當代機器人
娛樂用機器人
**當代機器人 Robot**
機器人(英語:Robot)包括一切類比人類行為或思想與類比其他生物的機械(如機器狗,機器貓等)。狹義上對機器人的定義還有很多分類法及爭議,有些電腦程式甚至也被稱為機器人。在當代工業中,機器人指能自動執行任務的人造機器裝置,用以取代或協助人類工作,一般會是機電裝置,由電腦程式或是電子電路控制。
機器人的範圍很廣,可以是自主或是半自主的,可以從本田技研工業的ASIMO或是TOSY的TOPIO等擬人機器人到工業機器人,也包括多台一起動作的群機器人,其至是奈米機器人。藉由模仿逼真的外觀及自動化的動作,理想中的高仿真機器人是進階整合控制論、機械電子、電腦與人工智慧、材料學和仿生學的產物,目前科學界正在向此方向研究開發。有關機器人的話題,常見於科幻作品中。
本田的概念機器人ASIMO,一般只用在展示場合,同類型的人型機器還沒有很大的銷售量,甚至沒有能力量產。
機器人學是有關機器人設計、組裝、運作及應用的技術研究,以及控制機器人的電腦系統、感測器回授以及資訊處理等。機器人可以代替人類在一些危險的環境或是製造程式中工作,或是在外貌、行為或認知上取代人類。許多機器的概念都來自自然界,因此有仿生機器人學的出現。
在工業時代機械技術提昇後,像自動化裝置、遙控甚至無線遙控也日益成熟,電子學的進展成為機器人發展的動力。第一個電子式自動機是於1948年在英國的布里斯托由William Grey Walter發明,第一個數位化,由電腦控制的自動機是在1954年由George Devol發明,命名為Unimate,後續在1961年賣給奇異電氣,用在紐澤西州的工廠中,用來將壓鑄裝置中的熱金屬上移。
機器人可以作一些重複性高或是危險,人類不想做的工作,也可以做一些因為尺寸限制,人類無法作的工作,甚至是像外太空或是深海中,不適人類生存的環境。
社會上對越來越多的機器人及其角色有些疑慮,機器人因為在越來越多方面可以取代人類,因此被認為是增加失業人口的主因之一。戰爭中使用的機器人也有道德上的疑慮。機器人自主的可能性及其影響是科幻小說的主題之一。
目前能購買到的,通常以這種簡單的清掃機器人為主,儘管不是很普及且昂貴,但近年視覺辨識方面卻已經有了不少進展,使得產品逐漸變得更實用。
詞源
機器人(自動控制機器)一詞,最早出現在西元1920年捷克科幻作家恰配克的《羅索姆的萬能機器人》中,原文作「Robota」,後來成為西文中通行的「Robot」。但是,作品中登場的並非金屬製的機械,而是將原生質以化學合成製作,具有類似人類外形的人造人,即現在SF作品中的人形機器人,其概念來自泥人傳說。
1967年日本科學家森政弘與合田周平提出:「機器人是一種具有移動性、個體性、智慧型性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特徵的柔性機器。」
中文將robot譯為「機器人」,但實際上robot並不一定為人形,無論形狀,只要滿足定義,皆可被稱為「機器人」,而若要專門指代人形的機器人,則被稱為「android」,即人形機器人,又稱安卓。
機器人展
2008年底東京消防廳引進了市面第一台雙臂式作業機
送餐機器人
當代應用機器人
現今,對人類來說,太髒太累、太危險、太精細、太粗重或太反覆無聊的工作,常常由機器人代勞。從事製造業的工廠裡的生產線就應用了很多工業機器人,其他應用領域還包括:射出成型業、建築業、石油鑽探、礦石開採、太空探索、水下探索、毒害物質清理、搜救、醫學、軍事領域等。
工業機器人
指由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統和傳感裝置構成的一種仿人操作、自動控制、可重複編程、能在三維空間完成各種作業的光機電一體化生產裝置,特別適合於多品種、變批次的彈性製造系統。
