機器人作為高新技術，其技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程與世界歷次科技革命和產(chǎn)業(yè)變革如影隨形。

機器人常常被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。一方面，機器人是制造業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、智能化和信息化的重要載體，其研發(fā)、制造、應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造的重要依據(jù)；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(jiān)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(yè)革命的突破口。因此，當前的德國“工業(yè)4.0”、美國“重振制造業(yè)計劃”、日本“再興戰(zhàn)略”，以及我國的“中國制造2025”等國家創(chuàng)新戰(zhàn)略都把發(fā)展機器人作為搶占技術和市場制高點的重要戰(zhàn)略舉措。機器人作為高新技術，其技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程與世界歷次科技革命和產(chǎn)業(yè)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臺機器人的問世都是近幾十年的事，然而，人類希望能制造出像人一樣的機器代替自己工作卻有幾千年的歷史。

制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(fā)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(fā)明的“漏壺”，公元前200年古希臘人發(fā)明的“自動機”，中世紀歐洲著名科學家和藝術大師達?芬奇發(fā)明的以齒輪為驅動裝置，可坐可站且頭部會轉動的“機器人”。

隨著近代科學革命的發(fā)生，技術水平更高的“機器人”相繼出現(xiàn)。例如，1738年法國天才技師戴?沃康松發(fā)明的“機器鴨”，1773年瑞士鐘表匠皮埃爾?雅克德羅父子發(fā)明的能寫字的“玩偶”。以蒸汽機的發(fā)明為標志的第一次工業(yè)革命發(fā)生后，1801年法國人雅卡爾發(fā)明了穿孔卡片控制的“自動織機”，1822年英國人巴貝奇發(fā)明了可編程的機器“差分機”，1893年加拿大人摩爾發(fā)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(fā)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(fā)展到完成復雜的機械動作，動力裝置也從機械動力發(fā)展到電動裝置，并且這種重復性的機械動力裝置被逐漸應用到工廠勞動中。

20世紀中期，隨著大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求，自動化技術得到了快速發(fā)展。1952年，第一臺數(shù)控機床誕生；1954年，美國人喬治?德沃爾制造出第一臺可編程的機器人；1958年，被譽為機器人之父的美國人約瑟夫?恩格爾伯格創(chuàng)建了世界上第一家機器人公司Unimation，并于1962年生產(chǎn)出第一臺機器人，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(xiàn)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?！皉obot”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。后來，羅薩姆公司讓機器人擁有了情感，“覺醒后”的機器人發(fā)現(xiàn)了人類的自私、狹隘，于是開始反抗并最終消滅了人類。該劇深刻地預告了機器人的發(fā)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于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(fā)的準則?？苹米骷彝ㄟ^自己的創(chuàng)作，反思了科技發(fā)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。究竟什么才是機器人？由于機器人概念賦予了人的含義和哲學思考，充滿了想象空間，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個特征的柔性機器”。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）具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠方信息）和接觸傳感器；（3）具有平衡覺和固有覺的傳感器。從技術形態(tài)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(yè)機器人進行了定義：工業(yè)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(yè)的可編程操作機。至此，機器人概念才明確下來。

古代機器人

黃帝時代

5 000多年前，我國古代就已經(jīng)發(fā)明了用來指示方向的機械裝置“指南車”。

西周時期

我國的能工巧匠偃師研制出了能歌善舞的“伶人”，這是我國最早記載的機器人。

公元前1400年

古巴比倫人發(fā)明了“漏壺”，利用水流來計量時間。

機器人技術日新月異

技術是累積發(fā)展的，它在發(fā)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(jīng)歷了長期的技術積累和革命性的突破。從第一臺公認的機器人問世到現(xiàn)代機器人，從技術形態(tài)上看可分為三代：第一代是示教再現(xiàn)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(jù)傳感器獲得信息，調整狀態(tài)完成某項操作；第三代是智能機器人，是通過各種傳感器、測量器等來獲取環(huán)境信息并自主進行決策完成預定復雜運動。

