1.2.2 机器人的多角度定义

在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。其原因之一是机器人还在发展，新的机型、新的功能、新的形式不断涌现。笼统地讲，机器人是由程序控制的，具有人或生物的某些功能，可以代替人工作的一类机器。

而随着机器人应用领域的不断扩大，机器人与人之间的相互作用不断影响着机器人的技术发展走向，也影响着人类的社会结构和人际（以及人机）关系。因此，我们需要从非技术角度去理解机器人。

1．早期拟人性定义

1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来的夏娃》中将外表像人的机器定义为机器人，它由4部分组成：

•生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等）。

•造型解质（实际上相当于机器人的骨骼和关节。关节是能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲）。

•人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态）。

•人造皮肤（含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿等）。

实际上，这一定义完全是按照人的机体结构来做的，换句话说是具有机器特质的生命体，是人的复制品。早期日本机器人专家加藤一郎于1967年在日本第一届机器人学术会议上，提出了类似的三个条件：

•具有脑、手、脚等三要素的个体。

•具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器。

•具有平衡觉和固定觉传感器。

这显然是对拟人（或仿人形）机器人的定义。而随着人工情感的发展，仅仅具有人类肢体结构和感觉器官是不够的，拟人机器人还需要具有人类复杂面部表情和肢体动作的表达功能，甚至可以感受人类的悲、欢、喜、乐等情感意识。

2．伦理学角度的定义

从伦理学角度，将机器人定义为一个具有感知、思考和行为的指导型机器（engineered machine）。其定义内涵为：机器人必须具有传感器、模拟认知和执行能力。传感器体现在必须能够从环境中获取信息，模拟认知体现在具有一定认知能力的反应性行为，类似于人类的牵张反射；而执行能力体现在必要的伴随程序上，以及该程序下机器人所具有的行为驱动力。一般来讲，这些驱动力将作用于整个机器人或其整体的某个组成部分（如手臂、腿部或齿轮）[31]。

这个定义并非意味着机器人必须是机电式的，它也可能是生物式的，以及虚拟或软件式的；换句话说，机器人完全不局限于外形，甚至可以是不依附实体（或硬件）的一个程序。进一步明确地说，“机器人”必须具有“思考”的含义，因此，完全依赖遥控的机器（如儿童玩具）不属于机器人范畴。通过“思考”，机器能够借助传感器或其他途径，如一组编程好的内部规则来做出自主决策。不过，该定义引出了另一个问题，即机器拥有的自主能力表征什么？在此我们可以把机器人的“自主能力”阐释为：一旦机器的一部分被启动，那么该机器就能够根据现实环境进行自我反馈运作，而在一定时间内不受外部控制的一种能力[32]。随着人工智能的深入和发展，具有自主决策能力的机器人是当今机器人技术的发展趋势。

3．科学性定义

机器人广义上包括一切模拟人类行为或思想，以及模拟其他生物的机械（如机器狗、机器猫等）。狭义上对机器人还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人，如爬虫机器人[33]。

早期学者对机器人的定义较为宽泛，所谓机器人就是由计算机控制的机械臂和机械手，实际上就是另外一种机器，涉及两种不同且相关的技术：机械（mechanisation）和控制（control）[34]。下面是一些较为官方的机器人定义。

官方定义一 美国机器人协会（Robot Institute of America）将工业机器人定义为[35]：

一种具有编程能力的多功能机械手，它可用来移动各种材料、零件、工具或专用装置，并通过可编程序动作来执行多种任务。

官方定义二 日本工业机器人协会（Japanese Institute Robot Association）将工业机器人定义为：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器[36]。

官方定义三 美国国家标准局（NBS）将机器人定义为：机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机器装置。

官方定义四 我国的蒋新松院士将机器人定义为一种具有某种拟人功能的机械电子装置。而中南大学蔡自兴教授将机器人定义为：①像人或人的上肢，并能模仿人的动作；②具有智力或感觉与识别能力；③是人造的机器或机械电子装置。

上述四种机器人的定义更偏向于工业机器人，强调工业中装配、运输和码垛等具体功能的实现，都强调是机电设备，具有编程能力。这些定义与人工智能相距较远，对智能方面的定义不完备。

