機器人發展回顧與思索 | 深度解讀

?

機器人發展歷史，圖片來自listosaur.com

撰文 | 王國強、鄧元慧

●

　

●

　

●

回顧機器人的概念產生、技術發展和產業形成的歷史過程，至少給我們帶來了幾點啟示。一是「robot」一詞的出現和被廣泛使用，反映了技術創新中我們應該遵循什麼樣的倫理準則。機器人因為代替人工作而出現，機器人因為要代替人給人們帶來恐懼與不安，技術發展的不確定性要求人們重視技術創新的倫理問題。二是機器人技術的發展歷程反映了技術積累與技術革命之間的關係。機器人技術是一項高級自動化技術，從機械自動化到電氣自動化，再到智能自動化不斷發展的過程，其間的歷次技術革命所帶來的技術創新對自動化成為一門學科都產生了重要影響。三是機器人產業的形成和發展壯大過程反映了國家社會的需求、技術基礎積累和企業創新之間的關係。造成美國機器人產業、日本機器人產業發展不平衡性的重要原因，不是技術的差距而是產業政策的不同。

機器人作為高新技術，其技術和產業發展歷程與世界歷次科技革命和產業變革如影隨形。

機器人常常被譽為「製造業皇冠頂端的明珠」。一方面，機器人是製造業實現數字化、智能化和信息化的重要載體，其研發、製造、應用是衡量一個國家科技創新和高端製造的重要依據；另一方面，機器人技術在社會生活領域的廣泛應用，還催生了可從事修理、運輸、清洗、救援、監護等工作的服務機器人和特種機器人，有望成為第三次工業革命的突破口。因此，當前的德國「工業 4.0」、美國「重振製造業計劃」、日本「再興戰略」，以及我國的「中國製造 2025」等國家創新戰略都把發展機器人作為搶佔技術和市場制高點的重要戰略舉措。機器人作為高新技術，其技術和產業發展歷程與世界歷次科技革命和產業變革如影隨形。

機器人及其概念的誕生

機器人概念的誕生和世界上第一台機器人的問世都是近幾十年的事，然而，人類希望能製造出像人一樣的機器代替自己工作卻有幾千年的歷史。製造出像人一樣的機器既是世界各國文明的不懈追求，也是人類對自身世界的探索。在古代中國文明中，有記載的有黃帝時代發明的「指南車」、西周時期的「伶人」、東周時期魯班的「鵲鳥」、三國時期諸葛亮的「木牛流馬」等自動機械裝置。在其他世界文明中，有公元前 1400 年左右古巴比倫人發明的「漏壺」，公元前 200 年古希臘人發明的「自動機」，中世紀歐洲著名科學家和藝術大師達? 芬奇發明的以齒輪為驅動裝置，可坐可站且頭部會轉動的「機器人」。

?

1773年，瑞士鐘錶匠皮埃爾?雅克德羅父子發明了能寫字和演奏的「玩偶」

?

1801年，法國人雅卡爾發明了提花織布機(Jacquard Loom)

機器人作為高新技術，其技術和產業發展歷程與世界歷次科技革命和產業變革如影隨形。隨著近代科學革命的發生，技術水平更高的「機器人」相繼出現。例如，1738 年法國天才技師戴?沃康松發明的「機器鴨」，1773 年瑞士鐘錶匠皮埃爾? 雅克德羅父子發明的能寫字的「玩偶」。以蒸汽機的發明為標誌的第一次工業革命發生後，1801 年法國人雅卡爾發明了穿孔卡片控制的「自動織機」，1822 年英國人巴貝奇發明了可編程的機器「差分機」，1893 年加拿大人摩爾發明了靠蒸汽驅動行走的「蒸汽人」，1927 年美國西屋公司工程師溫茲利發明了第一個電動機器人「電報箱」。就技術而言，「機器人」完成了從單一的機械動作發展到完成複雜的機械動作，動力裝置也從機械動力發展到電動裝置，並且這種重複性的機械動力裝置被逐漸應用到工廠勞動中。

?