從1801年法國人雅卡爾發(fā)明了穿孔卡片控制的“自動織機”，到1959年第一臺工業(yè)機器人的誕生，自動化技術的積累長達一個半世紀。18世紀中后期發(fā)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(fā)明的離心式調速器是一項重大技術創(chuàng)新突破，可以說開創(chuàng)了機械自動控制的一個新的里程碑。1801年法國發(fā)明的穿孔卡片控制的“自動織機”，1820年法國發(fā)明的第一臺成品計算機，1830年美國發(fā)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(fā)展。19世紀初到20世紀中期發(fā)生了以電力應用為標志的第二次技術革命，電力電子技術得到了廣泛應用。1892年美國生產(chǎn)了電力傳動吊車，1898年美籍發(fā)明家特斯拉發(fā)明了一艘無線電遙控船。1946年美國發(fā)明的磁性存儲過程控制器，開辟了工業(yè)設備普遍使用編程控制的時代。同年，美國研制成功了第一臺大型電子計算機，標志著數(shù)值計算、邏輯推理、記憶存儲技術得到巨大突破，使復雜機械運動的自動控制得到巨大發(fā)展。1948年，美國數(shù)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，第一臺數(shù)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，催生了世界上第一臺機器人在美國的誕生。

第三次技術革命快速實現(xiàn)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(zhàn)以后，電子學、數(shù)學、控制論、半導體技術、精密機械、電磁學的發(fā)展，大大推動了計算機科學技術的進步。例如，1959年，菲爾克公司研制成功了第一臺晶體管計算機；1964年，IBM公司推出了第一臺360系列計算機。以電子計算機的發(fā)明和發(fā)展為主要標志的第三次科學技術革命迅速從美國擴展到了歐洲、日本，并在60年代達到高潮。1962年，厄恩斯特研制出帶有觸覺傳感器的機械手。1965年，世界上第一個帶有視覺傳感器的機器人誕生。1968年，美國斯坦福國家研究所研制的機器人Shakey具備了一定的人工智能，能夠進行感知、環(huán)境建模、行為規(guī)劃并執(zhí)行任務。被當時技術所限，控制Shakey的計算機體積過于龐大且運算速度緩慢，未能投入實際應用中，但它是世界上第一臺智能機器人，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。

公元前200年

古希臘人發(fā)明了“自動機”，以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。

1738年

法國天才技師戴?沃康松發(fā)明了“機器鴨”。

1773年

瑞士的鐘表匠皮埃爾?雅克德羅父子發(fā)明了能寫字和演奏的“玩偶”。

20世紀70年代以后，電子計算機的廣泛應用，建立了用計算機對運動軌跡輔助制圖的算法和程序，使現(xiàn)代控制技術、傳感技術、人工智能技術進一步發(fā)展，第二代機器人也得到了迅速的發(fā)展。1974年，美國辛辛那提?米拉克龍公司開發(fā)了多關節(jié)機器人。1979年，Unimation公司又推出了PUMA機器人，它是一種多關節(jié)、全電機驅動、多CPU二級控制的機器人，采用VAL專用語言，可配視覺、觸覺、力覺傳感器，是當時技術最先進的工業(yè)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(yè)機器人在發(fā)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。傳感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年以后，在日本稱為“智能機器人的時代”。短短20年時間，機器人實現(xiàn)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(fā)展的“黃金時代”。

當前，新一輪科技革命蓄勢待發(fā)，機器人技術與新一代信息技術、生物技術、新材料技術、傳感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(fā)展打開了大門。例如，2010年日本發(fā)那科公司推出了第一臺學習控制機器人，2014年日本推出了高仿真人形機器人等。

機器人產(chǎn)業(yè)邁入智能化階段

機器人產(chǎn)業(yè)與機器人技術是兩個不同的概念，機器人產(chǎn)業(yè)的形成除了具有機器人技術系統(tǒng)之外，還需要機器人的制造系統(tǒng)，即具有專門生產(chǎn)機器人的整機、主機元件和配套設備的廠家。因此，機器人產(chǎn)業(yè)的形成關鍵在于機器人的制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(chǎn)業(yè)發(fā)展劃分為四個階段：產(chǎn)業(yè)孕育期、產(chǎn)業(yè)形成期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展期和智能化時期。

