进入20世纪以后，随着电的发明及其广泛应用，机器人技术也进入了一个新的发展时期。
1939年，美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro，如图1-14所示[11]。Elektro相貌堂堂，体形魁梧，拖缆控制，可以行走，会说77个字，甚至还可以抽烟，但离真正干家务活还差得很远。不过它让人们对家用机器人的憧憬变得更加清晰和具体起来。
第二次世界大战之后，美苏两国竞相发展核技术以争夺世界霸权，但是由于核武器所用材料具有致命的辐射作用，人体不能直接接触，所以美国原子能实验室迫切希望使用某些操作机械代替人来搬运、处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1944年发明了主-从机械手（如图1-15所示），开创了机械手研究的先河[12]。所谓主-从机械手，就是人们通过把放射性物质放置在辐射屏蔽间内，再通过控制在屏蔽间外面的主机械手，来驱动在屏蔽间内部的从机械手移动放射性物质。这种机械手至今仍应用在很多场合中。
图1-14 家用机器人Elektro
图1-15 主-从机械手
进入20世纪40年代，人类又迎来了两项重大科技发明。1946年2月14日，第一台电子计算机ENIAC在美国宾西法尼亚大学诞生（如图1-16所示），并于次日正式对外公布。
ENIAC每秒钟能执行5 000次加法或400次乘法运算，是人类手工计算速度的20万倍，人们为计算机的超凡能力而赞叹不已。但是，初生的ENIAC绝对不是一个“襁褓中的婴儿”，而是一个庞然大物，它包含了17 468个真空管、7 200个水晶二极管、1 500个中转器、70 000个电阻器、10 000个电容器、1 500个继电器、6 000多个开关。ENIAC长30.48 m，宽1 m，占地面积约63 m2。它有30个操作台，约有10间普通房间的大小，重达30 t，耗电量150 kW，造价48万美元。诚然，如此巨大的计算机想要普及应用显然是不现实的[13]。
1947年12月23日，美国新泽西州贝尔实验室的巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士在导体电路中进行用半导体晶体把声音信号放大的实验时，发明了科技史上具有划时代意义的成果——晶体管（如图1-17所示）[14]。因为它是在圣诞节前夕被发明的，所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，也使得计算机的体积缩小、价格大幅下降，而性能却大为提升，人们期盼已久的计算机大规模普及应用终于变成现实。
图1-16 世界第一台电子计算机ENIAC
图1-17 各种晶体管
这时候人们开始思索，机器可以做很多事情，但是机器需要人来操作。计算机具有比人类更优秀的计算能力，那么可否将计算机装在机器上来代替人操作机器呢？也就是说能否把计算机的智能功能和机器的机械功能结合在一起呢？1948年，诺伯特·维纳出版了《控制论》，在书中他深刻阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，并且率先提出了建设以计算机为核心的自动化工厂的思路。诺伯特·维纳将计算机智能和机器机械功能相结合的可行性从理论上进行了论证，为这一伟大结合奠定了坚实的理论基础[15]。
1954年，美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机器人能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。
1959年，乔治·德沃尔凭借伺服装置的专利与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——美国万用自动化公司（Unimation）。英格伯格因长期对工业机器人的努力研发和不懈宣传，被称为“工业机器人之父”。
1962年，Unimation公司的第一台机器人Unimate（如图1-18所示）正式出产并在美国通用汽车公司（GM）投入使用，标志着第一代工业机器人正式诞生[16]。
图1-18 机器人Unimate
同年，美国AMF公司生产出机器人VERSTRAN（意思是万能搬运），与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，从此在世界上掀起了对机器人应用和机器人研究的热潮。
随着机器人研究的深入，人们开始尝试将传感器安装到机器人身上，让机器人具有感知功能。1961年，恩斯特开始在机器人身上采用触觉传感器；1962年，托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手”上采用了压力传感器；1963年，麦卡锡则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年帮助麻省理工学院（MIT）制作出了世界上第一个带有视觉传感器、能识别并定位积木的机器人系统。
1965年，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast能通过声呐系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。
