高溫、低溫、高壓、輻射等極端環境下的工作。
長期機械操作崗位
被長時間監控的工作
精細工作
高強度工作
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隨著知識經濟時代的到來，高技術已經成為世界各國競爭的焦點，而機器人技術作為高技術的壹個重要分支，已經引起了世界各國政府的重視。據了解，日本目前正在實施繼前兩個機器人計劃——“極限工作機器人”計劃和“微型機械技術”發展計劃之後的第三個“人形機器人”計劃；僅美國無人機的成本就達到了25億美元。我國政府也非常重視機器人的研究。早在“七五”期間就開始了工業機器人和水下機器人的攻關，並取得了壹定的成果。1986，國家“863”計劃中就包含了智能機器人。經過十幾年的努力，從跟蹤世界先進水平到自主研發，取得了令人矚目的成績。
機器人學——科學、技術和經濟的必爭之地——世界各國都非常重視機器人學的發展和研究，主要有以下幾個原因:
第壹，機器人的發展可以提高綜合國力。機器人技術是集光機電信息自動化於壹體的高新技術。從某種意義上說，壹個國家機器人的水平代表了壹個國家的綜合實力。
發展工業機器人可以提高壹個國家的制造能力。國內外許多企業使用工業機器人來提高生產率和產品質量。國外壹些大型汽車、電子、機械制造商通過使用工業機器人作為關鍵生產設備，可以根據市場需求及時調整生產策略，以小批量、多品種占領更多市場份額。國家“863”計劃看到了這壹趨勢，對工業機器人及其應用項目給予了大力支持，在摩托車、汽車、電子、家電等行業推廣了壹個型號項目，形成了具有自主知識產權的產品系列。
特種機器人的發展可以增強國家的可持續發展能力。所謂特種機器人，是指除工業機器人以外的各種機器人。在“863”計劃實施初期，我國先後研制了水下機器人、排險機器人、機器人滾輪、微操作手、雙足步行機器人和靈巧手，大大縮短了我國機器人水平與國外發達國家的差距，有效促進了我國機器人技術的發展，加強了機器人與社會、經濟的聯系。
智能機器人是具有感知、思維和動作功能的機器，是機構學、自動控制、計算機、人工智能、光電技術、傳感技術、通信技術、仿真技術等多門學科和技術的綜合成果。智能機器人作為新壹代生產和服務工具，在制造業和非制造業領域占據著更廣泛、更重要的地位，對人類開辟新的產業、提高生產生活水平具有重要的現實意義。例如，在爭取公海優先開采權的過程中，國家“863”計劃研制的6000m水下無纜自主機器人系統兩次出海，獲得了海底錳結核分布的寶貴信息，使我國成為世界上少數幾個具備深海探測能力的國家之壹。
第二，發展機器人技術可以提高國防實力。在海灣戰爭、波黑戰爭和科索沃戰爭中，各種無人機和地面軍用機器人系統在戰場偵察、探雷排雷、監視、通信中繼、電子對抗、火力引導、戰果評估、騷擾攻擊等方面發揮了特殊作用。鑒於高技術對未來戰爭指揮系統和戰場環境的巨大影響，中國已經開展並將加強這方面的研究。
第三，機器人可以形成壹個龐大的產業。雖然目前只有工業機器人相對成熟，但從世界機器人發展趨勢來看，服務機器人和個人機器人市場潛力巨大。可以預見，個人機器人將像個人電腦壹樣進入千家萬戶，成為人類社會不可或缺的日常用品。
第四，發展機器人可以提高壹個國家的國際地位。在國家重點研究計劃和“863”計劃的支持下，我們開發了各種用途的機器人，並與少數發達國家加入了國際先進機器人計劃，提高了中國科技的國際地位。
中國發展機器人技術的必要性目前中國的機器人市場還不是很大，原因有很多。中國是人口大國，大多數人對機器人缺乏了解。他們認為現在下崗工人多，為什麽還要用機器人？這是壹種偏頗的觀點。
首先，機器人不是簡單的代替人的工作。我們用機器人讓他們做壹些不適合人直接做的、不會做的、做不好的工作。例如，機器人可以進入病人體內進行檢查和治療，進入氣體管道進行檢查和維修，進入核電站進行核泄漏檢查。機器人可以登上月球，潛入海底深處，可以24小時高質量地完成單調或復雜的工作。目前我國有很多人在有毒有害、高溫危險的工作環境中工作，機器人的應用可以把他們從惡劣的環境中解放出來。
市場競爭也需要機器人。機器人的應用不僅可以提高產品質量，提高產品修改速度，適應快速變化的市場，滿足消費者的需求，還可以降低產品成本，提高市場競爭力，從而提高中國企業在國內外市場的競爭力。