第一階段產(chǎn)業(yè)孕育期為20世紀50年代至60年代，主要發(fā)生在美國。從技術發(fā)展的角度看，在社會需求刺激下經(jīng)歷了100多年的技術儲備，機器人技術終于在美國實現(xiàn)。但是，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度看，除了技術進步作為產(chǎn)業(yè)形成的核心力量之外，機器人企業(yè)的誕生和一定數(shù)量的從業(yè)人員也是必不可少的條件。1958年，世界第一家機器人企業(yè)Unimation誕生（1960年被Condec公司收購），同年，美國機床鑄造公司也研制出了機器人；1962年，第一臺機器人Unimate在通用汽車制造廠上線；20世紀60年代中期，美國企業(yè)中出現(xiàn)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(yè)，使機器人制造有了生產(chǎn)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能研究室，培養(yǎng)了大批機器人技術從業(yè)人員。

1801年

法國人雅卡爾發(fā)明了提花織布機(Jacquard Loom)。

現(xiàn)代機器人

1954年

美國人喬治?沃爾德制造出第一臺可編程的機器人。

1958年

被譽為機器人之父的美國人約瑟夫?恩格爾伯格創(chuàng)建了世界上第一家機器人公司Unimation。

另外，美國機器人產(chǎn)業(yè)的興起還有其深刻的社會經(jīng)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(guī)模生產(chǎn)的流水生產(chǎn)線，由于其改變周期較長，不適應多種小批量生產(chǎn)的需要，柔性生產(chǎn)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(yè)提高勞動生產(chǎn)率，自動化生產(chǎn)和機器人生產(chǎn)在當時可提高30%的生產(chǎn)率；三是美國老齡化人口增長較快，1960年已達34%，而年輕人又不愿在高溫或有毒的環(huán)境下從事那些單調、重復性的工作。盡管第一臺機器人在美國誕生，但是產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。究其原因，主要是美國政府擔心機器人導致就業(yè)情況惡化，且當時的機器人結構復雜、造價高，嚇跑了許多使用廠家。日本川崎重工業(yè)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(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺川崎的Unimate機器人。與此同時，大小工廠競相研制機器人，一時總數(shù)達86家之多，形成了日本機器人發(fā)展的第一次高潮，為機器人全球產(chǎn)業(yè)的形成奠定了基礎。

第二階段產(chǎn)業(yè)形成期為20世紀70年代至80年代，主要發(fā)生在日本。為了使機器人產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，1973年以米本完二為首的一批有識之士發(fā)起成立了日本產(chǎn)業(yè)用機器人協(xié)會，成為制造廠與用戶之間的紐帶。協(xié)會通過各種辦法引進國外的先進技術，準確地預測現(xiàn)在和將來的需求與可能，以此為據(jù)制定各個時期的發(fā)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(yè)生產(chǎn)體系。到了1980年，日本已經(jīng)擁有包括生產(chǎn)固定程序等簡易機器人在內的生產(chǎn)廠家120多家，僅生產(chǎn)高級機器人的廠家就有70家，占世界這類廠家總數(shù)的40%。工業(yè)機器人的年產(chǎn)量達到19 300臺，累計生產(chǎn)臺數(shù)76 700臺，占世界擁有量的70%左右，年產(chǎn)值為784億日元，累計產(chǎn)值2 339億日元，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(yè)對于工業(yè)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(yè)的發(fā)展集中于航空、核工程、海洋等特殊領域的高級機器人的開發(fā)，機器人的主要用戶是政府和軍方。

第三階段產(chǎn)業(yè)發(fā)展期為20世紀90年代至21世紀初期。這個時期的機器人產(chǎn)品的主要特征是研發(fā)多樣化和市場全球化。機器人開發(fā)范圍不斷擴大，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(chǎn)品，市場逐步趨于成熟。20世紀90年代，日本泡沫經(jīng)濟破滅，經(jīng)濟蕭條，于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(chǎn)業(yè)增長的重要力量，日本出現(xiàn)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(yè)務至切割工具、軸承等領域。2000年，日本本田技研工業(yè)株式會社研究出第一代仿人機器人。20世紀90年代后期，美國在語音識別技術、圖像識別和分析領域加緊布局，使美國在機器人軟件領域處于領先地位，推動了機器人向智能化方向發(fā)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(chǎn)業(yè)這時也開始形成規(guī)模。

