1. 機器人的知識
20世紀的偉大發明
隨著2001年新年鍾聲的敲響，人們邁著堅實的步伐跨進了21世紀。站在世紀之交的門檻，回顧過去，展望未來，我們心潮澎湃、思緒萬千……
20世紀，人類取得了輝煌的成就，從量子理論、相對論的創立，原子能的應用，脫氧核糖核酸雙螺旋結構的發現，到信息技術的騰飛，人類基因組工作草圖的繪就，世界科技發生了深刻的變革。信息技術、生物技術、新材料技術、先進製造技術、海洋技術、航空航天技術等都取得了重大突破，極大地提高了社會生產力。
機器人技術作為20世紀人類最偉大的發明之一，自60年代初問世以來，經歷40年的發展已取得長足的進步。工業機器人在經歷了誕生——成長——成熟期後，已成為製造業中不可少的核心裝備，世界上有約75萬台工業機器人正與工人朋友並肩戰斗在各條戰線上。特種機器人作為機器人家族的後起之秀，由於其用途廣泛而大有後來居上之勢，仿人形機器人、農業機器人、服務機器人、水下機器人、醫療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向實用化邁進。
人們常常會問為什麼要發展機器人？我們說機器人的出現並高速發展是社會和經濟發展的必然，是為了提高社會的生產水平和人類的生活質量，讓機器人替人們干那些人幹不了、干不好的工作。在現實生活中有些工作會對人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運等；有些工作要求質量很高，人難以長時間勝任，比如汽車焊接、精密裝配等；有些工作人無法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環境、一些枯燥單調的重復性勞作等；這些都是機器人大顯身手的地方。服務機器人還可以為您治病保健、保潔保安；水下機器人可以幫助打撈沉船、鋪設電纜；工程機器人可以上山入地、開洞築路；農業機器人可以耕耘播種、施肥除蟲；軍用機器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈……
現在社會上對機器人有很多迷惑，有人認為機器人無所不能。這些朋友是從電影、電視、小說中認識機器人的，他們眼中的機器人是神通廣大的萬能機器，當他們看到現實的機器人時，他們會認為現在的機器人太普通，不能稱之為機器人。有人認為機器人是人，形狀必須像人，不像人怎麼能叫機器人，然而現實中絕大多數的機器人樣子不像人，這使很多機器人愛好者大失所望。還有人認為機器人上崗，工人就會下崗，無形中把機器人當成了競爭對手，他們沒有想到機器人會為人做許多有益的事情，會推動產業的發展，給人類創造更多的就業機會。
機器人的定義
在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統一的意見。原因之一是機器人還在發展，新的機型，新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生於科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由於機器人定義的模糊，才給了人們充分的想像和創造空間。
機器人指揮
其實並不是人們不想給機器人一個完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什麼是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來，機器人所涵蓋的內容越來越豐富，機器人的定義也不斷充實和創新。
1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為「安德羅丁」（android），它由4部分組成：
1，生命系統（平衡、步行、發聲、身體擺動、感覺、表情、調節運動等）；
2，造型解質（關節能自由運動的金屬覆蓋體，一種盔甲）；
3，人造肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態）；
4，人造皮膚（含有膚色、機理、輪廓、頭發、視覺、牙齒、手爪等）。
1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。在劇本中，卡佩克把捷克語「Robota」寫成了「Robot」，「Robota」是奴隸的意思。該劇預告了機器人的發展對人類社會的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關注，被當成了機器人一詞的起源。在該劇中，機器人按照其主人的命令默默地工作，沒有感覺和感情，以呆板的方式從事繁重的勞動。後來，羅薩姆公司取得了成功，使機器人具有了感情，導致機器人的應用部門迅速增加。在工廠和家務勞動中，機器人成了必不可少的成員。機器人發覺人類十分自私和不公正，終於造反了，機器人的體能和智能都非常優異，因此消滅了人類。
但是機器人不知道如何製造它們自己，認為它們自己很快就會滅絕，所以它們開始尋找人類的倖存者，但沒有結果。最後，一對感知能力優於其它機器人的男女機器人相愛了。這時機器人進化為人類，世界又起死回生了。
卡佩克提出的是機器人的安全、感知和自我繁殖問題。科學技術的進步很可能引發人類不希望出現的問題。雖然科幻世界只是一種想像，但人類社會將可能面臨這種現實。
為了防止機器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫於1940年提出了「機器人三原則」：
1，機器人不應傷害人類；