1958年，被譽為機器人之父的美國人約瑟夫?恩格爾伯格創建了世界上第一家機器人公司Unimation

20 世紀中期，隨著大規模工業生產的需求，自動化技術得到了快速發展。1952 年，第一台數控機床誕生；1954 年，美國人喬治? 德沃爾製造出第一台可編程的機器人；

1958 年，被譽為機器人之父的美國人約瑟夫? 恩格爾伯格創建了世界上第一家機器人公司 Unimation，並於 1962 年生產出第一台機器人，機器人的歷史才算真正開始。

機器人概念的誕生和認知過程反映了人們對科學技術的期待與擔憂。英文「機器人」

（robot）

一詞最早出現在 1920 年捷克劇作家卡爾? 卡佩克的劇本

《羅薩姆的萬能機器人》

（ Rossum』s Universal Robots）

中。「robot」一詞源自捷克語「robota」，意為「農奴」。劇中，機器人開始沒有情感，只能按照主人的命令從事繁重的勞動。後來，羅薩姆公司讓

機器人擁有了情感，「覺醒後」的機器人發現了人類的自私、狹隘，於是開始反抗並最終消滅了人類。該劇深刻地預告了機器人的發展對人類社會的悲劇性影響，引起了人們的廣泛關注，機器人的名字由此誕生。因此，從某種意義上講，機器人概念「robot」從一開始就包含了如何處理人與機器人之間的倫理問題。

為了防止機器人傷害人類，美國科幻作家阿西莫夫曾於1940年提出了「機器人三原則」：

（1）

機器人不應傷害人類；

（2）

機器人應服從人類的命令，與第一條違背的命令除外；

（3）

機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。這是給機器人賦予的倫理性綱領，機器人學

術界一直將這個綱領原則作為機器人開發的準則。科幻作家通過自己的創作，反思了科技發展和人類生存空間之間的張力。事實上，當前大家熱議的「社交機器人」、「性愛機器人」等，再次把機器人所涉及的倫理問題拋在人們面前。

機器人概念的誕生和認知過程反映了人們對科學技術的期待與擔憂。

究竟什麼才是機器人？由於機器人概念賦予了人的含義和哲學思考，充滿了想像空間，大家對機器人的概念始終莫衷一是。但是，科學家和學術界需要更加明確的定義。

1967 年，在日本召開的第一屆機器人學術會議，就提出了兩個有代表性的定義。一是森政弘與合

田周平提出的

「機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性 7 個特徵的柔性機器」

。另一個是加藤一郎提出的具有如下 3 個條件的機器稱為機器人：

（1）

具有腦、手、腳等三要素的個體；

（2）

具有非接觸感測器（用眼、耳接受遠方信息）和接觸感測器；

（3）

具有平衡覺和固有覺的感測器。從技術形態上，1981 年美國國家標準局

（NBS）

提出一個世界公認的機器人定義：

一種通過編程可以自動完成操作或移動作用的機器裝置。1987 年，國際標準化組織對工業機器人進行了定義：工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業的可編程操作機。

至此，機器人概念才明確下來。

機器人技術日新月異

技術是累積發展的，它在發展過程中存在著累積效應。機器人作為自動化中高級的綜合技術，經歷了長期的技術積累和革命性的突破。從第一台公認的機器人問世到現代機器人，從技術形態上看可分為三代：第一代是示教再現型機器人，主要是在人的控制下完成自主運動；第二代是具備感覺的機器人，能根據感測器獲得信息，調整狀態完成某項操作；第三代是智能機器人，是通過各種感測器、測量器等來獲取環境信息並自主進行決策完成預定複雜運動。

從 1801 年法國人雅卡爾發明了穿孔卡片控制的「自動織機」，到1959 年第一台工業機器人的誕生，自動化技術的積累長達一個半世紀。18世紀中後期發生了以蒸汽機為代表的第一次技術革命，使歐洲進入了「機器時代」，為機械運動控制提供了力學意義上的技術基礎。瓦特在改進蒸汽機時所發明的離心式調速器是一項重大技術創新突破，可以說開創了機械自動控制的一個新的里程碑。