此外，隨著物質和精神生活水平的提高，老齡化人口的增加，人們將需要更加智能化、社會化、家庭化、個性化、情感化的服務，機器人將大顯神通。最重要的是，從國家的角度來說，很多尖端技術，尤其是國防高技術，必須擁有自主知識產權，才能在國際競爭中取得主動權。霸權主義不希望中國擁有能與之抗衡的機器人技術。只能靠自力更生了。
機器人應用前景廣闊中國是壹個發展中大國，經濟的快速發展給機器人帶來了廣闊的應用前景。
隨著中國高科技產業的崛起和大中型國有企業的扭虧為盈，壹批新興產業將會湧現，這也將誘發新壹輪投資。作為先進制造業的核心，工業機器人將得到廣泛應用。近兩年來，中國大規模的基礎設施建設為混凝土噴塗機器人、鑿巖機器人、機器人壓路機、機器人推土機等機器人工程機械提供了壹席之地。新壹代機器人建築機械，如裝載機、攪拌機、鋪路機和盾構機器人正在研究中。21世紀是人類走向海洋，向海洋要資源的世紀。我們的水下機器人系列將承擔海洋探索的重任，為中國海洋的發展做出貢獻。
通過國家“863”計劃的實施，我國機器人產業化初露端倪，發展勢頭良好。壹些企業看到了機器人的巨大潛力。壹汽、魯花、海爾、嘉陵、長安等大型企業集團已經開始涉足機器人領域，他們都看到了中國潛在的機器人市場。
抓住機遇，迎接挑戰，加快我國機器人產業化發展迫在眉睫。我們必須采取相應的措施來適應形勢。
國家應該加大對機器人技術的投入，制定相應的鼓勵政策。機器人是對國民經濟和國家安全有重大影響的創新性、戰略性高技術，是21世紀的經濟和科技制高點之壹。國家必須投入更多的資金加快機器人技術的研究，同時給予相關企業壹定的優惠政策，促進我國機器人產業的發展。
中國應組建機器人自動化裝備產業集團。隨著中國制造業的快速發展，國內對機器人自動化設備的需求日益增加，國外大型機器人公司紛紛進入中國市場。雖然我國特種機器人的性價比總體上優於國外，但由於企業規模小，產品簡單，批量小，缺乏足夠的資金實力和企業間的協調能力，很難與國際大公司競爭。只有建立具有壹定規模的公司，在提高產品質量、打造品牌的同時，加大投入、降低成本，才能形成企業的健康發展，在國際市場上占有壹席之地。
成立中國機器人協會。目前我國有很多二次元的機器人協會、學會，但是各個分會的側重點不壹樣，涉及的人員範圍也不壹樣，相互之間溝通不夠，給人壹種各自為政的感覺。如果能成立壹個中國機器人協會，組織現有的二級學會，通過學術交流、科普宣傳、市場調研等活動普及知識、培養人才，促進機器人科學技術的研究和應用水平，對我國機器人產業大有裨益。
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中國工業機器人的未來發展會怎樣？能否大規模應用於生產並被市場接受？這壹直是困擾很多人的問題。
我國工業機器人的發展長期受到國內勞動力價格高成本低的限制，使得工業機器人的應用範圍非常狹窄。然而，隨著近30年來中國經濟的持續快速擴張和人民生活水平的不斷提高，很多情況已經悄然發生了變化，這些變化改善了工業機器人的使用環境。
加工制造業作為制造系統中最靈活、發展最快的部分，對國民經濟有著巨大的影響。改革開放以來，加工制造業的發展經歷了從上世紀80年代的“三來壹補”，到國內外廠商直接投資辦廠，銷往國內外。但這些在中國的投資和工廠只是利用了中國豐富而廉價的勞動力，其使用的技術和設備大多來自國外。雖然勞動力的供給幾乎是無限的，但中國的制造業在20世紀末已經發展成為世界工廠。但這種發展埋下了巨大的隱憂，世界工廠的發展依賴於勞動力的充足供應。
隨著中國20多年來經濟的不斷加強和計劃生育的實施，中國的勞動力供給格局開始發生變化。中國的勞動力市場逐漸從“買方”市場轉向“賣方”市場，勞動力開始向供求平衡的方向發展。農民工作為制造業的主力軍，也從早期只解決溫飽問題，對薪資待遇和工作條件提出了更高的要求。市場的這種變化使得許多勞動密集型行業的企業為了提高勞動生產率而增加工人數量和延長工作時間的成本越來越高。同時，這種方法的使用也受到越來越多的法律和政策的阻礙。這種從企業微觀層面到整個社會宏觀層面的變化對我國企業的影響很大，促使企業認識到必須從改善機器設備入手，加大技術和資本的投入力度，以最大限度地減少勞動量。