2，機器人應遵守人類的命令，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三原則作為機器人開發的准則。
在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上，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、奴隸性等7個特徵的柔性機器」。從這一定義出發，森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機械半人性、作業性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。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。
禮儀機器人
該定義強調了機器人應當仿人的含義，即它靠手進行作業，靠腳實現移動，由腦來完成統一指揮的作用。非接觸感測器和接觸感測器相當於人的五官，使機器人能夠識別外界環境，而平衡覺和固有覺則是機器人感知本身狀態所不可缺少的感測器。這里描述的不是工業機器人而是自主機器人。
機器人的定義是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性。動物一般具有上述這些要素，所以在把機器人理解為仿人機器的同時，也可以廣義地把機器人理解為仿動物的機器。
1988年法國的埃斯皮奧將機器人定義為：「機器人學是指設計能根據感測器信息實現預先規劃好的作業系統，並以此系統的使用方法作為研究對象」。
1987年國際標准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。」
我國科學家對機器人的定義是：「機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器」。在研究和開發未知及不確定環境下作業的機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術的本質是感知、決策、行動和交互技術的結合。隨著人們對機器人技術智能化本質認識的加深，機器人技術開始源源不斷地向人類活動的各個領域滲透。結合這些領域的應用特點，人們發展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器，如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂機器人等。對不同任務和特殊環境的適應性，也是機器人與一般自動化裝備的重要區別。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業機器人所具有的形狀，更加符合各種不同應用領域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強，從而為機器人技術開辟出更加廣闊的發展空間。
中國工程院院長宋健指出：「機器人學的進步和應用是20世紀自動控制最有說服力的成就，是當代最高意義上的自動化」。機器人技術綜合了多學科的發展成果，代表了高技術的發展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。
機器人的分類
關於機器人如何分類，國際上沒有制定統一的標准，有的按負載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結構分，有的按應用領域分。一般的分類方式見表：
分類名稱
簡要解釋
操作型機器人
能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用於相關自動化系統中。
程式控制型機器人
按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。
示教再現型機器人
通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復進行作業。
數控型機器人
不必使機器人動作，通過數值、語言等對機器人進行示教，機器人根據示教後的信息進行作業。
感覺控制型機器人
利用感測器獲取的信息控制機器人的動作。
適應控制型機器人
機器人能適應環境的變化，控制其自身的行動。
學習控制型機器人
機器人能「體會」工作的經驗，具有一定的學習功能，並將所「學」的經驗用於工作中。
智能機器人
以人工智慧決定其行動的機器人。
我國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類：製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。
古代機器人
機器人一詞的出現和世界上第一台工業機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望製造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作。
機器馬車
西周時期，我國的能工巧匠偃師就研製出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機器人。
春秋後期，我國著名的木匠魯班，在機械方面也是一位發明家，據《墨經》記載，他曾製造過一隻木鳥，能在空中飛行「三日不下」，體現了我國勞動人民的聰明智慧。
公元前2世紀，亞歷山大時代的古希臘人發明了最原始的機器人——自動機。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，它可以自己開門，還可以藉助蒸汽唱歌。