1801 年法國發明的穿孔卡片控制的「自動織機」，1820年法國發明的第一台成品計算機，1830 年美國發明的凸輪機構的可編程自動機，這些積累使機械自動化技術得到了快速發展。19 世紀初到 20 世紀中期發生了以電力應用為標誌的第二次技術革命，電力電子技術得到了廣泛應用。1892 年美國生產了電力傳動吊車，1898 年美籍發明家特斯拉發明了一艘無線電遙控船。1946 年美國發明的磁性存儲過程式控制制器，開闢了工業設備普遍使用編程式控制制的時代。同年，美國研製成功了第一台大型電子計算機，標誌著數值計算、邏輯推理、記憶存儲技術得到巨大突破，使複雜機械運動的自動控制得到巨大發展。

1948 年，美國數學家維納出版了

《控制論》

一書，為機器人控制奠定了理論基礎。

1952 年，第一台數控機床誕生。可以說，長時間的技術積累和理論儲備，以及主導技術的革命性變化，催生了世界上第一台機器人在美國的誕生。

第三次技術革命快速實現了從第一代機器人到第三代機器人的大幅跨越。第二次世界大戰以後，電子學、數學、控制論、半導體技術、精密機械、電磁學的發展，大大推動了計算機科學技術的進步。例如，1959 年，菲爾克公司研製成功了第一台晶體管計算機；1964 年，IBM 公司推出了第一台 360 系列計算機。以電子計算機的發明和發展為主要標誌的第三次科學技術革命迅速從美國擴展到了歐洲、日本，並在 60 年代達到高潮。1962年，厄恩斯特研製出帶有觸覺感測器的機械手。1965 年，世界上第一個帶有視覺感測器的機器人誕生。1968年，美國斯坦福國家研究所研製的機器人Shakey具備了一定的人工智慧，能夠進行感知、環境建模、行為規劃並執行任務。被當時技術所限，控制Shakey 的計算機體積過於龐大且運算速度緩慢，未能投入實際應用中，但它是世界上第一台智能機器人，具有劃時代的意義。這些機器人又常常被稱為「積木世界」中的活動試驗裝置。

20 世紀 70 年代以後，電子計算機的廣泛應用，建立了用計算機對運動軌跡輔助製圖的演算法和程序，使現代控制技術、感測技術、人工智慧技術進一步發展，第二代機器人也得到

了迅速的發展。1974 年，美國辛辛那提? 米拉克龍公司開發了多關節機器人。1979 年，Unimation 公司又推出了 PUMA 機器人，它是一種多關節、全電機驅動、多 CPU 二級控制的機器人，採用 VAL 專用語言，可配視覺、觸覺、力覺感測器，是當時技術最先進的工業機器人。

20 世紀 80 年代，不同結構、不同控制方法和不同用途的工業機器人在發達國家進入了實用化普及階段。日本把 1980 年稱為「機器人普及元年」，開始在各個領域推廣使用機器

人。感測技術和智能技術的廣泛應用，使智能機器人概念日漸深入人心。

1985 年以後，在日本稱為「智能機器人的時代」。短短 20 年時間，機器人實現了從第一代到第三代的大幅跨越。因此，第三次科技革命也可稱為機器人技術發展的「黃金時代」。

當前，新一輪科技革命蓄勢待發，機器人技術與新一代信息技術、生物技術、新材料技術、感測器技術的融合不斷加快，為智能機器人、仿生機器人以及新一代機器人的誕生與發展打開了大門。

例如，2010 年日本發那科公司推出了第一台學習控制機器人，2014 年日本推出了高模擬人形機器人等。

機器人產業邁入智能化階段

機器人產業與機器人技術是兩個不同的概念，機器人產業的形成除了具有機器人技術系統之外，還需要機器人的製造系統，即具有專門生產機器人的整機、主機元件和配套設備的廠家。因此，機器人產業的形成關鍵在於機器人的製造和機器人的使用結合的緊密程度。從這個意義上講，機器人產業發展劃分為四個階段：產業孕育期、產業形成期、產業發展期和智能化時期。

第一階段產業孕育期為20世紀50 年代至 60 年代，主要發生在美國。從技術發展的角度看，在社會需求刺激下經歷了 100 多年的技術儲備，機器人技術終於在美國實現。但是，從產業發展的角度看，除了技術進步作為產業形成的核心力量之外，機器人企業的誕生和一定數量的從業人員也是必不可少的條件。