国际标准化组织（International Standard Organization）对机器人做了一个较为全面的定义，如下：

•机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感受等）的功能。

•机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。

•机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。

•机器人具有独立、完整的机器人系统，在工作中可以不依赖于人的干预。

综上，机器人具有两大特点：

1）通用性（versatility）：指某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能力，它取决于其几何特性和机械能力。

2）适应性（adaptability）：指其对环境的自适应能力，即所设计的机器人能够自我执行未经完全指定的任务，能够克服任务执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。

定义越复杂、越详细，就越难描述清楚什么是机器人。广义地说，机器人泛指一切为人工作（或部分工作）的自动机械；或者一切可编程的自动机器，并以类人的方式来执行特定的机械功能[37]。从软硬件构成上说，一个机器人系统一般由机械手（执行器）、环境（交互性）、任务和控制器四个互相作用的部分组成。机械手通常就是工业机器人的代称，由具有传动执行装置的机械，以及基座、臂、关节和末端执行装置（工具）等构成。

而随着人工智能的出现，机器人和人工智能之间的含义越来越模糊，广义上讲它们都是模仿人类行为的机器人（人工智能是模拟大脑）。Robot一词包括物理机器人（physical robot）和虚拟软件行为体（Virtual Software Agent，VSA）两类，其中VSA在英文中由Bot来表达。从类人的角度看，一个完整的机器人应该包括身体和思维两部分，思维部分则由人工智能承担，身体部分则由狭义的机器人本体承担。

当前流行的机器人定义实际上都是偏向于对工业机器人的界定，而不是面向未来机器人的。我们可以做一个假想，一个可自主学习、自主对硬件编程的人工智能，它随地取材便可制造出一个具有某种特定功能的机器（也可以说是机器人），然后操控着它所创造的机器群体，这个人工智能是不是机器人呢，它所创造的机器是不是机器人呢，这究竟算一个机器人还是一群机器人呢？人类的灵魂和肉体不能分开，但机器人的硬件本体和虚拟软件却完全可以分开。尽管工业机器人软件依托硬件而存在，而未来功能强大的软件可能不需要依附硬件而存在。

4．机器人学的定义

机器人技术经过40多年的发展，现已形成一门综合性学科——机器人学（Robotics）。机器人学是涉及机械工程、电子工程、信息工程、计算机科学及其他学科相互融合的交叉学科，贯穿于机器人设计、制造、操作和使用过程中。它包括以下主要内容：

•机器人基础理论：包括运动学和动力学、操作与轨迹规划、控制和感知理论与技术、人工智能理论等。机器人运动学（kinematics）主要解决各关节运动与末端执行器运动之间的关系问题，可分为正向（forward）和逆向（inverse）运动学。动力学（dynamics）解决运动与驱动力之间的关系问题，可分为正向和逆向动力学。

•机器人设计理论与技术：包括机器人结构分析和综合、机器人结构设计与优化、机器人关键器件设计、机器人仿真技术等。

•机器人仿生学：包括机器人的形态、结构、功能、能量转换、信息传递、控制和管理特性仿生理论与技术方法。机器人仿生学是机器人和仿生学结合的产物，其研究内容包括力学仿生、分子仿生、信息与控制仿生、能量仿生等技术在机器人中的应用，仿生机器人则是机器人发展的高级阶段[38]。

•机器人系统理论与技术：包括多机器人系统理论、机器人语言与编程、机器人–人交互与融合、机器人与其他机器系统的协调和交互。机器人–人交互（human-robot interaction）逐步成为机器人必备功能，包括语音识别与表达、姿态识别、面部表情识别和表达，以及人工情感和智能社交能力等。

•机器人操作和移动理论与技术：包括机器人装配技术、机器人移动理论、足式（或仿生）机器人步态理论等。机器人运动包括轮式、足式、履带等，也包括飞行、蛇形、爬壁、水下游泳等各类姿态的运动方式。

•微机器人学：微机器人的分析、设计、制造和控制等理论方法。

机器人是一个多学科和技术交叉结合的综合高技术领域。如今方兴未艾的智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器，更是集合了机构学、测试技术、制造技术、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通信技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。从某种意义上讲，一个国家机器人技术水平的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。