1800年前的漢代，大科學家張衡不僅發明了地動儀，而且發明了計里鼓車。計里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鍾一下。
後漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創造出了「木牛流馬」，並用其運送軍糧，支援前方戰爭。
1662年，日本的竹田近江利用鍾表技術發明了自動機器玩偶，並在大阪的道頓堀演出。
1738年，法國天才技師傑克·戴·瓦克遜發明了一隻機器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫學上的分析。
寫字機器人
在當時的自動玩偶中，最傑出的要數瑞士的鍾表匠傑克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯。1773年，他們連續推出了自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，他們創造的自動玩偶是利用齒輪和發條原理而製成的。它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結構巧妙，服裝華麗，在歐洲風靡一時。由於當時技術條件的限制，這些玩偶其實是身高一米的巨型玩具。現在保留下來的最早的機器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，它製作於二百年前，兩只手的十個手指可以按動風琴的琴鍵而彈奏音樂，現在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。
19世紀中葉自動玩偶分為2個流派，即科學幻想派和機械製作派，並各自在文學藝術和近代技術中找到了自己的位置。1831年歌德發表了《浮士德》，塑造了人造人「荷蒙克魯斯」；1870年霍夫曼出版了以自動玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問世；1886年《未來的夏娃》問世。在機械實物製造方面，1893年摩爾製造了「蒸汽人」，「蒸汽人」靠蒸汽驅動雙腿沿圓周走動。
進入20世紀後，機器人的研究與開發得到了更多人的關心與支持，一些適用化的機器人相繼問世，1927年美國西屋公司工程師溫茲利製造了第一個機器人「電報箱」，並在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機器人，裝有無線電發報機，可以回答一些問題，但該機器人不能走動。1959年第一台工業機器人（可編程、圓坐標）在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。
現代機器人
現代機器人的研究始於20世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發展，以及原子能的開發利用。
機器人汽車焊接生產線
自1946年第一台數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發展。
大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，其結果之一便是1952年數控機床的誕生。與數控機床相關的控制、機械零件的研究又為機器人的開發奠定了基礎。
另一方面，原子能實驗室的惡劣環境要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所於1947年開發了遙控機械手，1948年又開發了機械式的主從機械手。
鉚接機器人
1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，並申請了專利。該專利的要點是藉助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都採用這種控制方式。
作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的「VERSTRAN」和UNIMATION公司推出的「UNIMATE」。這些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形特徵迥異，主要由類似人的手和臂組成。
1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺感測器的、能識別與定位簡單積木的機器人系統。
機器狗
1967年日本成立了人工手研究會（現改名為仿生機構研究會），同年召開了日本首屆機器人學術會。
1970年在美國召開了第一屆國際工業機器人學術會議。1970年以後，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。
1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩製造了第一台由小型計算機控制的工業機器人，它是液壓驅動的，能提升的有效負載達45公斤。
到了1980年，工業機器人才真正在日本普及，故稱該年為「機器人元年」。
隨後，工業機器人在日本得到了巨大發展，日本也因此而贏得了「機器人王國的美稱」。
自治潛水器
