機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)

1、機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)機(jī)器人現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：1. 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便 于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91年 的10. 3萬(wàn)美元降至97年的6. 5萬(wàn)美元。2. 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服 電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品 問(wèn)市。3. 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展， 便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且 采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和

2、可維 修性。4. 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、 加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等 傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳 感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配 置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。5. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、 預(yù)演發(fā)展到用于 過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。6. 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是 致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系 統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn) 入實(shí)用化階段。美

3、國(guó)發(fā)射到火星上的 索杰納”機(jī)器人就是這種 系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。7. 機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從 94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出 虛擬軸機(jī)床” 以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代七五”科技攻關(guān)開(kāi) 始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò) 七五”、八五”科技攻關(guān)，目 前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件 和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人 關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人； 其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動(dòng)噴 漆生產(chǎn)線(xiàn)（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車(chē)制 造廠的焊裝

4、線(xiàn)上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工 程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外 產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)技 術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī) 器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主 要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù) 的要求，一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零 部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可 靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn) 品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn) 產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在 “8

5、63”劃的支持下，也取得 了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無(wú)纜 機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙 臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器 人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不 少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制 技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī) 器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差 距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能 形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。發(fā)展方向應(yīng)從如下幾個(gè)方面對(duì)新一代機(jī)器人的技術(shù)進(jìn)行研

6、究。機(jī)器人本體優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)新一代智能控制機(jī)器人技術(shù)關(guān)鍵機(jī)器人單元部件制造技術(shù)機(jī)器人離線(xiàn)編程和仿真技術(shù)基于外部傳感器技術(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)工業(yè)機(jī)器人故障遠(yuǎn)程診斷與修復(fù)技術(shù)工業(yè)機(jī)器人與成套裝備協(xié)同作業(yè)技術(shù)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)及對(duì)系統(tǒng)性能的影響具有柔性、高度加速，大負(fù)載機(jī)器人機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模、模型簡(jiǎn) 化、辨識(shí)及控制方法.協(xié)作機(jī)器人：機(jī)器人助手和伙伴機(jī)器人控制通常有兩種方式，直接遙控和充分自我控制，問(wèn)題是遙控 很麻煩，充分自我控制往往如科幻電影?？梢詮闹姓业揭粋€(gè)平衡點(diǎn)， 讓人類(lèi)和機(jī)器人協(xié)作完成任務(wù)，比如下圖的PR2機(jī)器人遞藥給人。美國(guó)國(guó)家機(jī)器人倡議（NRL）提供7000萬(wàn)發(fā)

7、展協(xié)作機(jī)器人項(xiàng)目，目標(biāo) 是把機(jī)器人從工產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展到人們的日常生活， 就像當(dāng)年計(jì)算機(jī) 由軍用到民用。這些機(jī)器人必須是安全的，價(jià)格相對(duì)便宜且使用方便， 機(jī)器人利用其長(zhǎng)處配合人類(lèi)完成工作。 該項(xiàng)目的范圍是廣泛的，但機(jī) 器人的一個(gè)關(guān)鍵方面是明確的：即與人的互動(dòng)。所以希望看到2012協(xié)作類(lèi)機(jī)器人有更大發(fā)展。2. 3D遙感:Kinect革命在繼續(xù)去年，一個(gè)奇怪的裝飾開(kāi)始出現(xiàn)在許多機(jī)器人頭上，這就是現(xiàn)在流行的微軟Kinect 3D傳感器，它價(jià)格便宜且使用方便，用Kinect繪制3D 地圖和作為動(dòng)作傳感器，Kinect成為機(jī)器人社區(qū)的最?lèi)?ài)（看下圖）。人 們一直在尋找一種低成本的設(shè)備替代激光測(cè)距儀，現(xiàn)在Ki

8、nect幫忙實(shí)現(xiàn)（至少可以在室內(nèi)使用）,Kinect 2可能會(huì)在今年發(fā)布，將具有更高 的分辨率和幀速率。3.云機(jī)器人：機(jī)器人共享技術(shù)幾個(gè)研究小組正在探索云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上的機(jī)器人，依靠云計(jì)算機(jī)處 理大量的數(shù)據(jù)。這種方法可以直接調(diào)用 云機(jī)器人”將使機(jī)器人不需 要做復(fù)雜的計(jì)算，如圖像處理和語(yǔ)音識(shí)別，甚至可以立即下載新的技 能。很多相關(guān)項(xiàng)目都在進(jìn)行中。特別是，谷歌有一個(gè)小團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)建機(jī)器人云服務(wù)，如果這種技術(shù)流行起來(lái)，對(duì)該領(lǐng)域可能是結(jié)構(gòu)性的轉(zhuǎn)變（想象每個(gè)機(jī)器人使用“ Googie地圖”進(jìn)行導(dǎo)航）。在歐洲，一個(gè)重大 項(xiàng)目RoboEarth,其目標(biāo)是開(kāi)發(fā) 機(jī)器人萬(wàn)維網(wǎng)”，一個(gè)巨大的云數(shù)據(jù) 庫(kù)，機(jī)器人可以共享