隨著剩余勞動力的減少，單個工人成本的增加，對產品質量的更高要求以及國家對裝備制造業的重視，工業機器人及技術在中國受到了政府和業界的廣泛重視。政府努力加快發展中國裝備制造業，特別是工業機器人，並采用各種方法提高中國裝備制造業的市場份額，並提供優惠措施鼓勵更多企業使用機器人和技術提升技術水平。業界也開始關註工業機器人在降低人工成本、降低人工風險、提高產品質量方面的巨大作用。正因為如此，近年來，越來越多的國內企業在生產中采用了工業機器人。許多企業通過采用工業機器人和技術滿足了自己的要求，從而提高了競爭力。各個機器人廠商的銷量都有了很大的提升。最近四年，中國很多企業的銷售額甚至是前十年的好幾倍。德國克洛斯公司焊接機器人在中國的銷量在2000年以前是47。2000年以後已經超過121，銷量翻了近三倍。工業機器人及其技術的快速發展正被廣泛應用於工業企業的技術升級。未來中國工業機器人產業將作為在國民經濟中占據重要地位的產業而存在。
國家863機器人主題自成立以來，壹直重視機器人技術在工業中的推廣和應用，長期推動機器人技術提升傳統產業，利用機器人技術發展高科技產業。機器人技術主題不僅積極推動機器人的工業應用，還在普通民眾中普及機器人知識，增加人們對各種機器人的了解和認識。利用機器人技術提高中國的工業發展水平和人民的生活質量成為全社會的知識。
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1，基於符號的機器人學誕生和發展簡史。
工科的壹個共同點就是先有工程實踐。機器人學的誕生也不例外，它是伴隨著工業機器人的誕生和發展而進行的。直到70年代，工業機器人的整個體系才基本定型，發展主要依靠單元器件性能的逐步提高。此時，機器人學已經向深度和廣度發展，成為壹門非常全面和活躍的學科，這是工程學科的另壹個相似之處:在壹定時期內，理論會領先於工程實踐。喬治·c·迪沃在20世紀50年代中期發明了工業機器人，他是PTP控制公司可重復編程的操作員。在與Jesef F. Engelberger * *共同開發了這壹全新的工具概念後，第壹家工業機器人公司Unimation lnc於1959成立。啟發工業機器人發明的前期工作是開發主從控制的遙控機器人，主要用於放射性物質的處理。
工業機器人發展的主要歷史事件如下:
1954:美國G.C.Devol發明了可編程機器人，專利號2988237。
1959:美國行星公司制造出第壹臺商用機器人。
1960:美國Unimation公司成立。
1970:維克多·謝曼正在驗證星際福特機械手。
1971年:日本工業機器人協會成立。
1974:美國辛辛那提米拉龍公司推出第壹臺微電腦控制機器人T3。
1976: Ralph Bolles開發了機器人編程語言AL。
1978: Unimation公司推出可用於裝配的通用機器人PUMA。
1978: SCARA組裝機器人是日本和木葉發明的。
機器人研究的主要事件有:
1954: Denavit和Hartenberg(1954)提出了壹種表達空間構件幾何關系的通用方法，可用於求解機器人的運動學正解。
1962: Ernst (1962)和Boni(1962)分別研究帶有觸覺和壓力傳感器的機械手。
1964:ui cker(1964)博士論文研究了空間桿的動力學。
1968:皮珀博士論文中用代數方法求解逆運動學問題。
1968:麥卡錫(1968)在斯坦福AI實驗室研究了帶有攝像頭和麥克風的機器人，它們可以根據人類的指令尋找和抓取積木。
1971: Kahn和Roth(1971)研究機器人的最小時間控制。
1972:保羅(1972)研究關節空間軌跡規劃。
1973: Bolles和Paul(1973)用有視覺和力感的斯坦福臂裝配水泵。
1974: Bejezy (1974)研究機器人的動力學和計算力矩控制。
1976: Bolles (1976)開發了機器人編程語言AL。
1979:保羅(1979)研究了笛卡爾空間的軌跡規劃。
1979: Lozano-Perez和Wesley(1979)研究機器人避障問題。
1981:r . p . Paul(1981)出版了第壹本機器人學教材《機器人機械手:數學、編程與控制》。