隨著計算機技術和人工智慧技術的飛速發展，使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表。由於這些技術的發展，推動了機器人概念的延伸。80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統稱為智能機器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導了機器人技術的研究和應用，而且又賦予了機器人技術向深廣發展的巨大空間，水下機器人、空間機器人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現實。將機器人的技術（如感測技術、智能技術、控制技術等）擴散和滲透到各個領域形成了各式各樣的新機器——機器人化機器。當前與信息技術的交互和融合又產生了「軟體機器人」、「網路機器人」的名稱，這也說明了機器人所具有的創新活力。
機器人的手
機器人要模仿動物的一部分行為特徵，自然應該具有動物腦的一部分功能。機器人的大腦就是我們所熟悉的電腦。但是光有電腦發號施令還不行，最基本的還得給機器人裝上各種感覺器官。我們在這里著重介紹一下機器人的「手」和「腳」。
機器人必須有「手」和「腳」，這樣它才能根據電腦發出的「命令」動作。「手」和「腳」不僅是一個執行命令的機構，它還應該具有識別的功能，這就是我們通常所說的「觸覺」。由於動物和人的聽覺器官和視覺器官並不能感受所有的自然信息，所以觸覺器官就得以存在和發展。動物對物體的軟，硬，冷，熱等的感覺就是靠的觸覺器官。在黑暗中看不清物體的時候，往往要用手去摸一下，才能弄清楚。大腦要控制手，腳去完成指定的任務，也需要由手和腳的觸覺所獲得的信息反饋到大腦里，以調節動作，使動作適當。因此，我們給機器人裝上的手應該是一雙會「摸」的、有識別能力的靈巧的「手」。
機器人的手一般由方形的手掌和節狀的手指組成。為了使它具有觸覺，在手掌和手指上都裝有帶有彈性觸點的觸敏元件（如靈敏的彈簧測力計）。如果要感知冷暖，還可以裝上熱敏元件。當觸及物體時，觸敏元件發出接觸信號，否則就不發出信號。在各指節的連接軸上裝有精巧的電位器（一種利用轉動來改變電路的電阻因而輸出電流信號的元件），它能把手指的彎曲角度轉換成「外形彎曲信息」。把外形彎曲信息和各指節產生的「接觸信息」一起送入電子計算機，通過計算就能迅速判斷機械手所抓的物體的形狀和大小。
現在，機器人的手已經具有了靈巧的指，腕，肘和肩胛關節，能靈活自如的伸縮擺動，手腕也會轉動彎曲。通過手指上的感測器還能感覺出抓握的東西的重量，可以說已經具備了人手的許多功能。
在實際情況中有許多時候並不一定需要這樣復雜的多節人工指，而只需要能從各種不同的角度觸及並搬動物體的鉗形指。1966年，美國海軍就是用裝有鉗形人工指的機器人「科沃」把因飛機失事掉入西班牙近海的一顆氫彈從七百五十米深的海底撈上來。1967年，美國飛船「探測者三號」就把一台遙控操作的機器人送上月球。它在地球上的人的控制下，可以在兩平方米左右的范圍里挖掘月球表面四十厘米深處的土壤樣品，並且放在規定的位置，還能對樣品進行初步分析，如確定土壤的硬度，重量等。它為「阿波羅」載人飛船登月當了開路先鋒。
機器人的眼睛
人的眼睛是感覺之窗，人有80%以上的信息是靠視覺獲取，能否造出「人工眼」讓機器也能象人那樣識文斷字，看東西，這是智能自動化的重要課題。關於機器識別的理論，方法和技術，稱為模式識別。所謂模式是指被判別的事件或過程，它可以是物理實體，如文字，圖片等，也可以是抽象的虛體，如氣候等。機器識別系統與人的視覺系統類似，由信息獲取，信息處理與特徵抽取，判決分類等部分組成。
機器認字
大家知道，信件投入郵筒需經過郵局工人分揀後才能發往各地。一人一天只能分揀2-3千封信，現在採用機器分揀，可以提高效率十多倍。機器認字的原理與人認字的過程大體相似。先對輸入的郵政編碼進行分析，並抽取特徵，若輸入的是個6字，其特徵是底下有個圈，左上部有一直道或帶拐彎。其次是對比，即把這些特徵與機器里原先規定的0到9這十個符號的特徵進行比較，與哪個數字的特徵最相似，就是哪個數字。這一類型的識別，實質上叫分類，在模式識別理論中，這種方法叫做統計識別法。
機器人認字的研究成果除了用於郵政系統外，還可用於手寫程序直接輸入，政府辦公自動化，銀行合計，統計，自動排版等方面。
機器識圖
現有的機床加工零件完全靠操作者看圖紙來完成。能否讓機器人來識別圖紙呢？這就是機器識圖問題。機器識圖的方法除了上述的統計方法外，還有語言法，它是基於人認識過程中視覺和語言的聯系而建立的。把圖像分解成一些直線、斜線、折線、點、弧等基本元素，研究它們是按照怎樣的規則構成圖像的，即從結構入手，檢查待識別圖像是屬於哪一類「句型」，是否符合事先規定的句法。按這個原則，若句法正確就能識別出來。
機器識圖具有廣泛的應用領域，在現代的工業，農業，國防，科學實驗和醫療中，涉及到大量的圖象處理與識別問題。
機器識別物體
機器識別物體即三維識別系統。一般是以電視攝像機作為信息輸入系統。根據人識別景物主要靠明暗信息，顏色信息，距離信息等原理，機器識別物體的系統也是輸入這三種信息，只是其方法有所不同罷了。由於電視攝像機所拍攝的方向不同，可得各種圖形，如抽取出棱數，頂點數，平行線組數等立方體的共同特徵，參照事先存儲在計算機中的物體特徵表，便可以識別立方體了。
目前，機器可以識別簡單形狀的物體。對於曲面物體，電子部件等復雜形狀的物體識別及室外景物識別等研究工作，也有所進展。物體識別主要用於工業產品外觀檢查，工件的分選和裝配等方面。
機器人的鼻子
