机器人技术

机器人学是计算机科学与工程的跨学科分支。机器人技术涉及机器人的设计、建造、操作和使用。机器人技术的目标是设计可以帮助和协助人类的机器。机器人集成了机械工程、电气工程、信息工程、机电一体化、电子学、生物工程、计算机工程、控制工程、软件工程、数学等领域。

机器人技术开发的机器可以替代人类并复制人类行为。机器人可以在许多情况下用于多种用途，但如今许多机器人用于危险环境（包括检查放射性物质、炸弹检测和停用)、制造过程或人类无法生存的地方（例如，在太空、水下、高温下，以及清理和遏制有害物质和辐射）。机器人可以采取任何形式，但有些机器人的外观与人类相似。据称，这有助于机器人接受通常由人执行的某些复制行为。这种机器人试图复制行走、举重、说话、认知或任何其他人类活动。今天的许多机器人都受到大自然的启发，为仿生机器人领域做出了贡献。

某些机器人需要用户输入才能操作，而其他机器人则自主运行。创造可以自主操作的机器人的概念可以追溯到古典时代，但对机器人功能和潜在用途的研究直到20世纪才大幅增长。纵观历史，各种学者、发明家、工程师和技术人员经常假设机器人有朝一日能够模仿人类行为并以类似人类的方式管理任务。今天，随着技术的不断进步，机器人技术是一个快速发展的领域。研究、设计和制造新机器人服务于各种实际目的，无论是在国内、商业还是军事上.许多机器人被设计用于执行对人类有害的工作，例如拆除炸弹、在不稳定的废墟中寻找幸存者以及探索地雷和沉船。机器人技术也用于STEM（科学、技术、工程和数学）作为教学辅助工具。

机器人的种类很多；它们用于许多不同的环境和许多不同的用途。尽管在应用和形式上非常多样化，但在构造方面它们都有三个基本相似之处：

1. 机器人都有某种机械结构、框架、形式或形状，旨在完成特定任务。例如，设计用于穿越重泥土的机器人可能会使用履带式履带。机械方面主要是创作者完成分配任务和处理周围环境物理的解决方案。形式服从功能。
2. 机器人具有为机器提供动力和控制的电气元件。例如，带有履带履带的机器人需要某种动力来移动履带板。这种电力以电力的形式出现，它必须通过电线传输，并来自电池，一个基本的电路。即使是主要从汽油获得动力的汽油动力机器仍然需要电流来启动燃烧过程，这就是为什么大多数汽油动力机器（如汽车）都有电池的原因。机器人的电气方面用于运动（通过电机）、传感（电信号用于测量热量、声音、位置和能量状态等）和操作（机器人需要一定程度的为其电机和传感器提供电能，以启动和执行基本操作）
3. 所有机器人都包含某种程度的计算机编程代码。程序是机器人决定何时或如何做某事的方式。在履带式履带示例中，需要在泥泞道路上移动的机器人可能具有正确的机械结构并从其电池接收正确的电量，但如果没有程序告诉它移动，它不会去任何地方。程序是机器人的核心本质，它可以具有出色的机械和电气构造，但如果它的程序构造不好，它的性能就会很差（或者根本没有性能）。机器人程序分为三种不同类型：远程控制、人工智能和混合。带遥控器的机器人编程有一组预先存在的命令，只有当它接收到来自控制源的信号时才会执行这些命令，通常是带有遥控器的人。将主要由人类命令控制的设备视为属于自动化学科而不是机器人技术可能更合适。使用人工智能的机器人在没有控制源的情况下自行与环境交互，并且可以使用其预先存在的程序确定对遇到的对象和问题的反应。混合是一种编程形式，其中包含AI和RC功能。

随着越来越多的机器人被设计用于特定任务，这种分类方法变得更加相关。例如，许多机器人是为装配工作而设计的，可能不容易适应其他应用。它们被称为“装配机器人”。对于缝焊，一些供应商提供完整的机器人焊接系统，即焊接设备以及其他材料处理设施，如转盘等，作为一个集成单元。这种集成机器人系统被称为“焊接机器人”，尽管其离散的机械手单元可以适应各种任务。一些机器人是专门为重载操作而设计的，被称为“重型机器人”。

当前和潜在的应用包括：

• 军用机器人。
• 工业机器人。机器人越来越多地用于制造业（自1960年代以来）。根据美国机器人工业协会的数据，2016年汽车行业是工业机器人的主要客户，占总销售额的52%。在汽车行业，他们可以占到一半以上的“劳动力”。甚至还有“熄灯”的工厂，比如早在2003年就实现了全自动化的德克萨斯州IBM键盘制造工厂。
• Cobots（协作机器人）。
• 建筑机器人。建筑机器人可以分为三种类型：传统机器人、机械臂和机器人外骨骼。
• 农业机器人（AgRobots）。机器人在农业中的使用与人工智能辅助精准农业和无人机使用的概念密切相关。1996-1998年的研究也证明机器人可以执行放牧任务。
• 各类医疗机器人（如daVinciSurgicalSystem和Hospi）。
• 厨房自动化。厨房自动化的商业示例有Flippy（汉堡）、ZumePizza（比萨）、CafeX（咖啡）、MakrShakr（鸡尾酒）、Frobot（冷冻酸奶）和Sally（沙拉）。家庭示例是Rotimatic（烤面包）和Boris（洗碗机装载）。
• 运动机器人战斗-两个或多个机器人在竞技场中战斗以使对方瘫痪的爱好或体育赛事。这已经从1990年代的一种爱好发展到世界范围内的几部电视剧。
• 清理污染区域，例如有毒废物或核设施。
• 家用机器人。
• 纳米机器人。
• 群机器人。
• 自主无人机。
• 运动场划线。

EU-OSHA起草的一份讨论文件强调了机器人技术的传播如何为职业安全与健康(OSH)带来机遇和挑战。

机器人技术的广泛使用所带来的xxx职业安全与卫生好处应该是替代在不健康或危险环境中工作的人。在太空、国防、安全或核工业，以及物流、维护和检查领域，自主机器人在替代人类工人执行肮脏、枯燥或不安全的任务方面特别有用，从而避免工人暴露于危险物质和条件下，并减少身体、人体工程学和心理社会风险。例如，机器人已经用于执行重复和单调的任务、处理放射性物质或在爆炸性环境中工作。未来，许多其他高度重复、风险或不愉快的任务将由机器人在农业、建筑、运输、医疗保健、消防或清洁服务等各个领域执行。

尽管取得了这些进步，但在未来一段时间内，人类将比机器更适合某些技能，问题是如何实现人类和机器人技能的最佳组合。机器人技术的优势包括具有精确性和可重复性的重型工作，而人类的优势包括创造力、决策能力、灵活性和适应性。这种结合最佳技能的需求导致了协作机器人和人类更紧密地共享一个共同的工作空间，并导致了新方法和标准的发展，以保证“人机融合”的安全性。一些欧洲国家正在将机器人技术纳入其国家计划，并试图促进机器人和操作员之间安全灵活的合作，以提高生产力。例如，德国联邦职业安全与健康研究所(BAuA)每年组织一次以“人机协作”为主题的研讨会。

未来，机器人与人的合作将呈现多样化，机器人自主性增强，人机协作达到全新的形式。当前的方法和技术标准旨在保护员工免受使用协作机器人的风险，必须进行修订。