Cách mạng công nghiệp bắt đầu ở Châu Âu cách đây 2 thế kỷ, cách mạng sản xuất thông qua sản xuất hàng loạt bắt đầu ở Mỹ hơn nửa thế kỷ trước, và tiếp nối đó như một cuộc cách mạng sản xuất mới, việc sản xuất nhiều chủng loại với số lượng ít bằng Robot (Robot / ロボット) đã được kỳ vọng từ lâu. Với tỷ lệ tăng trưởng trung bình của Robot công nghiệp (Industrial robot / 産業用ロボット) tại Nhật Bản trong 20 năm qua ở mức khoảng 1,7%, có thể nói việc đưa Robot vào các cơ sở sản xuất đã tiến triển một cách vững chắc. Tuy nhiên, nó vẫn chưa đạt được mức độ to lớn như dự đoán ban đầu. Mặt khác, trong bối cảnh tỷ lệ sinh giảm và dân số già hóa ở Nhật Bản, kỳ vọng đối với các Robot hoạt động trong không gian cộng sinh với con người ngày càng lớn. Nhật Bản đang đi đầu thế giới về già hóa dân số, nhưng sau đó Hàn Quốc, Ý, Đức và nhiều quốc gia khác trên thế giới cũng sẽ bước vào xã hội già hóa. Trong bối cảnh đó, các viện nghiên cứu đa dạng trên thế giới đang tiến hành nghiên cứu và phát triển các loại Robot hỗ trợ sinh hoạt (Life support robot / 生活支援型ロボット) và Robot hỗ trợ con người (Human support robot / 人間支援型ロボット). Thay vì những nhà máy có môi trường làm việc được trang bị kỹ lưỡng, người ta kỳ vọng vào những Robot có thể hỗ trợ con người làm việc trong những môi trường khó trang bị nhân tạo như môi trường sống đa tạp, đường công cộng có người và xe cộ qua lại, hay môi trường bán tự nhiên như nông nghiệp và lâm nghiệp. Các Robot thông minh (Intelligent robot / 知能ロボット) làm việc tại đó phải có các giác quan như “nhìn”, “chạm”, “nghe”, tự mình đưa ra quyết định hành động dựa trên giao tiếp với con người, và thực hiện công việc với sự khéo léo gần giống con người. Các Robot thế hệ tiếp theo được yêu cầu phải hoạt động tích cực trong nhiều tình huống khác nhau như hỗ trợ trong cuộc sống hàng ngày và tại các cơ sở chăm sóc y tế – vấn đề nan giải trong xã hội già hóa, làm các công việc nguy hiểm ở những môi trường đặc biệt như dưới đáy biển hay ngoài vũ trụ, và kế thừa các kỹ năng thuần thục. Chương này sẽ phác thảo về cấu tạo cơ bản (Basic configuration / 基本構成) của Robot và phương hướng phát triển trong tương lai.