人能夠嗅出物質的氣味，分辨出周圍物質的化學成分，這全是由上鼻道的粘模部分實現的。在人體鼻子的這個區域，在只有五平方厘米的面積上卻分布有五百萬個嗅覺細胞。嗅覺細胞受到物質的刺激，產生神經脈沖傳送到大腦，就產生了嗅覺。人的鼻子實際上就是一部十分精密的氣體分析儀。人的鼻子是相當靈敏的，就算在一升水中放進二百五十億分之一的乙硫醇（就是一種特殊的具有異常臭味的化學物質），人的鼻子也能夠聞出來。
機器人的鼻子也就是用氣體自動分析儀做成的。我國已經研製成功了一種嗅敏儀，這種氣體分析儀不僅能嗅出丙酮、氯仿等四十多種氣體，還能夠嗅出人聞不出來但是卻可以導致人死亡的一氧化碳（也就是我們通常所用的煤氣）。這種嗅敏儀有一個由二氧化錫，氯化鈀等物質燒結而成的探頭（相當於鼻粘模）。當它遇到某些種類氣體的時候，它的電阻就發生變化，這樣就可以通過電子線路做出相應的顯示，用光或者用聲音報警。同時，用這種嗅敏儀還可以查出埋在地下的管道漏氣的位置。
現在利用各種原理製成的氣體自動分析儀已經有很多種類，廣泛應用於檢測毒氣，分析宇宙飛船座艙里的氣體成分，監察環境等方面。
這些氣體分析儀，原理和顯示都和電現象有關，所以人們把它叫做電子鼻。把電子鼻和電子計算機組合起來，就可以做成機器人的嗅覺系統了。
機器人的耳朵
人的耳朵是僅次於眼睛的感覺器官，聲波扣擊耳膜，引起聽覺神經的沖動，沖動傳給大腦的聽覺區，因而引起人的聽覺。機器人的耳朵通常是用「微音器」或錄音機來做的。被送到太空去的遙控機器人，它的耳朵本身就是一架無線電接收機。
人的耳朵是十分靈敏的。我們能聽到的最微弱的聲音，它對耳膜的壓強是每平方厘米只有一百億分之幾公斤。這個壓強的大小隻是大氣壓強的一百億分之幾。可是用一種叫做鈦酸鋇的壓電材料做成的「耳朵」比人的耳朵更為靈敏，即使是火柴棍那樣細小的東西反射回來的聲波也能被它「聽」的清清楚楚。如果用這樣的耳朵來監聽糧庫，那麼在二到三公斤的糧食里的一條小蟲爬動的聲音也能被它准確地「聽」出來。
用壓電材料做成的「耳朵」之所以能夠聽到聲音，其原因就是壓電材料在受到拉力或者壓力作用的時候能產生電壓，這種電壓能使電路發生變化。這種特性就叫做壓電效應。當它在聲波的作用下不斷被拉伸或壓縮的時候，就產生了隨聲音信號變化而變化的電流，這種電流經過放大器放大後送入電子計算機（相當於人大腦的聽區）進行處理，機器人就能聽到聲音了。
但是能聽到聲音只是做到了第一步，更重要的是要能識別不同的聲音。目前人們已經研製成功了能識別連續話音的裝置，它能夠以百分之九十九的比率，識別不是特別指定的人所發出的聲音，這項技術就使得電子計算機能開始「聽話」了。這將大大降低對電子計算機操作人員的特殊要求。操作人員可以用嘴直接向電子計算機發布指令，改變了人在操作機器的時候手和眼睛忙個不停而與此同時嘴巴和耳朵卻是閑著的狀況。一個人可以用聲音同時控制四面八方的機器，還可以對樓上樓下的機器同時發出指令，而且並不需要照明，這樣就很適宜於在夜間或地下工作。這項技術也大大加速了電話的自動回答，車票的預定以及資料查找等服務工作的自動化實現的進程。
現在人們還在研究使機器人能通過聲音來鑒別人的心理狀態，人們希望未來的機器人不光能夠聽懂人說的話，還能夠理解人的喜悅，憤怒，驚訝，猶豫和曖昧等情緒。這些都會給機器人的應用帶來極大的發展空間。
沒有機器人，人將變為機器
隨著社會的發展，社會分工越來越細，尤其在現代化的大生產中，有的人每天就只管擰同一個部位的一個螺母，有的人整天就是接一個線頭，就像電影《摩登時代》中演示的那樣，人們感到自己在不斷異化，各種職業病開始產生。於是人們強烈希望用某種機器代替自己工作。於是人們研製出了機器人，代替人完成那些枯燥、單調、危險的工作。由於機器人的問世，使一部分工人失去了原來的工作，於是有人對機器人產生了敵意。「機器人上崗，人將下崗。」不僅在我國，即使在一些發達國家如美國，也有人持這種觀念。其實這種擔心是多餘的，任何先進的機器設備，都會提高勞動生產率和產品質量，創造出更多的社會財富，也就必然提供更多的就業機會，這已被人類生產發展史所證明。任何新事物的出現都有利有弊，只不過利大於弊，很快就得到了人們的認可。比如汽車的出現，它不僅奪了一部分人力車夫、挑夫的生意，還常常出車禍，給人類生命財產帶來威脅。雖然人們都看到了汽車的這些弊端，但它還是
2. 機械安全技術知識
機械安全技術知識大全
機械的安全功能是指機械及其零部件的某些功能是專門為保證安全而設計的，它主要分為主要安全功能和輔助安全功能兩大類。下面是我為大家整理的機械安全技術知識大全，歡迎大家閱讀瀏覽。
第一節機械行業安全概要
知識點一、機械產品主要類別
1、機械行業的主要產品包括12類：
2、重點了解(2)重型礦山機械;(4)石油化工通用機械。
3、非機械行業包括鐵道機械、建築機械、紡織機械、輕工機械、船舶機械等。
知識點二、機械設備的危險部位及防護對策
(一)機械設備的危險部位
1、機械設備可造成碰撞、夾擊、剪切、捲入等多種傷害。
2、旋轉部件之間、連接件、運動部件;接近類型;通過類型;單向滑動。
(二)機械傳動機構安全防護對策
1、機床上常見的傳動機構有齒輪嚙合機構、皮帶傳動機構、聯軸器等，有必要把傳動機構危險部位加以防護。
2、所採取的安全技術措施一般分為直接(設計時)、間接(防護裝置)和指導性(安全規定、設置標志)三類。
3、重點：齒輪傳動的安全防護：齒輪傳動機構必須裝置全封閉型的防護裝置，沒有防護罩不得使用;皮帶傳動裝置的防護罩可採用金屬骨架的防護網，與皮帶的距離不要小於50mm，不要影響機器的運行。一般傳動機構離地面2 m以下，要設防護罩。3種情況加以防護：皮帶輪之間的距離在3 m以上;皮帶寬度在15 cm以上;皮帶回轉的速度在9 m/min以上;聯軸器等的防護最常見的是Ω型防護罩。
知識點三、機械傷害類型及預防對策
(一)機械傷害類型