1965年

世界上第一個帶有視覺傳感器的機器人誕生。

1968年

美國斯坦福國家研究所研制的機器人Shakey具備了一定的人工智能。

1974年

美國辛辛那提?米拉克龍公司開發(fā)了多關節(jié)機器人。

第四階段智能化時期為21世紀初期至今。主要特征是機器人市場穩(wěn)步增長，智能化成為發(fā)展趨勢，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈極具優(yōu)勢。進入21世紀后，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(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、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(yè)機器人，各類服務機器人應運而生，且具有廣闊的發(fā)展空間。但是，由于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(fā)展速度緩慢等原因，全球服務機器人市場仍然處于起步階段。而工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，除2008年第四季度全球金融風暴導致工業(yè)機器人的銷量急劇下滑，直至2010年全球工業(yè)機器人市場逐漸由2009年的谷底恢復外，全球工業(yè)機器人的需求總體穩(wěn)步增長。特別是2010年以來，汽車業(yè)投資擺脫了周期性的影響，呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢，對工業(yè)機器人的需求也逐步增加。此外，電子電氣制造、橡塑制品、制藥、食品與飲料以及金屬機械加工等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也增加了對工業(yè)機器人的需求。國際機器人聯(lián)合會（IFR）的數(shù)據(jù)顯示，2015年全球工業(yè)機器人銷量首次突破24萬臺，其中亞洲銷量約占全球銷量的2/3，為14.4萬臺；歐洲地區(qū)為5萬臺，其中東歐地區(qū)銷量增速達到29%，是全球增長最快的地區(qū)之一；北美地區(qū)銷量達到3.4萬臺。中國、韓國、日本、美國和德國的總銷量占全球銷量的3/4。中國、美國、韓國、日本、德國、以色列等國是近年工業(yè)機器人技術、標準及市場發(fā)展較活躍的地區(qū)。

我國機器人發(fā)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，并實施國家“863計劃”。90年代，國產(chǎn)機器人的商品化基本實現(xiàn)，一批具有自主知識產(chǎn)權的點焊、弧焊、裝配等產(chǎn)品相繼問世。進入21世紀后，我國機器人技術及產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展?！笆濉逼陂g國家對機器人發(fā)展做出了戰(zhàn)略調整，從單純的機器人技術研發(fā)向機器技術與自動化工業(yè)裝備擴展?！笆晃濉逼陂g重點開展了機器人共性技術的研究?！笆濉逼陂g，重點放在促進機器人產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成上?！笆濉逼陂g，主要是加強頂層設計?！吨袊圃?025》把機器人作為重點發(fā)展領域，并專門出臺《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》，機器人的發(fā)展成為實現(xiàn)《中國制造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(chǎn)業(yè)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于人，相關產(chǎn)品質量、性能、可靠性等方面也與國外產(chǎn)品有較大差距，總體的技術水平仍處于前沿跟蹤階段，只在部分特種機器人領域實現(xiàn)并跑。

1979年

Unimation公司推出了PUMA機器人，是當時技術最先進的工業(yè)機器人。

2010年

日本發(fā)那科公司推出了第一臺學習控制機器人（Learning Control Robot）。

2014年

日本推出了高仿真人形機器人。

2015年

首屆世界機器人大會在中國召開，標志著中國的機器人進入大發(fā)展時期。

回顧機器人的概念產(chǎn)生、技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)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(xiàn)和被廣泛使用，反映了技術創(chuàng)新中我們應該遵循什么樣的倫理準則。機器人因為代替人工作而出現(xiàn)，機器人因為要代替人給人們帶來恐懼與不安，技術發(fā)展的不確定性要求人們重視技術創(chuàng)新的倫理問題。二是機器人技術的發(fā)展歷程反映了技術積累與技術革命之間的關系。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(fā)展的過程，其間的歷次技術革命所帶來的技術創(chuàng)新對自動化成為一門學科都產(chǎn)生了重要影響。三是機器人產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展壯大過程反映了國家社會的需求、技術基礎積累和企業(yè)創(chuàng)新之間的關系。造成美國機器人產(chǎn)業(yè)、日本機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡性的重要原因，不是技術的差距而是產(chǎn)業(yè)政策的不同。