1.1 Lịch sử của Robot

≫ 1.1.1 Thế giới của những câu chuyện

Từ “Robot” bắt nguồn từ tiếng Séc có nghĩa là “người lao động”. Năm 1921, nhà viết kịch người Tiệp Khắc Karel Capek đã lần đầu tiên sử dụng nó trong vở kịch sáng tác “R.U.R (Rossum’s Universal Robots)”. Vở kịch này bắt đầu bằng việc nhà khoa học Rossum xây dựng một nhà máy sản xuất Robot để giải phóng nhân loại khỏi lao động. Lúc đầu, mọi việc diễn ra suôn sẻ theo đúng kế hoạch, nhưng kể từ khi Robot được giao vai trò quân đội thì tình hình bắt đầu trở nên tồi tệ. Và vở kịch khắc họa một bi kịch rằng vì một nhà khoa học đã ban cho Robot cảm xúc, nên chúng đã phát triển tinh thần phản kháng và cuối cùng giết chết tất cả con người. Đối lập với dòng chảy như vậy, vào năm 1950, trong cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng “I, Robot” (Tôi là Robot) của Isaac Asimov, Robot được miêu tả tuân theo Ba định luật Robot (Three laws of robotics / ロボット三原則) của Asimov. Ba định luật Robot (Three laws of robotics / ロボット三原則) Điều 1: Robot không được làm hại con người, hoặc chứng kiến con người bị làm hại mà không can thiệp. Điều 2: Robot phải tuân lệnh con người, trừ khi mệnh lệnh đó vi phạm Điều 1. Điều 3: Robot phải bảo vệ sự tồn tại của chính mình, miễn là sự bảo vệ đó không vi phạm Điều 1 và Điều 2. Hơn nữa, trong bộ truyện tranh “Astro Boy” (Tetsuwan Atom) của Tezuka Osamu hay “R2-D2” trong bộ phim “Star Wars” của Lucas, Robot được miêu tả như những người bạn đáng yêu và những người đồng chí trung thành của con người.

≫ 1.1.2 Thế giới kỹ thuật

Robot công nghiệp (Industrial robot / 産業用ロボット) mặc dù có hình dáng khác xa con người nhưng lại đang làm thay các công việc của con người. Khái niệm về Robot công nghiệp được cho là bắt đầu từ đơn xin cấp bằng sáng chế về “Programmed Article Transfer” (Chuyển giao vật phẩm được lập trình) dạng dạy và phát lại (Teaching playback / 教示再生型) của G.C. Devol người Mỹ vào năm 1954. Là một hiện thân của khái niệm đó, vào năm 1961, cỗ máy thực tế đầu tiên của Robot công nghiệp có tên là Unimate do Engelberger và cộng sự ở Mỹ công bố. Unimate này đã gây tiếng vang ở điểm con người thao tác các chuyển động của nó bằng cần điều khiển (joystick), ghi nhớ các chuyển động đó (Dạy / 教示), và sau đó lặp đi lặp lại chúng bao nhiêu lần cũng được (Phát lại / 再生). Sau đó, các nghiên cứu về Robot bắt đầu phát triển mạnh mẽ ở Nhật, Mỹ và Châu Âu. Tại Nhật Bản, năm 1980 được gọi là năm đầu tiên phổ cập Robot, năm 1983 Hiệp hội Robot Nhật Bản được thành lập, Robot công nghiệp do Nhật Bản sản xuất đã vươn tầm thế giới và đưa đất nước này được mệnh danh là vương quốc Robot. Và sau đó, Robot không chỉ giới hạn trong môi trường được trang bị sẵn như trong nhà máy, mà còn được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều môi trường khác nhau như công trường xây dựng, đáy biển, trang trại, vũ trụ, bệnh viện, và một số đã được đưa vào sử dụng thực tế. Cùng với đó, một lĩnh vực kỹ thuật gọi là kỹ thuật Robot (Robotics) đã được hình thành. Việc nghiên cứu Robot đã chuyển trọng tâm từ những nghiên cứu về động học và động lực học của Tay máy Robot (Robot manipulator / ロボットマニピュレータ) ban đầu sang các vấn đề hướng tới sự thông minh hóa vốn có của Robot như lập kế hoạch tự chủ công việc của Robot, chức năng thích ứng của Robot, kỹ năng của Robot, mở rộng phạm vi của các nền tảng công nghệ.