一個工業機器人可以僅包括一個感覺與動作之間的連結,而且這個連結不是由人手動操控的。機器人的動作也許是電動機或是驅動器(也稱效應器)移動一隻手臂,張開或關閉一個夾子的動作。此種直接而詳盡的控制跟回饋也許是由在外部或是嵌入式的電腦或是微控制器上運行的程式提供。根據這個定義,所有的自動裝置都算機器人。 工業機器人可直接接受人類指令,也可以執行預先編排的程式,也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。
工業機器人發展現狀方面, 2007年全球共新安裝工業機器人114,514台,較2006年新安裝的111,052台,上升了3%上下。截至2007年底,全球工業機器人保有量已達到了995,000台。2007年,亞洲及美洲工業機器人的裝配量明顯上升,汽車工業以及電子電器行業的發展是上述地區工業機器人裝配量強勁增長的主要因素。此外,化工領域用工業機器人的需求量也迅速上升。
焊接機器人
焊接機器人是工業機器人的最常見類型,常用於汽車製造機械流水線的規模化製造中,汽車車身和其他採用焊接工藝的部件的焊接。
塗裝機器人
塗裝機器人亦是工業機器人的最常見類型,常用於汽車車身塗上烤漆。
戰鬥機器人
戰鬥機器人研發方面走在前列的國家包括美國與以色列,如果不將全球各種正在服役的無人飛機包含在內的話,比較典型的案例有DRDO(Defence Research and Development Organisation)公司Daksh,iRobot公司的PackBot,福斯特-米勒公司的「魔爪」,以色列USV(Unmanned Security Vehicle)公司的Guardium,韓國三星公司的SGR-A1等。
目前戰鬥機器人已經被應用於阿富汗,巴以衝突等局部戰爭中,比較常見的任務包括偵察,排雷等,這種機器人往往非常靈活,可以穿越複雜地形,如美國波士頓公司的BigDog和阿特拉斯,部分型號的機器人裝備了機槍等攻擊性武器。
科研機器人
通常用於探索人類難以安全接近或根本無法到達的地方。有水下機器人、地外探測機器人(勇氣號、機遇號)、洞穴/密室探索機器人、火山研究機器人、太空探索機器人、旋翼無人機[8]等等類型。
人類體機器人(半機器人)
有些人類會通過手術、將自己的意識輸入進電腦等方式改造成為機器人,用於維護治安、軍事戰鬥等用途 寵物、玩偶類機器人 機器人也可以作為娛樂玩具用途,甚至成為人類生活的寵物和伴侶。台灣極趣科技股份有限公司推出的「BeRobot人型機器人」[9] 以及日本索尼公司推出的「Aibo」機器寵物就是實際案例。有些日本的地區已經使用了接待用的兒童體型機器人。
電影星球大戰中的機器人——R2-D2和C-3PO
動漫、遊戲等流行文化中的機器人
在青少年流行文化中,機器人題材自幾十年前就開始在世界範圍內盛行。《鐵臂阿童木》、《哆啦A夢》、《變形金剛》、《機動戰士高達》等機器人動畫將此題材推向高峰。 這些作品通常將機器人描畫為具有人類軀幹特徵(甚至感情)的金屬人,並以其強勁的能力作戰。
2005年日本世界博覽會愛知縣展出的女性人型機器人
人型機器人
有些機器人被開發出來純粹是以模仿真人作為目的,這些模仿既可以是外觀與動作行為上,又可以是思想感情上的。理論上講,要做出外觀、行為、思想都非常接近真人的機器人,在目前還有不可跨越的技術難度,但在未來並不是不可能的事。而如何利用及控制那類高仿真機器人,它們與人類關係又將如何,早已成為科幻界一個長期話題。
2001年,美國麻省理工學院研發了世界上第一個有類比感情的機器人。
機器人和社會
2007年時機器人中有大約一半是在亞洲、32%在歐洲、16%在北美、1%在澳大拉西亞,1%在非洲,當時世界上40%的機器人在日本,因此讓日本成為世界機器人最多的國家。
擬人機器人TOPIO在2009年的世界機器人博覽會中打桌球
自主及道德問題 - 機械倫理學