1、機械狀態：正常工作狀態、非正常工作狀態、非工作狀態。
2、機械行業包括機械傷害、非機械危害。
3、主要危險和危害：物體打擊、車輛傷害、機械傷害、起重傷害、觸電、灼燙、火災、高處墜落等14種。
(二)機械傷害預防對策措施：先後順序
1、實現機械本質安全：①消除產生危險的原因。②減少或消除接觸機器的危險部件的次數;③使人們難以接近機器的危險部位(或提供安全裝置，使得接近這些部位不會導致傷害);④提供保護裝置或者防護服。
2、保護操作者和有關人員安全：①通過培訓來提高人們辨別危險的能力;②通過對機器的重新設計，使危險更加醒目(或者使用警示標志);③通過培訓，提高避免傷害的能力;④採取必要的行動來避免傷害的自覺性。
(三)通用機械安全設施的技術要求
1、機械安全防護裝置的一般要求。安全防護裝置可靠，與設備運轉連鎖。
2、重點：緊急停車開關。緊急停車開關應保證瞬時動作時能終止設備的一切運動。對有慣性運動的設備，緊急停車開關應與制動器或離合器連鎖，以保證迅速終止運行。緊急停車開關的形狀應區別於一般開關，顏色為紅色;緊急停車開關的布置應保證操作人員易於觸及，且不發生危險;設備由緊急停車開關停止運行後，必須按啟動順序重新啟動才能重新運轉。
3、防護罩做平台或階梯時，應能承受1500n的垂直力。
知識點四、機械安全設計與機器安全裝置
(一)本質安全：是通過機械的設計者，在設計階段採取措施來消除隱患的一種機械安全方法。
(二)失效安全：設計者應該保證當機器發生故障時不出危險。
(三)定位安全：把機器的部件安置到不可能觸及的地點，通過定位達到安全。
(四)機器布置：空間、照明、管線布置、維護時的出入安全。
(五)機器安全防護裝置
重點理解：連鎖、控制、雙手控制安全裝置。
知識點五、機械製造場所安全技術
(一)採光:廠房跨度大於12 m時，單跨廠房的兩邊應有採光側窗，窗戶的寬度應不小於開間長度的1/2;多跨廠房相連，相連各跨應有天窗，跨與跨之間不得有牆封死。車間通道照明燈要覆蓋所有通道，覆蓋長度應大於90%車間安全通道長度。
(二)通道：包括廠區主幹道和車間安全通道。
1、廠區幹道的路面要求：車輛雙向行駛的幹道寬度不小於5m，有單向行駛標志的主幹道寬度不小於3m;進入廠區門口，危險地段需設置限速牌、指示牌和警示牌。
2、車間安全通道要求。通行汽車，寬度>3m;通行電瓶車的寬度>1.8 m;通行手推車、三輪車的寬度>1.5 m;一般人行通道的寬度>l m。
(三)設備布局:長度>12 m者為大型設備，6～12m者為中型設備，<6m者為小型設備; 設備間距：大型≥2 m，中型≥lm，小型≥0.7 m; 設備與牆、柱距離：大型≥0.9 m，中型≥0.8 m，小型≥0. 7 m; 高於2 m的運輸線應有牢固的防罩(網)，對低於2 m的運輸線的起落段兩側應加設護欄，欄高1.05m。
(四)物料堆放
1、包括工位器具、工件、材料的擺放。
2、產品坯料的存放量：產品坯料等應限量存入，白班存放量為每班加工量的1.5倍，夜班存放量為加工量的2.5倍，但大件不超過當班定額。
3、工件、物料擺放不得超高，在垛底與垛高之比為1：2的前提下，垛高不超出2m(單位超高除外)，砂箱堆垛不超過3.5 m。
(五)地面狀態：要求生產場地平坦、清潔。深大於0.2 m、寬大於0.1 m的坑、壕、池應有可靠的防護欄或蓋板。
第二節金屬切削機床及砂輪機安全技術
知識點一、金屬切削機床的危險因素
靜止部件、旋轉部件、內旋轉咬合、往復運動和滑動的危害、飛出物。
知識點二、金屬切削機床的安全技術措施
1、機床運轉異常狀態：1)溫升異常2)轉速異常3)振動和雜訊過大4)出現撞擊聲5)輸入輸出參數異常6)機床內部缺陷
振動故障率最大：機床由於振動而產生的故障占整個故障的`60%~70%。
2、運動機械中易損件的故障檢測。
重點：易損件有傳動軸、軸承、齒輪、葉輪，其中滾動軸承和齒輪的損壞更為普遍。
3、金屬切削機床常見危險因素的控制措施：1)設備可靠接地，照明採用安全電壓。2)楔子、銷子不能突出表面。3)用專用工具，帶護目鏡。4)尾部安防彎裝置及設料架。5)零部件裝卡牢固。6)及時維修安全防護、保護裝置。7)選用合格砂輪，裝卡合理。
(8)加強檢查，杜絕違章現象，穿戴好勞動保護用品。
知識點三、砂輪機的安全技術要求
砂輪機安裝：地點選擇。砂輪機正面裝設不低於1.8m高度的防護擋板。
砂輪的平衡。直徑大於或等於200mm的砂輪裝上法蘭盤後應先進行靜平衡調試。
砂輪與卡盤的匹配。砂輪法蘭盤直徑不得小於被安裝砂輪直徑的1/3，且規定砂輪磨損到直徑比法蘭盤直徑大10mm時應更換新砂輪。
砂輪機的防護罩。開口角度在主軸水平面以上不允許超過65゜，開口大於等於30゜時必須設擋屑屏板，砂輪圓周表面與擋板的間隙應小於6mm。
砂輪機的工件托架。直徑在150m以上必須設置可調托架，砂輪與托架之間的距離應小於被磨工件最小外形尺寸的1/2，但最大不應超過3mm。
砂輪機使用安全要求：禁止側面磨削;不準正面操作;不準共同操作。
第三節沖壓(剪)機械安全技術
知識點一、沖壓作業的危險因素
設備結構具有的危險;動作失控;開關失靈;模具的危險(傷害部位主要是手部)。
知識點二、沖壓作業安全技術措施
包括改進沖壓作業方式、改革沖模結構、實現機械化自動化、設置模具和設備的防護裝置等。沖壓作業機械化和自動化是減輕工人勞動強度、保證人身安全的根本措施。
重點：沖壓設備的安全裝置。按結構分為機械式、按鈕式、光電式、感應式等。機械式防護裝置。主要有：推手式、擺桿(撥手)、拉手安全裝置。
知識點三、剪板機安全技術措施
操作剪板機時的注意事項(重點2、4、5)。不應獨自1人操作剪板機;運動部位必須安裝防護罩;操作者的手指保持安全距離，手指離剪刀口應保持最少200mm以外的距離，並且離開壓緊裝置。