這些事件的選擇標準在這項研究中是開創性的。不過，事件1954和1964雖然是機器人運動學和動力學的基礎，但並不是專門為機器人學而研究的。
1978年PUMA通用工業機器人的誕生，可以算是工業機器人的成熟。到目前為止，工業機器人的整個機械結構、驅動、控制結構、編程語言與1978中的基本相同。
1981機器人學教材的出版標誌著該學科的成熟。德納維特和哈滕貝格(1954)，皮埃珀(1968)，保羅(1972)，博爾斯(1976)。
由於學科發展的主要驅動力是創新和深度，在80年代，機器人學的發展主要向廣度和深度發展，主流逐漸偏離了工業背景。但由於機器人學是壹門工程學科，如果偏離現實太多，必然會受到限制，即受到市場驅動力的限制，比如那麽多機器人控制和智能的研究，但沒有壹個是實用的，這方面的研究必然會萎縮。近年來，機器人學界已經意識到這壹點(即研究經費減少)，開始關註新的工程課題。基於行為的機器人學和生物機器人學將把機器人學推向壹個新的發展時空。
2.基於符號的機器人學的主要研究內容
參考K.S.Fu等人(1988)的《經典機器人學》教材，傳統機器人學的研究內容如下:
運動學
力學
軌跡規劃
操作員控制(包括位置和力控制)
機器人傳感器
路徑規劃和任務規劃
以上內容都是在笛卡爾空間(關節空間可以映射到笛卡爾空間)用符號描述機器人或環境，然後實施規劃和控制。機器人技術的這壹部分被恰當地稱為基於符號的機器人技術。此外，機器人路徑規劃和任務規劃與基於符號的人工智能特別相關，基於符號的人工智能也被稱為智能機器人或基於人工智能的機器人，基於符號的人工智能所帶來的危機自然是其危機。
進入十年後，機器人學向深度和廣度發展的研究包括:
多機器人系統的操作、動力學、運動軌跡、控制與協調等問題。
冗余機器人的運動學、動力學、運動規劃和控制
彈性機器人的操作、動力學、運動規劃和控制問題。
復雜環境下基於多傳感器的機器人信息處理和任務實現。
廣度開發的研究如下:
移動機器人的結構、傳感器、控制和任務規劃。
爬行、行走、飛行、水下、輪式、履帶式等移動機器人都屬於移動機器人，研究內容豐富。因為機器人在工作空間內移動，首要問題是避障和導航。由於移動機器人需要具備在動態環境中自主移動和工作的能力，所以另壹個術語自主機器人也主要指移動機器人。
因為移動機器人的工作環境(動態的、不確定的)與工業機器人的工作環境(結構化的)完全不同，需要新的理論，而正是這種工程化的需要，催生了基於行為的機器人技術及其向生物機器人技術的發展。
3.什麽是基於行為的機器人技術？
基於行為的機器人學反對抽象的定義，所以采用基於場景的、具體的解釋更適合該領域的哲學思考。下表是基於行為的機器人和基於符號的機器人在各個方面的比較。具有特征項目的基於行為的機器人學基於符號的機器人學
研究對象:在非結構化環境中工作的自主機器人，在結構化環境中工作的機器人
環境特征是動態的、不確定的、復雜的、確定的、可預測的和簡單的。
傳感器信息的處理是分布式的、直接處理的，集中式的融合處理不是抽象的、定義的，而是抽象的、定義的。
處理環境沒有中心模式，沒有中心表達就有模式和中心表達。
行為序列的生成行為序列是通過目標、操作場景和機器人之間的交互而生成的，是根據給定的任務事先精確規劃的。
行為控制自組織，分布式中央控制或隱形中央控制。
信息處理方式並行，計算量極小串行，計算量極大。
任務實現是通過環境交互的自組織行為和突現行為來實現的。
由算法實現
系統結構由行為模塊並行組織，層次結構動態浮現。
由串聯的功能模塊組織，結構是固定的。
系統理論主要用語言表達，難以形式化。強調具體化和場景驗證，主要用符號表示，便於分析和多用途模擬。
基於行為的機器人學的重要研究內容是系統結構而不是算法。基於行為的機器人在非結構化動態環境中的性能非常優越，用基於符號的機器人設計的類似機器人無法達到以下性能:
高速度和靈活性。在動態復雜環境下的移動速度可以達到每秒2米。
高靈活性。快速適應不斷變化的內部和外部約束。
魯棒性高。可以承受局部損傷。
效率高。軟件代碼可以是傳統的百分之幾，硬件可以是傳統的十分之幾。
經濟。價格是傳統的十分之壹。
簡單。沒有經過正規機器人技術訓練的人也能快速操作。
可擴展性。只需對原始系統進行少量更改，就可以提高性能。