隨著機器人越來越複雜,專家及學者開始關注機器人的行為需符合哪一種倫理學,以及哪一種機器人有資格擁有社會、文化、道德或是法律上的權利。有一些科學組織宣稱在2019年可能就會有機器人的大腦。其他人預測機器人的智慧型在2050會有突破性的進展。最近的進展已經讓機器人的行為變成更加複雜。2010年有一部名為《插頭與禱告》的紀錄片,其中一個主題就是智慧型機器人對社會的衝擊。
弗諾·文奇認為有一天電腦和機器人會比人更聰明,他稱之為「奇異點」。他認為那時對人類會有某種程度的危險,也可能相當危險,在一種稱為奇點主義的哲學中會探討這個議題。
戰爭機器人
有些專家及學者質疑在戰爭中是否可以使用機器人,特別是有自主功能的機器人。也有一些關注是有關可以讓軍事機器人受另一個機器人控制的技術。美國海軍資助的一個計劃提出,隨著軍事機器人越來越複雜,應該更重視其能力對作出自主決定的影響。有一個研究者認為自主機器人會更加有人性,因此可以更有效的作決定,但也有研究者質疑上述的想法。
和失業的關係
工業機器人的引進有可能會和失業有關,像台灣廠商富士康在2011年7月起就提出一個三年計劃,要用更多的機器人代替工廠的人力。當時工廠有使用一萬台機器人,但在三年後要增加到一百萬台。
世界機器人博覽會
世界機器人博覽會(IREX)是世界上最大的機器人貿易展覽會,第一次是在1973年在日本東京舉行,之後每二年舉行一次。
艾西莫夫機器人三定律
科幻小說中對機器人行為的描述,以科幻小說家以薩·艾西莫夫在小說《我,機器人》中所訂立的「機器人三定律」最為著名。 艾西莫夫為機器人提出的三條「定律」(law),程式上規定所有機器人必須遵守:
第一法則:機器人不得傷害人類,且確保人類不受傷害;
第二法則:在不違背第一法則的前提下,機器人必須服從人類的命令;
第三法則:在不違背第一及第二法則的前提下,機器人必須保護自己。
「機器人三定律」的目的是為了保護人類不受傷害,但艾西莫夫在小說中也探討了在不違反三定律的前提下傷害人類的可能性,甚至在小說中不斷地挑戰這三定律,在看起來完美的定律中找到許多漏洞。在現實中,「三定律」成為機械倫理學的基礎。
想像中的機器人叛變人類
**專家預言2021年,智能機器人將監督工業機器人工作?!**
雖然全球排名前兩大的工業機器人購買國是中國與韓國,2016年市場增長率最高的則是中國與美國,單位銷售量分別成長27%與14%;其次為日本市場與韓國市場,增長率為10%與8%;排名全球第五大工業機器人市場的德國則銷售表現持平。
會幫我們吸地板、在公共場所擔任導引員或是拆除炸彈的機器人可能感覺比較有趣,但那些負責組裝汽車以及在工廠生產在線幫忙拾取物品的機器人,在整體價值上要高得多,而且也有越來越多的工/商業或消費性應用產品是由這種機器人製造出來。
有一些最近發表的工業機器人趨勢研究報告指出,在亞洲市場、特別是電子製造業,對於工業機器人的需求不斷成長;而預期在接下來幾年,技術進展將使得這些機器人具備更多能力。例如德國的國際機器人協會(International Federation of Robotics,IFR)發布之2017年工業機器人市場報告指出,工業機器人單位銷售量在2011至2016年的平均年增長率為12%,在2016年則較2015年增長16%。
從區域市場來看,亞洲仍是全球工業機器人市場中成長最快的,2016年單位銷售量成長19%,同期間歐洲與美洲市場則分別成長12%與8%;2016年度全球工業機器人銷售金額為131億美元。中國數年來一直是全球最大的工業機器人市場,在2011年到2016年之間每年平均成長率為31%。
雖然全球排名前兩大的工業機器人購買國是中國與韓國,2016年市場增長率最高的則是中國與美國,單位銷售量分別成長27%與14%;其次為日本市場與韓國市場,增長率為10%與8%;排名全球第五大工業機器人市場的德國則銷售表現持平。上述五個國家總計佔據2016年全球工業機器人銷售量的74%。