1.2 Khái niệm cơ bản về Robot

≫ 1.2.1 Robot là gì

Hình ảnh về Robot đối với mỗi người là khác nhau, và công nghệ Robot cũng đang tiến bộ nhanh chóng, vì vậy có thể nói rằng hiện tại vẫn chưa có một định nghĩa nào về Robot được công nhận rộng rãi. Nếu chỉ giới hạn trong Robot công nghiệp, ISO (Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế) / TC 184 (Hệ thống tự động hóa công nghiệp) / SC 2 (Robot công nghiệp) định nghĩa Robot công nghiệp có tay máy (Manipulating industrial robot / マニピュレーティング・インダストリアル・ロボット) như sau: 『Một cỗ máy có chức năng thao tác (Manipulation / マニピュレーション) đa dụng, có thể tái lập trình, được điều khiển tự động và có một số bậc tự do (Degree of freedom / 自由度)』 Có thể nói có sự khác biệt giữa Robot công nghiệp và các máy móc tự động chuyên dụng khác ở điểm sau. Cụ thể, máy tự động chuyên dụng là một công cụ hiệu quả cho sản xuất hàng loạt bằng cách thực hiện một công việc duy nhất hoặc cố định. Mặt khác, Robot công nghiệp là một công cụ hiệu quả cho sản xuất số lượng trung bình hoặc sản xuất nhiều chủng loại số lượng ít, nó thực hiện các công việc đa dụng bằng cách tái lập trình hoặc một cách tự chủ trước sự thay đổi của loại vật thể, thay đổi thiết kế, hoặc thay đổi công việc. Đối với các Robot được sử dụng trong các ngành phi sản xuất, đôi khi chúng được yêu cầu có chức năng di chuyển (Mobility function / 移動機能) hơn là chức năng thao tác, hoặc chức năng điều khiển từ xa (Teleoperation / 遠隔操縦) hơn là chức năng tái lập trình, vì vậy định nghĩa về Robot công nghiệp nói trên là không đủ. Nếu xét cả sự tiến bộ của công nghệ Robot trong tương lai và mạo muội đưa ra một định nghĩa về Robot, nó sẽ như sau: 『Một cỗ máy thực hiện công việc theo yêu cầu của con người, được trang bị các chức năng di chuyển để thực hiện các chuyển động linh hoạt tương tự như chức năng của bộ phận vận động của sinh vật, cùng với các chức năng trí tuệ như cảm giác, nhận thức, phán đoán, thích ứng và học tập.』 Để làm việc theo yêu cầu của con người, không thể thực hiện bằng một khả năng làm việc duy nhất, mà điều kiện tiên quyết là phải có khả năng làm việc mang tính đa dụng tương đối.

≫ 1.2.2 Cấu tạo cơ bản của Robot

Robot (Robot / ロボット) là một cỗ máy có nhiều bậc tự do, và như thể hiện trong Hình 1.1, bộ phận cơ khí chủ yếu bao gồm Tay máy (Manipulator / マニピュレータ) và Cơ cấu di chuyển (Locomobile / 移動機構). Tay máy bao gồm Cánh tay (Arm / 腕) và Bàn tay (Hand / 手), đóng vai trò trung tâm trong việc thực hiện công việc. Thông thường, cánh tay được chuẩn bị 6 bậc tự do để có thể lấy bất kỳ vị trí và tư thế nào trong không gian 3 chiều, nhưng cũng có trường hợp giảm bậc tự do để giới hạn công việc, hoặc thiết kế các bậc tự do dư thừa để tăng khả năng làm việc. Bàn tay đa dạng từ cơ cấu đóng mở bằng 2 ngón cho đến những loại được trang bị các ngón có nhiều khớp giống như tay người. Trong các công việc như hàn, sơn, bàn tay sẽ được lắp các dụng cụ gọi là Cơ cấu tác động cuối (End-effector / エンド・エフェクタ) hoặc Công cụ (Tool / ツール) như súng hàn hoặc vòi phun sơn để làm việc. 

Để vận hành tay máy hoặc cơ cấu di chuyển, cần chuẩn bị mỗi Cơ cấu chấp hành (Actuator / アクチュエータ), bộ khuếch đại truyền động cơ cấu chấp hành, và các loại cảm biến để phát hiện góc và vận tốc góc của khớp cho 1 bậc tự do. Khi cần nhận dạng đối tượng làm việc hoặc thao tác lực, sẽ cần đến cảm biến thị giác hoặc cảm biến lực. Để khiến một Robot có nhiều bậc tự do thực hiện công việc, cần có một Thiết bị điều khiển (Controller / 制御装置) để điều khiển thích hợp các bậc tự do chuyển động này. 

Hình 1.2 cho thấy cấu trúc cơ bản của một hệ thống Robot. Bản chất của thiết bị điều khiển chính là một máy tính. Nó nhận tín hiệu từ nhiều loại cảm biến khác nhau và xuất tín hiệu truyền động cơ cấu chấp hành để đạt được chuyển động dự kiến. Việc quyết định hoạt động điều khiển do chương trình điều khiển và dữ liệu được lưu trữ trong máy tính. Chương trình điều khiển và dữ liệu này có khi do người thao tác nhập trực tiếp vào thiết bị điều khiển, có khi được truyền từ bên ngoài thông qua mạng truyền thông kết nối với Robot. Hình 1.3 cho thấy một ví dụ về cấu trúc cụ thể của thiết bị điều khiển. cpu A sẽ diễn giải Ngôn ngữ Robot (Robot language / ロボット言語), gửi các chế độ điều khiển như điều khiển vị trí, điều khiển lực và các giá trị mục tiêu đến cpu B, đồng thời gửi chỉ thị nội dung xử lý đến thiết bị xử lý thị giác hoặc thiết bị xử lý cảm giác lực. cpu B sẽ tạo ra quỹ đạo mục tiêu cho từng khớp. Tại cpu C1 ~ cpu Cn, hệ thống điều khiển servo được thiết lập cho từng trục truyền động để bám theo quỹ đạo mục tiêu. Điều khiển servo đơn giản nhất là điều khiển phản hồi hệ số cố định về vị trí và vận tốc. Thông tin bên ngoài như thị giác được phản hồi về cpu B và được sử dụng để nhận dạng vật thể hoặc hiệu chỉnh quỹ đạo mục tiêu.

≫ 1.2.3 Phương pháp chỉ thị công việc cho Robot

Là phương pháp chỉ thị công việc cho Robot công nghiệp, phương pháp vẫn đóng vai trò chủ đạo hiện nay là Phương pháp dạy và phát lại (Teaching playback / 教示再生方式). Phương pháp này là cách thức để Robot thực hiện một công việc, người ta sẽ dạy cho nó các chuyển động để thực hiện công việc đó bằng một cách nào đó (gọi là dạy / 教示), và sau đó phát lại (tái hiện) điều này để hoàn thành công việc như mục đích. 

Các phương pháp dạy, như được thể hiện trong Hình 1.4, phần lớn được chia thành Phương pháp dạy trực tuyến (Online teaching method / オンライン教示方式) mang ý nghĩa được thực hiện trực tiếp trên dây chuyền sản xuất nơi Robot đang được đặt, và Phương pháp dạy ngoại tuyến (Offline teaching method / オフライン教示方式) mang ý nghĩa được dạy ở một nơi tách biệt khỏi dây chuyền sản xuất. Trong Phương pháp dạy trực tuyến (Online teaching method / オンライン教示方法), có Phương pháp dạy trực tiếp (Direct teaching method / 直接教示方式) nơi người thao tác (operator) trực tiếp cầm phần đầu của Robot thực tế để di chuyển, đồng thời ghi nhớ vị trí và vận tốc của từng góc khớp tại các thời điểm; và Phương pháp dạy gián tiếp (Indirect teaching method / 間接教示方式) nơi thao tác hộp dạy (teaching box) để di chuyển Robot và tạo ra quỹ đạo chuyển động. Phương pháp dạy trực tiếp được sử dụng để dạy trong các công việc sơn, trong khi phương pháp dạy gián tiếp được sử dụng trong các công việc hàn điểm. Cả hai đều có ưu điểm là thiết bị dạy đơn giản, nhưng có nhược điểm là phải dừng dây chuyền sản xuất mỗi khi tiến hành dạy. Ngoài ra, trong quá trình dạy này, có phương pháp PTP (Point to point / PTP) chỉ ghi nhớ tọa độ của các điểm chính cần đi qua và khi phát lại cũng chỉ thực hiện định vị tại các điểm đó, và phương pháp CP (Continuous path / CP) lấy từng điểm chính rồi bộ điều khiển nội suy giữa các điểm này tạo thành một đường dẫn liên tục và yêu cầu Robot bám theo. Phương pháp PTP được sử dụng cho công việc hàn điểm, còn phương pháp CP được sử dụng cho công việc hàn hồ quang. Phương pháp dạy ngoại tuyến (Offline teaching method / オフライン教示方法) là phương pháp mô hình hóa Robot thực tế và môi trường làm việc của nó trên máy tính, và tiến hành dạy trên mô hình này, thường đi kèm với thiết bị dạy được kết nối với hệ thống mô phỏng. Phương pháp này khiến thiết bị dạy trở nên phức tạp, và đòi hỏi Robot phải có khả năng hấp thụ được sự chênh lệch giữa điều kiện vận hành thực tế của Robot và điều kiện vận hành trong mô hình. Tuy nhiên, nó có một ưu điểm lớn là không cần phải dừng dây chuyền sản xuất. Trong phương pháp dạy ngoại tuyến này có Phương pháp ngôn ngữ Robot (Robot language method / ロボット言語方式) mô tả trình tự chuyển động bằng ngôn ngữ Robot, và Phương pháp phi ngôn ngữ (Non-verbal method / 非言語方式) chỉ định quỹ đạo chuyển động của Robot thông qua bản vẽ hoặc chỉ thị chuyển động của Robot thông qua sự trình diễn (demonstration) của con người trong môi trường thực hoặc không gian ảo. Việc dạy thông qua trình diễn của con người trong không gian ảo có thể cho phép việc dạy dựa trên ý định chuyển động của con người thông qua việc đo lường không gian vận động toàn thân của con người cũng như lực và vị trí thao tác của bàn tay 5 ngón, do đó nó sẽ rất hiệu quả đối với Robot hình người (Humanoid robot / ヒューマノイドロボット) đòi hỏi việc dạy vị trí và lực tại nhiều điểm.

≫ 1.2.4 Ngôn ngữ Robot

Ngôn ngữ Robot (Robot language / ロボット言語) là ngôn ngữ lập trình dành cho Robot mà con người dùng để chỉ thị các chuyển động hay công việc mục tiêu cho Robot. Trong tiêu chuẩn JIS, ngôn ngữ lập trình dành cho Robot công nghiệp SLIM đã được tiêu chuẩn hóa. Ngôn ngữ Robot bao gồm một bộ lệnh gồm: lệnh di chuyển và làm việc, các kiểu dữ liệu như số nguyên, số thực dấu phẩy động, lệnh điều khiển chương trình như rẽ nhánh và kiểm tra điều kiện, lệnh toán học như cộng trừ nhân chia, lệnh đầu vào/đầu ra cảm biến, lệnh hẹn giờ và xử lý ngắt, v.v. Việc lập trình bằng Ngôn ngữ Robot được chia thành Ngôn ngữ mô tả công việc (Task-level language / 作業記述言語) dùng để mô tả nhiệm vụ và Ngôn ngữ mô tả chuyển động (Motion-level language / 動作記述言語) dùng để mô tả từng chuyển động riêng lẻ. Ngôn ngữ dùng để lập trình bằng cách mô tả trực tiếp các mục tiêu phụ của công việc được gọi là Ngôn ngữ mô tả công việc (Task-level language / 作業記述言語) hoặc ngôn ngữ cấp tác vụ. Trong ngôn ngữ mô tả công việc, kế hoạch thực thi được lập ra một cách tự động. Ví dụ, đối với mệnh lệnh “cắm thanh vuông vào lỗ vuông tại điểm A”, hệ thống sẽ tự động lên kế hoạch quỹ đạo để Robot tránh chướng ngại vật, tính toán vị trí để nắm thanh vuông, gắp lấy thanh vuông, di chuyển đến điểm A, cắm vào lỗ vuông và thả thanh vuông ra. Bằng cách này, trong ngôn ngữ mô tả công việc, các thành tựu nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo được sử dụng để tự động tạo ra các chuyển động và giải quyết vấn đề. Ngôn ngữ mô tả công việc chỉ có thể mô tả ở mức độ tương ứng với cấp độ thông minh của Robot. Vì lý do này, hiện tại chỉ một số yếu tố chức năng đang được phát triển. Các hệ thống lập trình bằng ngôn ngữ mô tả công việc thông qua thao tác tương tác (interactive) với người dùng đã được đưa vào ứng dụng thực tế một phần. Ngôn ngữ mô tả một cách tuần tự các chuyển động của Robot hoặc của đối tượng làm việc được gọi là Ngôn ngữ mô tả chuyển động (Motion-level language / 動作記述言語) hoặc ngôn ngữ cấp chuyển động. Ngôn ngữ mô tả chuyển động được chia thành ba giai đoạn tùy theo mức độ trí tuệ với tư cách là một ngôn ngữ. Cấp độ thứ nhất là cấp độ khớp, mô tả chuyển động của các khớp của Robot. Nó được áp dụng như những Ngôn ngữ Robot sơ khai. Cấp độ thứ hai là cấp độ cơ cấu tác động cuối, mô tả chuyển động của đầu Robot theo hệ tọa độ thế giới (world coordinate). Chuyển động của các khớp được tính toán bằng mô hình động học ngược bên trong hệ thống ngôn ngữ. Cấp độ thứ ba là cấp độ đối tượng, mô tả chuyển động của đối tượng theo hệ tọa độ thế giới. Vị trí đầu cuối của Robot được tính toán từ thông tin hình học của đối tượng bên trong hệ thống ngôn ngữ. Phần lớn Ngôn ngữ Robot hiện nay ở cấp độ cơ cấu tác động cuối. Khi độ thông minh của Ngôn ngữ Robot càng cao, thì các chức năng hỗ trợ như kiểm tra va chạm với chướng ngại vật và lập kế hoạch quỹ đạo sẽ được bổ sung thêm.

1.3 Thuyết thế hệ Robot

Khi xem xét về thuyết thế hệ của Robot, điều quan trọng là phải có một góc nhìn để xem dựa vào đâu để chuyển giao thế hệ. Vì Robot là máy móc để con người bắt nó làm một công việc nào đó, nên việc chỉ dạy (dạy / 教示) nội dung công việc là điều bắt buộc. Nếu Robot có thể tự mình nắm bắt được điều kiện chuyển động và điều kiện môi trường, việc dạy không cần phải quá nghiêm ngặt, và việc dạy đối với con người sẽ trở thành một công việc dễ dàng. Điều này phụ thuộc vào mức độ hành động tự chủ của Robot. Do đó, thế hệ của Robot có thể được thảo luận dựa trên sự dễ dàng trong việc dạy học, hay nói cách khác là mức độ tự chủ của Robot. Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét các thế hệ dựa trên bảng phân loại Robot công nghiệp theo chuẩn JIS.

Bảng phân loại Robot công nghiệp theo JIS B 0134-1998 được trình bày trong Bảng 1.1. Trong đó, điểm chung của Robot tuần tự (Sequenced robot / シーケンスロボット), Robot phát lại (Playback robot / プレイバックロボット), và Robot điều khiển số (Numerically controlled robot / 数値制御ロボット) là, chúng thực hiện lặp đi lặp lại nguyên xi các chuyển động đã được định sẵn. Những Robot này hoàn toàn không có chức năng tự chủ (Autonomous function / 自律的機能), và về cơ bản có thể nói phương thức điều khiển chuyển động của chúng giống hệt với các máy công cụ điều khiển số (NC machine tool / 数値制御工作機械 (NC工作機械)) truyền thống. Loại Robot dạng lặp lại này được gọi là “Robot thế hệ thứ 1” (First-generation robot / 第1世代ロボット). Hiện nay, các Robot được sử dụng trong công nghiệp phần lớn thuộc loại này.

Robot thế hệ thứ 2 (Second-generation robot / 第2世代のロボット) có một số thông tin cảm giác nhất định và có chức năng sửa đổi hành vi của chính nó ở một mức độ nào đó dựa trên thông tin cảm giác này, trong đó Robot điều khiển cảm giác (Sensory controlled robot / 感覚制御ロボット) và Robot điều khiển thích ứng (Adaptive robot / 適応制御ロボット) tương ứng với thế hệ này. Ngay cả khi có một số khác biệt giữa các điều kiện chuyển động, điều kiện môi trường được chỉ dạy và các điều kiện thực tế, nó vẫn có thể hấp thụ (tự điều chỉnh) ở một mức độ nào đó, do đó phạm vi ứng dụng của Robot thế hệ thứ 2 khá rộng rãi. Có thể nói trọng tâm phát triển trong giới công nghiệp hiện nay chính là thế hệ Robot này.

Tiếp theo, Thế hệ thứ 3 (Third generation / 第3世代) sẽ tương ứng với Robot điều khiển học tập (Learning controlled robot / 学習制御ロボット) có thể học kinh nghiệm làm việc dưới một hình thức nào đó và phản ánh vào hành động, hoặc một loại không nằm trong phân loại của JIS là Robot điều khiển phối hợp (Cooperative control robot / 協調制御ロボット) có chức năng nhiều Robot hợp tác cùng làm việc. Các Robot thuộc thế hệ này đang được nghiên cứu tích cực ở nhiều quốc gia trên thế giới và một phần đã được đưa vào sử dụng làm Robot công nghiệp.

Đến Thế hệ thứ 4 (Fourth generation / 第4世代), đây là một lĩnh vực chưa được biết tới, tùy thuộc vào nhu cầu đối với Robot của xã hội trong tương lai mà đặc tính của nó sẽ khác nhau, nhưng hướng đi chính là tiến tới các Robot thông minh (Intelligent robot / 知能ロボット) tự phán đoán và quyết định hành động của mình. Tuy nhiên, vì chức năng học tập của Thế hệ thứ 3 cũng là một yếu tố quan trọng của Trí tuệ nhân tạo (Artificial intelligence / 人工知能), nên khái niệm Robot thông minh có thể tự quyết định hành động bằng Trí tuệ nhân tạo nên được hiểu là tên gọi chung cho các Robot có các chức năng cấp cao từ Thế hệ thứ 3 trở đi. Và để hiện thực hóa Thế hệ thứ 3 và 4, chúng ta phải giải quyết từng bước các vấn đề của ngành Robot học (Robotics / ロボティクス) như thể hiện trong Hình 1.5.

Nếu thay thế con người bằng Robot, có thể nói trí thông minh chỉ có thể phát huy khi có chức năng điều khiển chuyển động (Motion control function / 運動制御機能) để thực thi chính xác các chuyển động do bộ não lập kế hoạch. Chức năng điều khiển chuyển động này trải dài từ chuyển động ở mức độ phản xạ có điều kiện cho đến chuyển động tự ý thức, và không cần phải nói, việc phát triển nền tảng công nghệ để trang bị các chức năng này cho Robot cũng quan trọng không kém công nghệ Trí tuệ nhân tạo.

Bảng 1.1 Phân loại Robot công nghiệp

Bài tập thực hành (Exercises / 演習問題)

1.1 Nêu sự khác biệt giữa Robot và máy chuyên dụng, đồng thời xem xét lợi ích của Robot.

1.2 Nêu số bậc tự do (Degree of freedom / 自由度) của cánh tay con người.

1.3 Trình bày hình ảnh tương lai mong muốn về Robot.