20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等高等院校陆续成立了机器人实验室。第二代带传感器、“有感觉”的机器人开始蓬勃兴起。
1968年，美国斯坦福研究所公布了他们研发成功的机器人Shakey（如图1-19所示）。该机器人带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey靠电视摄像机摄取图像，四周有“猫须型”接近觉传感器检测环境，下面使用轮子进行驱动，靠无线电天线和主计算机进行通信。Shakey可以算是世界上第一台智能机器人，它拉开了第三代机器人研发的序幕。
1978年，Unimation公司推出通用工业机器人PUMA（见图1-20），标志着工业机器人技术已经成熟。PUMA机器人具有多关节、全电动驱动、多CPU二级控制；可配视觉、触觉、力觉传感器，在当时是一种理念超群、技术先进的工业机器人。现在许多工业机器人的结构均是以此为基础的[17]。至今，PUMA仍然工作在生产第一线。
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图1-19 机器人Shakey
图1-20 机器人PUMA
1984年，英格伯格推出机器人Helpmate（见图1-21），这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年英格伯格预言：“我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全。”
1997年7月4日，携带火星探路者的美国飞船着陆火星[18]。这名火星探路者名叫“索杰纳”（如图1-22所示），是一个小型六轮探测机器人。该机器人重约10 kg，造价2 500万美元。它具有人工智能，使用太阳能动力。它目标明确，哪里有岩石就往哪里爬，目的是搜集有关岩石成分的数据。
图1-21 医疗服务机器人Helpmate
图1-22 火星探路者
1998年，世界著名玩具厂商乐高（LEGO）公司推出机器人（Mindstorms）系列套件（如图1-23所示），让做机器人变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界，同时掀起了机器人教育的热潮。
1999年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝（AIBO），如图1-24所示。AIBO为人工智能机器人（artificial intelligence robot）的缩写。AIBO售价在1 600美元左右，尽管价格不菲，但因功能强大、造型可爱，还是被人们抢购一空，创造了20分钟内卖掉3 000只的惊人纪录，从此娱乐机器人成为机器人迈进普通家庭的主要途径之一。
图1-23 乐高机器人
图1-24 索尼公司AIBO机器人
2002年5月2日，纽约证交所里，日本本田公司制造的仿人机器人阿西莫（ASIMO）（见图1-25）摇响了开市铃声，现场无数人的眼光顷刻投在了这个四英尺[1]高的白色机器人身上。评论家普遍认为：“这铃声不仅仅是庆祝本田公司在美国上市25周年，更是摇响了机器智能时代的开始。”
2002年，iRobot公司推出了吸尘器机器人伦巴（Roomba），如图1-26所示。iRobot公司是一个拥有整套发展机器人工业技术的公司，行业涉及军事、航天、民用等各个方面[19]。Roomba是一款典型的军转民产品，售价199美元，外形很像一张披萨饼，它能通过传感器和导航软件自动打扫房间。Roomba拥有的数学运算法使其可以自主设计路线，还可通过传感器避开各种障碍、察觉陡坡以免摔下楼梯。在电量不足时，它还能自动驶向充电座。目前，Roomba在全球的销量已超过500万台，是世界上销量最大、商业化最成功的家用机器人。
图1-25 本田公司ASIMO机器人
图1-26 吸尘器机器人Roomba
2011年2月25日5时53分（美国东部时间2月24日16时53分），美国“发现号”航天飞机顺利升空，携带人类首个太空机器人Robonaut 2进入空间站[20]。该机器人由美国宇航局与通用公司设计制造，是首个进入太空的仿人机器人，如图1-27所示。
图1-27 Robonaut 2机器人
2007年，微软公司总裁比尔·盖茨应《科学美国人》杂志社对机器人发展趋势的约稿，发表了举世瞩目的文章《家家有个机器人》[21]。文中指出：“机器人行业目前所面临的现状，和30年之前个人计算机所面临的状况一样：以若干开创性新技术为基础，行业内的公司在出售专业的商业服务，一大批新兴企业制造新式玩具、为发烧友提供配件，还出售其他各种有趣的产品。然而，它同时也是一个高度分散、各自为政的行业，几乎没有统一的标准或平台，开发项目复杂、进展缓慢，实际应用的成果寥若晨星，但是大家都看得到它的潜力。”文章预言：“机器人即将重复30年前个人电脑崛起的道路，机器人将彻底改变这个时代的生活方式[22]。”随即微软公司推出基于Windows开发环境、用于构建面向各种硬件平台的软件——Microsoft Robotics Studio（如图1-28所示），试图实现机器人统一的标准或平台，在机器人领域延续霸主地位。
图1-28 Microsoft Robotics Studio界面
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