第四節木工機械安全技術
知識點一、木工機械危險有害因素
刀軸轉速高、多刀多刃、手工進料等。機械傷害：危險性大，發生概率高;火災和爆炸：後果嚴重;木材的生物、化學危害;木粉塵危害;雜訊和振動危害。
知識點二、木工機械安全技術措施
1、在設計上就應使木工機械具有完善的安全裝置，包括安全防護裝置、安全控制裝置和安全報警信號裝置。徒手操作者必須有安全防護措施，消聲、吸塵或通風裝置，刀軸與電氣應有安全聯控裝置，採用安全送料裝置或設置分離刀、防反彈安全屏護裝置，設置遇事故需緊急停機的安全控制裝置。
2、手壓平刨傷手為多發性事故，手壓平刨刀軸的設計與安裝要求：1)必須使用圓柱形刀軸，絕對禁止使用方刀軸。2)壓刀片的外緣應與刀軸外圓相合，當手觸及刀軸時，只會碰傷手指皮，不會被切斷。3)刨刀刃口伸出量不能超過刀軸外徑1.1mm。4)刨口開口量應符合規定。
第五節鑄造安全技術
知識點一、鑄造作業危險有害因素
火災及爆炸、灼燙、機械傷害、高處墜落、塵毒危害、雜訊振動、高溫和熱輻射
知識點二、鑄造作業安全技術措施
(一)工藝要求
在工藝可能的條件下，宜採用濕法作業，操作條件差的場合宜採用機械手遙控隔離操作。污染較小的造型、制芯工段在集中採暖地區應布置在非採暖季節最小頻率風向的下風側，在非集中採暖地區應位於全面最小頻率風向的下風側。
(二)建築要求：鑄造車間應安排在高溫車間、動力車間的建築群內，建在廠區其他不釋放有害物質的生產建築的下風側;廠房主要朝向宜南北向;綠化帶。
(三)除塵：電弧爐的煙氣凈化設備宜採用乾式高效除塵器;沖天爐的排煙凈化宜採用機械排煙凈化設備。
第六節鍛造安全技術
知識點一、鍛造的特點
在金屬灼熱的狀態下進行，所使用的設備如空氣錘、蒸汽錘、摩擦壓力機等，工作時發出的都是沖擊力，作用力是很大的，
知識點二、鍛造的危險有害因素
傷害事故：機械傷害、火災爆炸、灼燙(800~1200)。
職業危害：雜訊和振動、塵毒危害、熱輻射。
知識點三、鍛造的安全技術措施
12點(掌握重點啟動裝置3、4、5及11)。外露的傳動裝置(齒輪傳動、摩擦傳動、曲柄傳動或皮帶傳動等)必須要有防護罩;啟動裝置必須能保證對設備進行迅速開關，並保證設備運行和停車狀態的連續可靠;電動啟動裝置的按鈕盒，其按鈕上需標有“啟動”、“停車”等字樣。停車按鈕為紅色，其位置比啟動按鈕高10—12 mm;新安裝和經過大修理的鍛壓設備，應該根據設備圖紙和技術說明書進行驗收和試驗。
第七節安全人機工程基本知識
知識點一、定義與研究內容
(一)“人—機—環境”系統
解決安全問題的根本需求是實現生產過程的機械化和自動化。
(二)人機系統的類型：主要有兩類，一類為機械化、半機械化控制的人機系統;另一類為全自動化控制的人機系統。
1)機械化、半機械化控制的人機系統：人主要充當生產過程的操作者與控制者。系統的安全性主要取決於人機功能分配的合理性、機器的本質安全性及人為失誤狀況。
2)全自動化控制的人機系統：人是監視著和管理者。系統的安全性主要取決於機器的本質安全性、機器的冗餘系統失靈以及人處於低負荷時應急反應變差等。
第八節 人的特性
知識點一、人體測量
(一)靜態測量。
測量方法：可採取不同的姿勢，主要有立姿、坐姿、跪姿和卧姿等幾種。
人體測量的數據是指人體不同部位的尺寸，在設計不同的設備或產品時會涉及到。
影響人體測量數據的因素：民族因素，性別、年齡因素，職業因素。
(二)動態測量
(三)人體測量數據的運用准則
最大最小准則，可調性准則，平均准則，使用最新人體數據准則，地域性准則，功能修正與最小心理空間相結合準則(著裝修正量、功能修正量得到最小功能尺寸、附加心理修正量得到最佳功能尺寸)。
知識點二、人的生理特性
1、視覺
暗適應與明適應能力：暗適應的過渡時間較長，約需要30min;明適應約需1min;
眩光有害影響：使暗適應破壞，產生視覺後像;降低視網膜上的照度;減弱觀察物體與背景的對比度;觀察物體時產生模糊感覺等，這些都將影響操作者的正常作業。
視錯覺：形狀錯覺，色彩錯覺，物體運動錯覺。其中常見的形狀錯覺有長短錯覺、方向錯覺、對比錯覺、大小錯覺、遠近錯覺及透視錯覺等。色彩錯覺有對比錯覺、大小錯覺、溫度錯覺、距離錯覺及疲勞錯覺等。
視覺損傷與視覺疲勞：眼睛能承受的可見光的最大亮度值約為106cd/m2。300m以下的短波紫外線可引起紫外線眼炎。紫外線照射4～5h後眼睛便會充血，l0～12h後會使眼睛劇痛而不能睜眼。常受紅外線照射可引起白內障。直視高亮度光源如激光、太陽光等，會引起黃斑燒傷，有可能造成無法恢復的視力減退。低照度或低質量的光環境，會引起各種眼的折光缺陷或提早形成老花。眩光或照度劇烈而頻繁變化的光可引起視覺機能的降低。
視覺的運動規律：人眼看一個目標要得到視覺印象，最短的注視時間為0.07～0.3s，這里與照明的亮度有關。人眼視覺的暫停時間平均需要0.17s。
2、聽覺。聽覺的功能有分辨聲音的高低和強弱，還可以判斷環境中聲源的方向和遠近。
聽覺絕對閾限：頻率閾限、聲壓閾限和聲強閾限。
聽覺辨別閾限：人耳具有區分不同頻率和不同強度聲音的能力。
辨別聲音的方向和距離的能力。
3、人的感覺與反應
反應時間：是從包括感覺反應時間到開始動作所用時間的總和。一般條件下，反應時間約為0.1-0.5S，對於復雜的選擇性反應時間達1-3S，要進行復雜判斷和認識的反應時間平均達3-5S。
減少反應時間的途徑：1)合理地選擇感知類型(聽覺的反應時間最短0.1-0.2S);2)按人機工程學原則設計機器;3)通過訓練提高人的反應速度。
(二)人體的特性參數