全球前十五大工業機器人市場(來源:IFR)
從應用來看,汽車製造(市佔率35%)與電氣/電子製造(市佔率31%)一直是兩個最大的工業機器人應用領域。而相較於汽車製造應用在2016年僅6%的成長率,電氣/電子製造應用在過去幾年迅速成長,工業機器人單位銷售量自2015年來達到了41%的增長水平;在大多數亞洲市場,電氣/電子製造也是最大的工業機器人應用領域。
汽車製造是工業機器人最大應用領域(來源:IFR)
而IFR的報告也指出,只看特定市場的整體工業機器人單位銷售量數字、忽略每個區域市場/國家的製造業規模,很有可能會被誤導;為了提供更精確的分析,該機構還統計了製造業每1萬個從業人員中的工業機器人密度──該數字在2016年的全球平均值為74。
以區域市場來看,歐洲的工業機器人密度最高、達99,其次則為美洲的84、亞洲的63。以國家看,韓國的機器人密度最高、達631,其次為新加坡的488、德國的309、日本的303、美國的189以及中國的68。
各國製造業每萬名從業人員的機器人數量(來源:IFR)
考慮中國的機器人採購總量,其機器人密度看起來偏低,該數字與2013年的25相較已經有大幅成長;不過中國要實現“中國製造2025”的先進製造目標,看來還有一段距離得努力。至於韓國成為全球工業機器人密度冠軍,則是因為該國的LCD、內存與汽車等電氣/電子製造業大規模部署工業機器人。
IFR的報告指出,光以汽車製造業來看,韓國汽車製造業機器人密度達到2145;而美國與日本的汽車製造業機器人密度則分別為1261與1240。 在2018至2020年間,全球運作中的工業機器人數量預期每年平均成長15%。美國市場是自2010年開始大力推動生產自動化,主要目標是為了強化美國工業競爭力、同時讓製造業回歸美國本土;此趨勢在汽車製造領域特別明顯。美國製造業採用的工業機器人大多數是從日本、韓國與歐洲進口。
更能幹、更具智慧的工業機器人 市場研究機構IDC的分析師指出,有數種技術會在接下來幾年為工業機器人帶來新的能力,甚至是催生其他種類的機器人。估計到2020年,有45%的新安裝機器人會具備至少一種智能功能,例如預測性分析、系統健康狀況意識、自我診斷、同儕學習(peer-learning),或是自主感知(autonomous cognition)等等。
以上為IDC全球機器人市場研究總監Jing Bing Zhang,以及服務機器人市場研究總監John Santagate,在2017年11月發表“全球機器人市場十大預測”(Top 10 Worldwide Robotics Predictions)時的一部份內容。
汽車製造生產在線的工業機器人(來源:IFR/ Staubli)
Santagate表示:“那些並都是新技術,而是將額外的技術──如機器學習、智能功能、工業物聯網鏈接功能,還有因為鏈接能力而帶來的可預測性維護功能──導入現有的機器人;”IDC的另一個預測是,到2021年,會有智能機器人實體(intelligent Robotics agents)負責監督工業機器人,並將它們的整體效率提升30%。
另一份由Allied Market Research在去年發表的報告(Industrial Robotics Market Report),則預測全球工業機器人市場將由2012年270億美元的規模,在2020年增長到410億美元,2013~2020年期間的複合年平均增長率(CAGR)為5.4%。
雖然汽車製造仍是最大的工業機器人應用領域,分析師預期該市場的成長將趨緩,CAGR在2013~2020年會降至約4.9%;原因是全球汽車產業在過去幾年表現低迷。而食品/飲料製造領域對機器人的需求快速增長,估計該應用市場在同期間的CAGR可達到6.9%。
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