機器人產業的形成關鍵在於機器人的製造和機器人的使用結合的緊密程度。

1958 年，世界第一家機器人企業 Unimation 誕生

（1960年被 Condec 公司收購）

，同年，美國機床鑄造公司也研製出了機器人；1962 年，第一台機器人 Unimate 在通用汽車製造廠上線；20 世紀 60 年代中期，美國企業中出現了各種各樣的遙控機械手或稱操作器，能像人手一樣靈活地進行各種作業，使機器人製造有了生產基礎。同時，美國原子能委員會阿爾貢研究所、美國麻省理工學院、斯坦福國際研究所、斯坦福大學等相繼成立了機器人和人工智慧研究室，培養了大批機器人技術從業人員。

另外，美國機器人產業的興起還有其深刻的社會經濟原因：一是 20世紀 30 年代至 50 年代逐步建立起來適應大規模生產的流水生產線，由於其改變周期較長，不適應多種小批量

生產的需要，柔性生產線的概念及試驗性的設計就此誕生；二是市場競爭要求企業提高勞動生產率，自動化生產和機器人生產在當時可提高 30% 的生產率；三是美國老齡化人口增長較快，1960 年已達 34%，而年輕人又不願在高溫或有毒的環境下從事那些單調、重複性的工作。儘管第一台機器人在美國誕生，但是產業發展緩慢。究其原因，主要是美國政府擔心機器人導致就業情況惡化，且當時的機器人結構複雜、造價高，嚇跑了許多使用廠家。日本川崎重工業公司從美國 Unimation公司引進了機器人和機器人技術，建立起生產車間，並於1968年試製出第一台川崎的Unimate 機器人。與此同時，大小工廠競相研製機器人，一時總數達86家之多，形成了日本機器人發展的第一次高潮，為機器人全球產業的形成奠定了基礎。

第二階段產業形成期為 20 世紀70 年代至 80 年代，主要發生在日本。為了使機器人產業穩步發展，1973 年以米本完二為首的一批有識之士發起成立了日本產業用機器人協會，成為製造廠與用戶之間的紐帶。協會通過各種辦法引進國外的先進技術，準確地預測現在和將來的需求與可能，以此為據制定各個時期的發展課題，有組織、有步驟、有計劃地進行研究，逐步建立起從基礎元件到輔機在內的日本機器人工業生產體系。到了1980年，日本已經擁有包括生產固定程序等簡易機器人在內的生產廠家120多家，僅生產高級機器人的廠家就有70家，佔世界這類廠家總數的 40%。工業機器人的年產量達到 19300 台，累計生產台數76700台，佔世界擁有量的70%左右，年產值為 784 億日元，累計產值2339億日元，居世界各國之首，堪稱世界「機器人王國」。日本機器人的廣泛應用使美國政府與企

業對於工業機器人的應用認識有了改變，開始制定機器人重點技術路線，機器人行業的發展集中於航空、核工程、海洋等特殊領域的高級機器人的開發，機器人的主要用戶是政府和軍方。

第三階段產業發展期為 20世紀90年代至21世紀初期。這個時期的機器人產品的主要特徵是研發多樣化和市場全球化。機器人開發範圍不斷擴大，服務機器人、特種機器人進入

研究階段。日本、美國等國在滿足本國需求的同時，不斷向外輸出機器人產品，市場逐步趨於成熟。20 世紀90 年代，日本泡沫經濟破滅，經濟蕭條，於是日本機器人市場逐步向全球市場轉移，海外成為拉動日本機器人產業增長的重要力量，日本出現歷史上第二次機器人熱潮。1996 年，那智不二越公司拓展其機器人業務至切割工具、軸承等領域。2000年，日本本田技研工業株式會社研究出第一代仿人機器人。20 世紀 90 年代後期，美國在語音識別技術、圖像識別和分析領域加緊布局，使美國在機器人軟體領域處於領先地位，推動了機器人向智能化方向發展。1999 年，Intuitive Surgical 公司推出達?芬奇手術機器人。德國、瑞士等國的機器人產業這時也開始形成規模。