與產品設計和操作機器有關參數：靜態參數，動態參數，生理學參數，生物力學參數。
人體勞動強度參數：耗氧量、心率、人的勞動強度。體力勞動強度按勞動強度指數i大小分為4級：輕勞動、中等強度勞動、重強度勞動、很重體力勞動。
(三)疲勞
疲勞的定義：疲勞分為肌肉疲勞(或稱體力疲勞)和精神疲勞(或稱腦力疲勞)兩種。
消除疲勞的途徑：設計時應充分考慮人的生理心理因素;改善工作環境;合理安排作息時間。
3、疲勞測定的方法：主觀感覺調查表法、分析腦電圖、測定頻閃值、智能測驗、精神測驗、連續拍攝人體動作的變化。
4、單調作業與輪班作業
避免作業單調的措施：培養多面手，工作延伸，操作再設計，顯示作業終極目標，動態信息報告，推行消遣工作法，改善作業環境。
輪班作業：單班制、兩班制、三班制或四班制等。許多企業實行“四班三運轉制” 。
知識點三、人的心理特性
能力：是指一個人完成一定任務的本領。主要有感覺、知覺、觀察力、注意力、記憶力、思維想像力和操作能力等。
各種能力的總和就構成人的智力，它包括人的認識能力和活動能力。
情緒與情感。不安全情緒有急躁情緒和煩躁情緒。
第九節 機械的特性
知識點一、機械安全的定義及特性
機械安全的特性。現代機械安全具有：系統性、防護性、友善性、整體性。
知識點二、機械故障診斷技術
故障診斷的基本流程包括診斷文檔建立和診斷實施兩大部分。診斷實施過程的基本步驟：信號檢測 、特徵提取(或稱信號處理) 、狀態識別、診斷決策 。
(三)故障診斷技術
1、振動信號的檢測與分析
振動信號一般用位移、速度或加速度感測器來測量。感測器應盡量安裝在診斷對象敏感點或離核心部位最近的關鍵點。
2、油液分析技術：應用較多的有光譜油液分析和鐵譜油液分析 。
3、溫度檢測及紅外線監測技術。
4、超聲探傷技術：可以對所有固體材料進行探傷和檢測。
5、表面缺陷探傷技術：磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷。
知識點三、 機械的可靠性設計與維修性設計
可靠性定義：指系統或產品在規定的條件和規定的時間內，完成規定功能的能力。
可靠性度量指標：可靠度、故障率(或失效率)、平均壽命(或平均無故障工作時間)、維修度、有效度。
有效度：狹義可靠度r(t)與維修度m(τ)的綜合稱為有效度，也稱廣義可靠度。
(二)維修性設計
維修性是指對故障產品修復的難易程度。即在規定條件和規定時間內，完成某種產品維修任務的難易程度。
應考慮的主要問題：可達性、零組部件的標准化與互換性、維修人員的安全。
第十節 人機作業環境
知識點一、光環境
(一)光的度量
概念：光通量、發光強度(光強)、亮度、照度。照度不足是重要原因。
(二)照明對作業的影響
照明與疲勞、照明與事故。視覺疲勞是產生事故和影響工效的主要原因。
知識點二、色彩環境
顏色的特性顏色具有色調、明度、彩度三個基本特性。
色彩對生理的影響，視覺疲勞。
知識點三、微氣候環境
構成微氣候的要素：空氣溫度、空氣濕度、氣流速度、熱輻射。
空氣溫度，分為舒適溫度(21±3℃)和允許溫度(舒適溫度±3~5 ℃)。
空氣濕度，有絕對濕度和相對濕度，相對濕度在80%以上為高氣濕，低於30%為低氣濕，舒適的濕度一般為40%~60%。
氣流速度，室外一般為0.15m/s時空氣新鮮。
(二)人體對微氣候環境的感受與評價
1、微氣候環境的綜合評價。1)有效溫度(感覺溫度)：干球溫度、濕球溫度和氣流速度;2)不適指數：干球溫度、濕球溫度;3)三球溫度指數wbgt：干球、濕球、黑球;4)卡他度：氣溫、濕度和風速。
2、高溫作業環境對人體的影響：高溫環境使人心率和呼吸加快、濕熱環境對中樞神經系統具有抑製作用、高溫環境下，人的水分和鹽分大量喪失。
3、低溫環境對人體的影響：手的觸覺敏感性臨界皮溫是10℃左右。
第十一節 人機系統
知識點一、人機信息及能量交換系統模型
人機系統的任何活動實質上是信息及能量的傳遞和交換。
知識點二、人機功能分配
1、人在人機系統中的主要功能：感測功能、信息處理功能、操縱功能。
2、人機功能分配原則：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、規律性的、單調的、高價運算的、操作復雜的、環境條件差的工作，適合機器;而研究、創造、決策、指令和程序的編排、檢查、維修、故障處理及應付不測等工作，適合人。
知識點三、人機系統可靠性計算
(一)人機系統的可靠度計算
1、人機串聯系統。人機並聯系統：並行工作冗餘法、後備冗餘法。
2、兩人監控人機系統的可靠度：異常時相當於兩人並聯;正常相當於兩人串聯。
異常情況時，Rsr′=RHb·RM=[1-(1-R1)(1-R2)]RM
正常情況時，Rsr″=RHc·RM=Rl·R2·RM
(二)人機系統可靠性設計基本原則
1、系統的整體可靠性原則、高可靠性組成單元要素原則 、具有安全系數的設計原則、高可靠性方式原則、標准化原則、高維修度原則(零件標准化、部件通用化、設備系列化)、事先進行試驗和進行評價的原則、預測和預防的原則、人機工程學、技術經濟性、審查原則、整理准備資料和交流信息原則、信息反饋原則、設立相應的組織機構。
2、高可靠性方式原則：冗餘設計、故障安全裝置、自動保險裝置。
3、故障安全結構有以下幾種：
①消極被動式。組成單元發生故障時，機器變為停止狀態。
②積極主動式。組成單元發生故障時，機器一面報警，一面還能短時運轉。
③運行操作式。即使組成單元發生故障，機器也能運行到下次的定期檢查。
通常在產業系統中，大多為消極被動式結構。
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