確實吸引了一批想引入機器人進行生產的工廠，連年上漲的人力成本以及工業化生產帶來的用工社會問題，讓一些企業有了讓機器人進工廠的想法。“但是考慮到社會就業率問題，估計機器人在中小企業工廠的替代率不會太大。”張新華說，這些工廠引入機器人還都是試探性的態度。

現在的平台還是傳統機器手臂的模樣，下一步要做出仿人上半身的形狀來，再加上兩隻靈巧手，每隻手至少有3個手指，這樣就能執行更加複雜的工作任務。在研究室里，張新華還給記者演示了新研製出的可以同時進行兩項工作任務的雙軸機器人系統。

此外，還有一個可以自動碼垛的大傢伙，它每分鐘可以碼30箱礦泉水，這個機器人是為一家礦泉水公司定製的，之前，這家公司一直用的是進口產品，而採用國產化的設備后，這一項就能讓用戶的機器人採購成本減半、日常應用成本降低60%以上。

這個大傢伙由托盤供給裝置、滾筒輸送線、自動碼垛裝置等6大部分組成，可應用於食品、飲料和礦泉水生產線末端成品箱的搬運、碼垛，碼垛層數可達5～8層，能夠勝任不同規格產品的使用需求。

感覺系統將更豐富靈敏

全球來看，工業機器人的應用領域主要有汽車製造業、汽車零部件、電力電子工業、金屬加工業、塑料製品、飲料、食品等。目前中國市場上已有4．6萬台工業機器人在服役，佔全球總量的4.5%。2004年以來，中國工業機器人市場開始啟動，國內需求強勁，新安裝量年均增長率高達37%。2009年中國工業機器人新安裝量受到金融危機的影響，下降了30%；2010年已強勁恢復，增長了54%；預計2011至2013年新安裝量年均增長率將達到31%。到2013年在中國服役的工業機器人將達到8.5萬台。此外，2012年下半年起，以3D列印、智能機器人為代表的國家產業政策助力產業發展，在全國範圍內出現爆髮式增長。同時，各地機器人產業基地相繼開工，特別是上海、哈爾濱、重慶等地發展迅猛。

“工業機器人在技術和理念上，我們現在一點兒也不比國外差，但問題恰恰是在核心零部件的研發和製造上，這一塊，差距很大，還是基礎工業實力的問題。”張新華在說，“目前，工業機器人技術已日趨成熟，重點在於工業機器人批量生產和建立產業鏈。工業機器人未來的發展方向，主要體現在新型智能製造機器人的創新以及機器人集成應用技術的豐富和發展。”----《人民日報海外版》（2013年09月21日第08版）

在機械機構方面，不同構型和負載的各系列機器人產品研發，向模塊化、可重構方向發展；機器人中的感測器作用日益重要，除採用傳統的位置、速度、加速度等感測器外，應用視覺、力覺等感測器的多信息融合的機器人系統也開始在裝配等領域發揮作用。

在標準化、輕巧型方面，主要注重提高運動速度和運動精度，減輕重量和減少安裝佔用空間，工業機器人功能部件逐步趨於標準化和模塊組合化，以降低製造成本和提高可靠性。

在柔性化、智能化方面，在多品種、小批量生產的柔性製造自動化技術中，特別是應用機器人的自動裝配技術中，要求工業機器人對外部環境和對象物體有自適應能力，即具有較高的智能和更多功能，機器人的智能化是指機器人具有感覺、知覺等，即有很強的檢測功能和判斷功能。而機器人柔性化是指其操作執行任務時，能夠根據任務不同，快速調整機器人組合，並調整末端執行器完成各種各樣的任務。

工業機器人小檔案

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智慧技術制定的原則綱領行動。

1954年，美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，並申請了專利。該專利的要點是藉助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都採用這種控制方式。1959年UNIMATION公司的第一台工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。

我國工業機器人起步於上世紀70年代，90年代初起加速發展，先後研製出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業機器人，並實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業化基地，為我國機器人產業的騰飛奠定了基礎。