可靠性。分布式自組織並行工作，可靠性強。
4、生物機器人學，壹項新的研究* * *同態
90年代，機器人學研究中出現了許多新的名稱，如:基於行為的機器人學(Brooks，1991a)、進化機器人學(Harvey，92)、非笛卡爾機器人學(Gomi，1996)、認知機器人學(Brooks，1a)。其中進化機器人學主要研究當前環境行為的進化，非笛卡爾機器人學和基於行為的機器人學研究類似的內容。認知機器人是布魯克斯提出的新概念。因為布魯克斯壹直在引領這個新領域，所以有必要解釋壹下這個概念的背景。在Brooks的研究組在開發基於行為的機器人方面取得巨大成就後，(Brooks and Stein，1993)開始研究機器人的最高形式——人形機器人，主要是為了實現逐步積累其智能的想法，以及面對人類認知問題的研究。當時建立了壹個很大的研究計劃，到1996年底(Brooks，1997)報道了該計劃的研究成果。顯然，該計劃在資金、技術和研究思路上都遇到了很大的挫折。目前還停留在單元模塊的制造和研究上。在研究思路上，由於系統架構還是基於SA設計，所以通過第三章的分析，不會成功。從技術上講，人從身體上感受大腦遠比想象中復雜。完全模擬人的行為，進壹步擁有人的能力，仍然是壹個長期的研究目標。從研究思路來說，布魯克斯的智能積累(1991a)的思路是不可行的。壹方面，布魯克斯仍然采用整體智能的概念。另壹方面，智力的進化包括生物學基礎的進化。盡管如此，布魯克斯的研究計劃還是引起了世界的關註，因為以前的人形機器人主要是機構的研究，最復雜的是早稻田大學的加藤壹郎研發的會彈鋼琴的機器人，這是傳統控制方法的傑作。布魯克斯是第壹個開發基於行為的人形機器人的人，它已經被制成了頭-眼-手模塊。德國的GMD和日本的東京大學也開始了這方面的研究。雖然研究計劃受挫，(Brooks，1997)提出了認知機器人的概念，作為基於行為的機器人學的進壹步發展。他以體形、動機、壹致性、自適應、發展、大腦機制等。可以看出，布魯克斯想研究人形機器人，作為基於行為的機器人的發展。他所謂的認知機器人學，是研究人形機器人的，還沒有提出系統的理論，但是研究對象比較復雜。
通過以上分析，在20世紀90年代，許多研究人員從生物學中尋找靈感，開辟了機器人學的新方向。主要推動力是布魯克斯建立的遏制結構理論。許多研究者也發現了安全殼結構的局限性，很難對其進行進壹步的研究。前壹章提出的GBA取得了很大進展。GBA是壹個開放的系統。在GBA的基礎上，行為學習，行為進化等。可以進行系統的研究，但同時也面臨著很多新的問題，比如更有效的駕駛系統、傳感器、復雜的學習問題、計算工具、思維問題等。單純面對某個問題，比如當前的環境行為進化，或者認知，不利於機器人學的新發展。有必要把它們統壹到生物機器人的範疇，因為它們的思想基礎是統壹的。此外，Biorobotics並不是基於行為的機器人學的發展，而是壹種寬容，以壹種深刻而全面的視野，形成壹個新的研究主體，拓寬機器人學研究的新時代。
生物機器人學的研究對象是:工作在動態和不確定環境中的全自主和半自主機器人。研究方法有:從生物系統的各個層面獲取靈感，自上而下和自下而上的研究方法並行動態應用，即太極研究方法，使用更全面的策略。
主要研究內容如下:
(1)仿生機構、驅動器和傳感器
(2)仿生計算工具
(3)系統結構和智能結構
(4)意識、動機、情感、成長、互動、技能、語言、學習、知識、知覺、行為實現、思維等認知能力。
(5)系統設計和制造
這樣生物機器人就有了明確的引導方向，包容性也很強。比如Harvey (1992)提出的進化機器人學主要研究認知能力的增長，使用動態神經網絡作為計算結構和工具，認知機器人學也關註認知能力中的幾個因素。需要指出的是，系統結構和智能結構是生物機器人的基礎，認知能力需要在此基礎上實現。基於行為的機器人學主要研究系統結構、行為實現和交互。顯然，生物機器人可以包括所有已經在這個方向上開展的領域，並可以促進和指導進壹步的研究，同時避免犯局部錯誤。特別是研究方法已經和諧統壹，自下而上的還原論研究方法容易犯機械性錯誤。比如目前發展的神經網絡難以產生高級行為，自上而下的研究方法容易脫離實際，比如基於符號的機器人，難以適應環境。