第四階段智能化時期為21世紀初期至今。主要特徵是機器人市場穩步增長，智能化成為發展趨勢，工業機器人產業鏈極具優勢。進入 21 世紀後，受到勞動力不足、人口老齡化

等剛性需求的驅動，與人均可支配收入提升和物聯網、大數據、計算機、人機交互等先進技術快速迭代的影響，人們對機器人的需求日益多樣化且要求機器人更加智能化。因此，除了工業機器人，各類服務機器人應運而生，且具有廣闊的發展空間。但是，由於服務機器人的外圍技術未能解決、單位價值高的服務機器人整體技術水平低下、發展速度緩慢等原因，全球服務機器人市場仍然處於起步階段。而工業機器人產業的發展，除2008 年第四季度全球金融風暴導致工業機器人的銷量急劇下滑，直至 2010年全球工業機器人市場逐漸由 2009年的谷底恢復外，全球工業機器人的需求總體穩步增長。特別是 2010 年以來，汽車業投資擺脫了周期性的影響，呈現持續增長態勢，對工業機器人的需求也逐步增加。此外，電子電氣製造、橡塑製品、製藥、食品與飲料以及金屬機械加工等產業的發展，也增加了對工業機器人的需求。國際機器人聯合會

（IFR）

的數據顯示，2015 年全球工業機器人銷量首次突破 24 萬台，其中亞洲銷量約佔全球銷量的 2/3，為 14.4 萬台；歐洲地區為 5 萬台，其中東歐地區銷量增速達到 29%，是全球增長最快的地區之一；北美地區銷量達到 3.4 萬台。中國、韓國、日本、美國和德國的總銷量佔全球銷量的 3/4。中國、美國、韓國、日本、德國、以色列等國是近年工業機器人技術、標準及市場發展較活躍的地區。

我國機器人發展進入頂層

設計階段

20 世紀 70 年代初期我國開始機器人技術研究，80 年代初一些學術組織和相關研究機構相繼成立，並實施國家「863 計劃」。90 年代，國產機器人的商品化基本實現，一批具有自主

知識產權的點焊、弧焊、裝配等產品相繼問世。進入 21世紀後，我國機器人技術及產業得到迅猛發展。「十五」期間國家對機器人發展做出了戰略調整，從單純的機器人技術研發向機器技術與自動化工業裝備展。「十一五」期間重點開展了機器人共性技術的研究。「十二五」期間，重點放在促進機器人產業鏈逐步形成上。「十三五」期間，主要是加強頂層設計。

《中國製造 2025》

把機器人作為重點發展領域，並專門出台

《機器人產業發展規劃（2016—2020 年）》

，機器人的發展成為實現

《中國製造2025》

的關鍵。2015 年舉辦的首屆世界機器人大會，大大提高了我國機器人產業的影響力。但是，我們也要認識到，當前我國機器人核心技術仍受制於人，相關產品質量、性能、可靠性等方面也與國外產品有較大差距，總體的技術水平仍處於前沿跟蹤階段，只在部分特種機器人領域實現並跑。

註：本文經授權轉載自《張江科技評論》，該雜誌主要報道、評價國內外創新性科學技術趨勢、商業價值等核心內容。

作者信息：王國強，中國科協創新戰略研究院研究員，博士，主要研究方向為科技史、科技政策和科技傳播；

鄧元慧，中國科協創新戰略研究院助理研究員，博士，主要研究方向為科技政策。

製版編輯：常春藤

丨

本頁刊發內容未經書面許可禁止轉載及使用

公眾號、報刊等轉載請聯繫授權

copyright@zhishifenzi.com

歡迎轉發至朋友圈

▼點擊查看相關文章

吳瑞獎名單

|超越AI的孩子|HHMI青年學者

|

上帝手術刀

青蒿素

|可燃冰|

西湖

|

農場

|

學術辯

|

日本獎

屠呦呦

|王曉東

|張啟發

|崔維成

|

張鋒

|

楊振寧

|

李佩

盧煜明

|

王小凡

|吳文俊

|袁鈞瑛

|

張純如

|

數學教皇

知識分子

為更好的智趣生活

ID：

The-Intellectual

投稿：

zizaifenxiang@163.com

授權：

copyright@zhishifenzi.com

長按二維碼，關注知識分子

▼

▼

▼

點擊「閱讀原文」，趕快加入科學隊長吧！

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 知識分子 的精彩文章: