高德东 编著
第0章
绪论
也许我们还不知道，机器人正在悄悄地走近我们，也正在缓缓地改变着我们。比尔·盖茨曾预言，机器人将像个人电脑一样无处不在。今天，我们已经可以清晰地感觉到他的预言的准确性。可以想象有一天，我们将和机器人站在一起，讨论工作，讨论下班后晚饭吃什么。总之，不管我们是否做好准备，机器人时代都如期到来了，而且机器人就围绕在我们身边：我们走进银行或者酒店，迎面服务的居然是机器人；我们会在淘宝网上挑选一款适合孩子的早教机器人，也会购买一台打理地面的家庭清扫机器人。
正如30年前的计算机和移动电话一样，机器人将影响和改变我们的生活，甚至影响当今社会结构。20年前的中国，如果谁拥有一台计算机，那么，他要么是从事计算机工作，要么就是计算机狂热者。而今，计算机已经成为许多人不可或缺的家用和工作必需品。20年前的中国普通百姓会想到计算机能这么快地走进他们的生活吗？移动电话则更加普遍地影响和改变人们的生活，甚至在偏远的山区也会有一位老妈妈拿着手机与远在异国他乡的孩子视频通话，倾吐她那渴望儿女的衷肠。
机器人将像计算机和移动电话一样改变我们未来的生活，其改变的力度和程度可能更甚。因为机器人是这个时代众多科技的集成品和综合体，它必将以一种更加广泛和更加深入的方式影响着人类。
0.1 机器人适应新形势需要
全球范围内正在掀起新一轮科技革命和产业变革热潮，无论是专家、学者的论文，还是媒体报道或政府文告，工业4.0、大数据、互联网+、物联网、智能化、云计算、3D打印、人工智能等词汇频繁出现，已成为社会各界关注的焦点[1]。机器人也伴随着新一轮科技革命成为我们生产生活中不可或缺的一部分。
0.1.1 工业4.0
2008年金融危机后，各国为了振兴经济并在新一轮工业革命中占据制高点，纷纷提出了再工业化战略。其中最著名的就是德国提出的工业4.0。
2011年，在汉诺威工业博览会上，德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特尔（Wolfgang Wahlster）提出，要在制造领域广泛应用物联网和服务网络等现代媒介，通过生产方式的变革推动第四次工业革命，即所谓“工业4.0”的最初概念，2013年4月德国推出了《德国工业4.0战略》，并在汉诺威工业博览会上正式发布了“工业4.0”[2]，将工业发展分成了四个连续阶段，如图0.1所示。从工业1.0到4.0其主要技术特征分别是机械化、自动化、信息化和网络化[1]。工业 4.0 强调通过信息网络与物理生产系统的融合来改变当前的工业生产与服务模式。德国希望在未来10～15年整体工业将逐渐从3.0向4.0转变。
在信息技术指数级增长、数字化网络化普及应用和集成式智能化创新等三大驱动力的作用下，工业3.0转换到工业4.0，从而带来了新一轮工业革命。工业4.0的核心技术是信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS），其概念由美国国家自然基金委员会于2006年提出，主要强调Computing、Communication和Control的融合[3]。CPS是实现了多个软件对多个硬件控制的网络，利用物联网、传感器的无线连接和感知功能来实现对工厂和企业的控制和管理。CPS可将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，将生产工厂转变为一个智能环境[4]。在CPS中，生产设备不再只是“加工”产品的设备，而是拥有智能功能的物联网节点；机器人就是CPS的关键智能节点之一，是实现智能车间和智能工厂的关键环节。
0.1.2 中国制造2025
2018年5月8日，国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。其指导思想是：坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业转型升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越[5]。
《中国制造2025》战略举措之一——高端装备创新工程以十大领域重点突破，其中就包括高档数控机床和机器人。我国未来十年将重点围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。对于五大工程之一的智能制造工程，要求紧密围绕重点制造领域关键环节，开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用；支持政产学研用联合攻关，开发智能产品和自主可控的智能装置并实现产业化；依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂/数字化车间。
2016年，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部等三部委联合印发了《机器人产业发展规划（2016—2020年）》，推动“十三五”期间机器人及其产业的发展。规划指出，机器人产业发展要推进重大标志性产品率先突破。在工业机器人领域，聚焦智能生产、智能物流，攻克工业机器人关键技术，提升可操作性和可维护性，重点发展弧焊机器人、真空（洁净）机器人、全自主编程智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重载AGV 6种标志性工业机器人产品，引导我国工业机器人向中高端发展。在服务机器人领域，重点发展消防救援机器人、手术机器人、智能型公共服务机器人、智能护理机器人4种标志性产品，推进专业服务机器人实现系列化，个人/家庭服务机器人实现商品化。
面对新一轮技术革新，德国工业4.0和《中国制造2025》虽然应对略有不同，但基本核心关键是一致的，即制造业与信息技术和网络技术的深度融合。世界其他各国也纷纷提出应对策略。美国奥巴马政府于2011年6月出台了《先进制造伙伴计划》（Advanced Manufac-turing Partnership，AMP），确定关键领域包括机器人和先进材料等；英国于2013年10月推出了《英国工业2050战略》，提出通过融合技术、产品和生产网络，促进制造业升级；日本于2014年9月出台《日本制造业白皮书》，提出向知识密集型的高端制造业转型；2015年5月，日本政府设立了“机器人革命行动协议会”；韩国提出了《工业4.0战略实施建议书》，将制造业和信息化融合[6-7]。可以看出，世界各国应对新一轮技术变革，核心直指工业化与信息化相融合的新型制造业，机器人在制造业转型过程充当着极其关键的角色。
在这一轮的技术变革中，以移动互联网与大数据服务、医疗健康与物联网、新能源与智能交通自动化、机器人与智能制造等为代表的科技创新正在改变世界的技术发展方向、产业竞争格局与社会组织结构，这一交错融合的科技浪潮引起了制造模式、生活方式、军事作战形态等的变化[8]。制造业数字化、网络化、智能化（即智能制造）是这一轮工业革命的核心[5]。而智能制造的关键环节就是机器人，它将替代人力最终实现“无人工厂”。信息与互联网、新材料与新能源、自动化与人工智能等技术发展以及多学科前沿交叉理论与技术进步，必将拓展机器人的应用领域，并衍生出与机器人相关的新概念、新理论和新方法。
0.2 机器人教育现状
在工业4.0和《中国制造2025》战略的政策激励下，我国工业进入“智能+”时代，机器人产业发展迈入快车道。但机器人专业人才匮乏成为制约产业发展的瓶颈，据教育部、人社部与工信部发布的《制造业人才发展规划指南》预测，到2020年我国高档数控机床和机器人领域人才总量需求为750万，缺口达到300万，到2025年，人才总量需求为900万，缺口将进一步扩大到450万。通过对比2013年和2015年数据，机器人相关职位硕博高学历层次人才需求同比增长率为117.1%，本科学历层次人才需求同比增长率为154.5%，大专及以下学历层次人才需求同比增长率为277.0%[9]。可见，加强机器人教育对填补未来人才缺口有着重要的意义。
0.2.1 美日机器人教育
美国高校的机器人教育主要呈现以下两个趋势，一是开设相关课程，二是将机器人作为课程学习的平台，运用到教学中，更增强了学生动手实践的能力[10]。麻省理工学院涉及机器人教育的课程包括认知机器人学、机器人学导论、自控机器人设计竞赛、机器人编程竞赛，结合各个专业所需以及机器人应用领域，开设在航空航天学、机械工程学和电气工程与计算机等学科专业中[11]。而俄勒冈州立大学则将机器人作为学习平台，其电子工程与计算机科学系在电子概念导论、电子基础、数字逻辑设计、信号与系统、计算机原理与汇编语言、机械设计等课程中使用TekBot机器人作为学习平台，加强课程连贯性，将课堂学习理论应用到机器人设计与开发中[11]。
在基础教育方面，美国从小学开始学习编程、撰写程序和机器人控制，同时锻炼孩子动手操作能力；到中学则加入机器人社团，每天花三四个小时在实验室，准备竞赛[10]。在美国的基础教育领域，机器人教育主要由四种形式组成：一是开展机器人技术课程，二是运用于课外活动，三是举办以机器人为主题的夏令营等活动，四是利用机器人技术作为辅助教学工具的活动[11]，可见其课程设置的灵活性、自由性。
早在1980年，日本便将机器人产业定位为前沿技术产业，并面向专业技术人员，由企业、产业机器人工业协会或培训机构等开展技术研修。20世纪80年代，日本大学及科研院所中鲜有机器人相关专业，多在机械工学等学科中开展相关的教研活动，比较具有代表性的是名古屋大学电子机械专业和早稻田大学机械工学专业。随着技术的发展，信息技术等学科也逐渐开始增设相关研究，如东京大学机械学院新建机械信息工学专业、庆应义塾大学理工学院设立系统设计工学专业等。1996年，日本首个机器人学科在立命馆大学理工学部成立，代表着机器人正式作为独立学科出现在高等教育中[12]。而且，日本每所大学都有较高水准的机器人研究会，每年定期举行机器人设计和制作大赛[13]。
日本机器人高等教育以千叶大学为典型。该大学在本科阶段开设机器人启蒙课程或机器人基本原理，旨在让学生普遍了解机器人基础理论；在研究生阶段则开设高级机器人学课程，涉及专业面也较广，包括机械、电气、航空航天等。同时与俄勒冈州立大学类似，机器人作为学习平台普遍应用于千叶大学的课程中，包括电子元件、电路基础、数字逻辑、信号工程、计算机原理、工程机械设计等课程。同时千叶大学也十分重视机器人伦理素养的培养，率先颁布了《日本千叶大学机器人宪章》，以维护、保全地球生态系统平衡为理念，积极促进机器人的研究开发与技术教育[14]。
日本机器人教育呈现低龄化，初期以高等教育为主，后来逐步向中学教育过渡。1988年NHK（日本放送协会）和全国中专联合会主办机器人竞赛，自1991年起成为全日本所有中专院校均参赛的全国盛会。面向中学生的机器人竞赛则有由文部科学省与产业教育振兴中央会等主办的高中生机器人竞技大会，以及由全日本技术家庭科研究会举办的全国中学生机器人竞赛等。1998年，文部科学省将编程列为日本中学必修内容。调查结果显示，到2004年日本23%的中学在技术家庭科目中开展机器人教育。另外，日本企业也积极参与教育活动，如2017年日本软银机器人有限公司投入58亿日元实施“Pepper社会贡献项目”学校挑战，将旗下的人形机器人产品“Pepper”无偿借给各地区282所公立中小学，以开展中小学的编程教育应用研究[12]。
0.2.2 我国机器人教育
我国机器人教育起步较晚，从研究机构来看，有关机器人教育的研究大多存在于各大高校，且多为师范大学和工程类大学，开设机器人教学课程的高校数量较国外高校少很多[15]。同时也有一部分职业技术院校开展了相关研究，中小学校的研究力量相对薄弱。但目前研究力量中知名大学相对较少，有的大学甚至才刚刚引进机器人教育。机器人教育是学校对学生进行工程教育的重要抓手，在各类学校开展机器人教育、研究机器人的教育价值，对加快教育改革和机器人教育的发展，提高学生的创新能力和跨学科整合能力具有重要的现实意义[16]。
1.中小学机器人教育
我国中小学机器人教育可追溯到2000年，北京景山学校以科研课题的形式将机器人纳入信息技术课中，率先开展中小学机器人教育。2001年，上海市西南体育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”形式进行机器人知识普及。随后，越来越多的学校开展了机器人实践教育，主要有竞赛模式或兴趣小组两种模式[17]。2001年，中国科学技术协会面向中小学举办了首届中国青少年机器人竞赛[18]，到2016年整合为现在的机器人综合技能比赛、机器人创意比赛、FLL机器人工程挑战赛、VEX机器人工程挑战赛和WER工程创新赛五个竞赛项目，普及和培养青少年的机器人知识和素养。
教育部于2003年4月颁布了《普通高中技术课程（实验）标准》，首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人”模块，基于计算机技术的学习平台，将机械传动与单片机应用有机组合。同年，教育部将中小学机器人比赛纳入“全国中小学电脑制作活动”中；同时普通高中新课程也将“人工智能技术及简易机器人制作”列入选修内容。据调查，大多数中学都开展了机器人教育，但是其开展的主要形式基本上为参加各类机器人竞赛。由于器材、场地、经费等因素的限制，开设了机器人课程的学校多集中在发达城市，偏远地区的一些乡村学校几乎没有开设该课程[19]。
中小学机器人教育正面临着受众面过于狭窄、区域分布呈现出显著的差异性、在具体实施过程中还普遍存在着流于形式和不受重视的困境[20]。其主要问题体现在：主要以竞赛为主，没有充分调动学生的主动性，缺乏机器人素养培训；机器人教育的专业师资队伍短缺（贫困欠发达地区尤为严重）；机器人教育课程和基础教学条件不足；机器人教育评价体系不完善[20-21]。
随着智能时代的到来，教育部门高度重视机器人教育，2017年7月国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》明确指出，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。2018年1月教育部发布的《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》，在通用技术课程中增加了“机器人设计与制作”模块，涉及计算机、程序设计、传感器等。以上文件的颁布意味着我国机器人教育在大众化、普及化层面迈入新时代。
2.高校机器人教育
我国高校机器人教育起步也较晚，开设机器人教学的高校数量和课程数量都较美日等机器人教育发达国家要少，而且大部分为工科院校。清华大学机械工程专业开设“机器人工程基础及应用”，自动化系开设专业课程“人工智能”和实践课程“机器人控制综合实验”；华中科技大学开设“机器人技术基础”，面向机械、材料、能源和自动化等专业。北京理工大学开设“工业机器人技术”、实验课程“机器人系统测试”，两门课程均为机械工程学科中与机电控制相结合的专业模块课；中南大学为机电一体化专业开设“机器人学基础”；兰州大学面向工科开设“大学教学机器人”课程，属于机器人教育普及性质[14]。青海大学自2012年起，首先为机械设计制造及其自动化专业开设“机器人技术基础”选修课程，而后拓展至机械电子工程专业。
国内大部分高校机器人课程设置在机械、自动化等专业，而被电气工程、材料工程、计算机应用、能源等专业列入选修课程。随着机器人被广泛应用，本科专业设置成为诸多国内高校的期待。2016年3月，教育部批准东南大学自动化学院设立机器人工程（080803T）四年制本科专业，成为首个机器人本科专业，培养目标为以机器人为核心的自动化生产线、成套设备设计、研发和应用系统工程师。随后，安徽工程大学机械工程学院也设置了机器人工程专业，至此机器人工程专业作为国内本科专业而正式名列教育专业名录，2017年已增至60所，涵盖“双一流”建设高校及高职院校[22]。2018年，机器人工程专业成为热门专业。
随着机器人教育内涵的不断延伸，仅仅局限于机械工程、电子信息、计算机等少数几个学科及其专业的机器人教育并不能很好地体现现代高等工程教育的“大工程”观。纵观近年来机器人技术的发展，机器人正在从工业环境逐步渗透到家庭服务、娱乐、医疗辅助、公共服务等社会环境。自1989年以来，机器人技术在生物（仿生性能）、感知方面的进步趋势正逐步超越计算机、机械和电子工程等传统优势学科[23]，然而我国高校在医学、能源工程、环境科学、生物工程、材料科学等学科专业开展的机器人教育极其匮乏，无法适应机器人跨学科、跨领域的交叉发展特点[24]。而随着机器人应用领域的不断拓展，所有专业的学生都可以从机器人感知和机器人文化的角度出发，对机器人在人类社会演进历程进行认知，了解机器人在当代工业、农业、社会服务和军事等范围内发挥的作用，分析和评价机器人技术和机器人文化的进步对人类社会和经济产生的影响[24]。因此，多维度的机器人技术传递和文化教育，对于引导学生之间进行跨学科、跨专业的交流和创新具有重要的推动作用。
高校机器人教育的另一种重要形式就是各类竞赛。对于国际上机器人公开赛，面向大学生最有影响力的是机器人足球竞赛。机器人足球竞赛组织包括FIRA（Federation of International Robot Soccer Association）组织和RoboCup联合会。FIRA是由韩国创办的组织，自1996年开始共举办了7届赛事，足迹遍及亚洲、欧洲、北美洲、大洋洲，其举办的赛事成为各类国际机器人竞赛中最具水平和影响力的赛事之一。FIRA中国分会于2000年在哈尔滨工业大学成立，到2011年共举办了13届全国机器人锦标赛，从2012年开始，与国际仿人机器人奥林匹克大赛合并为“全国机器人锦标赛暨国际仿人机器人奥林匹克大赛”。RoboCup（Robotic World Cup）联合会成立于1992年，1996年在日本举行了一次表演赛，获得了很大成功。RoboCup活动包括学术会议、机器人世界杯、RoboCup挑战计划、RoboCup教育计划等。机器人足球世界杯是RoboCup活动的中心，包括小型机器人比赛、中型机器人比赛、Sony有腿机器人比赛、仿真机器人比赛等[25]。教育部主办的中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是中国目前最具影响力、最权威的机器人技术大赛，基本覆盖了中国最高级别的机器人专家和学者，其中最吸引人的还是RoboCup足球机器人比赛。
国际机器人竞赛还包括机器人灭火竞赛、国际机器人奥林匹克竞赛（International Robot Olympiad Committee，IROC）、亚太大学生机器人大赛（ROBOCON）等[26]。
国内大学生机器人竞赛除了上面提到的以外，有影响力的还包括“广茂杯”中国智能机器人大赛（暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛）、全国大学生机器人电视大赛（暨亚太大学生机器人大赛的国内预选赛）、“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛及RoboMasters全国大学生机器人大赛等[26]。伴随“大众创业，万众创新”口号的提出，国内各高校、各地区都积极响应，组织大学生科技创新活动，机器人也作为最活跃的竞赛活动在各高校兴起。
3.高校机器人教育存在的问题
尽管我国机器人教育取得了长足发展，但依然存在一些问题，主要整理如下。
高校机器人教学受众面较窄。目前，国内大多数高校机器人专业教育还是面向自动化、机械、电子、计算机等专业的学生，过高的专业性教育提高了普通学生接触机器人的门槛。仅有少数高校开设了机器人通识教育课程，面向全校工科专业。如前所述，机器人正与生物技术、医疗工程等学科进行着深度的交叉和融合，面向生物、能源、医疗等学科开设机器人应用课程，拓展学生对机器人的认识，对于促进机器人与其他学科的融合发展以及培养复合型人才有着重要的意义。
机器人教育资源匮乏，且开放性差。目前的机器人教育场地主要为各高校相关的机器人实验室。而实验室的场地有限，且机器人种类又与其实验室的专业方向（多为研究方向）相关，并不全面，无法满足高校大学生关于机器人的通识教育，这使得很多高校的机器人教育陷入停滞的状态。国内高校还缺乏像日本千叶大学、美国俄勒冈州立大学那样对多学科、多课程进行支撑的机器人教学平台。
中小学及高职学校机器人师资匮乏。国内能开展机器人教育的中小学均在经济发达的城市，尽管如此，其专业的机器人教师依然匮乏，主要是部分有兴趣的老师来指导（或者为竞赛而专门临时聘请）。中高职教育近年来得到大力发展，国家投入资金建设实验室，也购置了很多教学型机器人，甚至是工业机器人，但其中很大一部分仅能用于参观、演示，无法面向学生开设实操、编程和创新课程，其瓶颈在于缺乏师资。
以竞赛为中心，忽略教育本质。无论中小学，还是高等院校，很多都是以竞赛作为机器人教育进门砖。固然，通过竞赛的手段能够提高学生的积极性，并在一定程度上反映出学校的机器人教育水平[15]。但是，竞赛仅针对参加的学生进行特训，降低了机器人教育的受众面；同时以竞赛为中心开展训练，容易忽略机器人的基础教育。
0.3 新工科背景下的机器人学科
在新技术变革的进程中，作为核心环节的机器人应用迅速普及，产能快速扩张，国产品牌机器人进入规模应用，研发工程师需求量激增。机器人技术是涉及机械、计算机、电子、自动控制等学科的综合技术，并在应用和发展过程中不断与其他学科交叉融合，因此急需高校培养机器人专业人才来满足当前需求[22]。而随着机器人应用的广泛普及，机器人知识的普及教育也成为重要课题。
为适应新一轮技术变革和国家制造业发展战略，高等教育也适时地提出了“新工科”概念，尤其强调新工程业态下工科人才培养模式的探索。作为智能制造的关键环节和典型的边缘交叉学科，机器人技术是新工科背景下大力推动和发展的学科专业之一。一方面机器人工程专业从机械、电子和自动化等专业独立出来，另一方面机器人技术与其他学科正进行更深入的交叉和融合。因此，高校机器人教育也需要近机类的专业培养和跨学科的通识培养并重。
0.3.1 新工科理念
为迎接新一轮技术变革，以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展。工程教育与产业发展联系紧密、互相支撑，新产业的发展需要工程教育提供人才支撑。基于CPS的智能制造正在引领制造方式变革，产业的转型升级与新产业形态的产生，产业发展模式的改变，对人才的知识结构提出了新的挑战[27]。为适应新形势需求，2017年通过“复旦共识”和“天大行动”正式提出了新工科概念，探索适应新技术变革的工程人才培养新模式。
新工科在秉承服务国家战略、对接产业行业、引领未来发展和以学生为中心等理念的基础上，拓展出新型学科专业、新生学科专业和新兴学科专业，突出专业的引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性[28]。新型学科专业指为了适应人工智能、大数据、云计算、物联网等新技术对传统工程学科专业的影响，将传统学科专业转型、改造和升级而形成的新型学科专业；其核心就是工科专业的信息化、数字化和智能化。在国家推进两化融合的进程中，所有工科专业都躲避不开“转型”而成为“新”专业。新兴学科专业指全新出现、前所未有的新学科专业，主要指从应用理科孕育、延伸和拓展出来的面向未来新技术和新产业发展的学科专业。
新生学科专业指为满足产业当前和未来发展对人才的需求，不同工程学科交叉复合或由工程学科与其他学科交叉融合而产生的新的学科专业。机器人工程专业就是机械工程、电气工程、计算机工程、网络技术、传感器技术等多学科交叉复合的新生专业；拓展至其应用，机器人则更与生物技术、地质工程、医疗工程、农业工程等各领域融合发展，是典型的跨领域、跨学科、跨专业的交叉边缘学科[28]。
0.3.2 机器人学科发展
从学科的演进史来看，呈现出“分化–综合”的态势。17、18世纪科学学会的成立标志着知识划分史上的突破，物理、化学、生物等从自然哲学中分离出来成为独立学科，社会科学从道德哲学中独立[29]。学科划分在保证知识系统性的同时却割裂了科学的完整性。面对经济、社会发展问题的日益复杂化，单一学科知识日趋无力，跨学科研究已在美国研究型大学中普遍开展[30]。
机器人是典型的交叉学科，是二战以后伴随计算机技术、信息技术和控制理论等学科发展而诞生的，并且与机械工程深入交叉。从1954年德沃尔（George Devol）制造第一台工业机器人开始，机器人技术经过70余年发展，已经成为机械工程、控制理论、材料工程、计算机工程和仿生学等众多学科相互交融的复合学科。单以工业机器人为例，其所涉及的知识体系包括微积分、矩阵分析、力/运动学、光学、电学、机械原理、控制原理、电子电路、信号与系统、动力学、传感器、通信原理、图像处理等数学、物理、机械工程、电气工程等多个学科的基础知识[22]。
而机器人正在从工业应用型向服务型转变。在这个转变过程中，机器人应用领域被极大拓展，同时也与人工智能、大数据、生物工程、材料工程、医疗工程、农业工程、食品工程，甚至是管理科学进行着深度的交叉融合。机器人学科充分体现出“新工科”理念下的新工程业态，并逐步像计算机一样成为人类工作、生活中必不可少的工具。
回归到本书的目标，就是以机器人教育为载体，回顾机器人历史和发展历程，把握机器人技术的进步，畅想机器人的未来发展趋势。在此基础上，充分展现机器人在各领域、各学科以及各产业的延伸和拓展，推动多领域、多学科的专业人才之间的技术共享和交流，有效激发他们的创新思维和协作能力，建立起现代高等教育的“大工程”观。同时，面向大众普及机器人技术及其应用的知识，营造机器人文化氛围，为迎接机器人普及时代的到来做好准备。
0.4 本书结构
本书共分五章，主要内容简述如下：
第1章主要介绍“机器人”的词语起源、机器人定义、机器人分类、机器人组成部件及相关技术参数等基本概念。
第2章系统回顾了“前工业机器人时代”国内外机器人的起源和发展历史。梳理了我国古代记载“机器人”的文献。按照战国之前、秦汉至南北朝、隋唐至宋元、明清时期的时间顺序对我国“古代机器人”进行了阐述；国外方面，从古希腊神话展开，重点介绍了达·芬奇时代、15～18世纪期间以及近代的机器人。现代机器人畅想部分则从科幻小说、影视作品方面介绍了现代幻想中的机器人。
第3章主要阐述了20世纪50年代第一台工业机器人出现到21世纪初的机器人发展历程。按照第一代示教再现、第二代感知型和第三代智能型对机器人发展历程做了详细分解。三代机器人的发展历程可以看作“机器+人的动作”“机器+人的感觉”及“机器+
人的智慧”的机器进化过程。
第4章在介绍全球机器人发展战略的基础上，分行业领域对机器人的应用状况做了详细阐述。在工业机器人方面，细分到搬运机器人、焊接机器人、装配机器人、打磨抛光机器人和智能化产线；在服务机器人方面，细分到家用服务、医疗服务（细分至外科手术、康复训练和人工智能诊疗系统）和公共服务等领域；特种机器人则介绍了救援、军用和微型机器人，以及无人机和无人驾驶汽车等。
第5章分析了机器人发展的两个趋势，即“向人”和“向机器”的对立属性发展，并介绍了未来可能出现的颠覆性机器人技术，包括软体机器人、金属液态机器人、生物机电及人工情感机器人等。最后围绕道德、法律、责任、义务、权利等对机器人伦理问题进行了讨论。