9、有關(guān)的對(duì)象，環(huán)境和任務(wù)的信息（見(jiàn)下圖） 。許 多其他項(xiàng)目正在形成，我們預(yù)計(jì)，在 2012年 云機(jī)器人”將成為一個(gè) 時(shí)髦詞。4.力控制下的柔順驅(qū)動(dòng)器：柔軟的觸感機(jī)器人機(jī)器人與人互動(dòng)時(shí)，安全是首要問(wèn)題，常規(guī)的工業(yè)機(jī)械手臂在工廠作 業(yè)沒(méi)什么問(wèn)題，但要想機(jī)器人和人密切合作，柔軟的觸覺(jué)機(jī)器人就非 常有必要。出于這個(gè)原因，我們預(yù)計(jì)在 2012年將看到更多力控制下 的柔順驅(qū)動(dòng)器和觸覺(jué)傳感技術(shù)的改進(jìn)，如下圖 Meka公司的M1機(jī)器 人。此外，希望研究人員跳出 條條框框”限制，開(kāi)發(fā)新的更聰明的驅(qū) 動(dòng)器，避免使用機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置。例如在 2011年，我們就看到推出過(guò)許多柔軟的機(jī)器人”，這些機(jī)器人感覺(jué)上很接近生物體，如

10、iRobot的六足JamBot,他使用一種叫作6 JMU的驅(qū)動(dòng)器，還有OtherLab研 制的一個(gè)充氣機(jī)器人 Pneubot,使用面料和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。這些項(xiàng)目都指 向一個(gè)充滿(mǎn)誘人的未來(lái)，我們期望在2012年更多的柔軟的機(jī)器人出現(xiàn)。CROPEN.comA.U g5.基于智能設(shè)備機(jī)器人：新的機(jī)器人智能開(kāi)發(fā)機(jī)器人可以由傳感器、處理器、顯示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等元素組成。智能手 機(jī)和平板電腦似乎具備了這些特性。iRobot公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一個(gè)叫Ava的遠(yuǎn)程機(jī)器人，可以在平板電腦上使用。再比如，兩個(gè)西雅圖的 工程師從募捐網(wǎng)站Kickstarter拿到10萬(wàn)美元并迅速開(kāi)發(fā)出一個(gè)可愛(ài) 智能手機(jī)供電機(jī)器人 Rom o（下圖）

11、。這兩個(gè)例子代表著一種趨勢(shì)，移 動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域上的機(jī)器人開(kāi)發(fā)潛力巨大。蘋(píng)果的iOS和谷歌的An droid 興起了前所未有的創(chuàng)新浪潮。其結(jié)果將是有更多的機(jī)器人，從移動(dòng)實(shí) 驗(yàn)室進(jìn)入市場(chǎng)。在手機(jī)越來(lái)越多的智慧，像蘋(píng)果公司的語(yǔ)音助手Siri， 將影響今年的機(jī)器人玩具和研究，由于智能設(shè)備加入，機(jī)器人會(huì)變得 更聰明。6.更低的成本：一個(gè)你能負(fù)擔(dān)得起的機(jī)器人手臂隨著機(jī)器人發(fā)展，像3-D傳感器器得到普及，機(jī)器人的整體成本急劇 下降。不過(guò)似乎驅(qū)動(dòng)器例外。最明顯如夾鉗和自由手臂。我們不是在 談?wù)撍欧鉀Q方案，我們所說(shuō)的也是許多機(jī)器人專(zhuān)家在的想。 他們希 望有一個(gè)強(qiáng)大的移動(dòng)操縱系統(tǒng)：具備人的外形尺寸，兼容的驅(qū)動(dòng)，足

12、夠的有效載荷（至少5公斤），當(dāng)然至少低于5000美元。2011年由斯坦福大學(xué)的研究人員對(duì)一種低成本的柔性機(jī)器人研究指出這是可能的（如下圖所示的系統(tǒng)）。而事實(shí)上，有相當(dāng)數(shù)量的資金用在這個(gè)方 向，女口 DARPA的三個(gè)方案（ARM-H，ARM-S，和M3）和美國(guó)國(guó)家 科學(xué)基金會(huì)。7.無(wú)人駕駛汽車(chē)：解放你的雙手好吧，你可能不會(huì)很快看到您附近出現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)， 除非你住在硅 谷，谷歌已經(jīng)充分地測(cè)試其著名的豐田普瑞斯自駕車(chē) （如下圖：觀看 TED演示），盡管不敢保證已經(jīng)非常完善，但有一點(diǎn)是肯定的，過(guò)去幾 年在美國(guó)，德國(guó)，法國(guó)，意大利，英國(guó)和中國(guó)自主車(chē)輛項(xiàng)目激增。去 年，內(nèi)華達(dá)州成為美國(guó)第一個(gè)個(gè)允許自動(dòng)駕

13、駛汽車(chē)上路的州。其實(shí)自動(dòng)駕駛功能已經(jīng)在很多汽車(chē)中體現(xiàn)，像普瑞斯一些車(chē)型的駕駛輔助功 能可以幫人自動(dòng)停車(chē)等等。雖然汽車(chē)制造商堅(jiān)稱(chēng)這些不是自動(dòng)駕駛功 能，不過(guò)很顯然，汽車(chē)正更多的機(jī)器人化。8.工業(yè)機(jī)器人傭工：開(kāi)啟一個(gè)新時(shí)代去年，富士康公布了驚人的機(jī)器人計(jì)劃。表示打算在未來(lái)三年增加 百萬(wàn)個(gè)機(jī)器人裝配線(xiàn)。一百萬(wàn)個(gè)機(jī)器人是什么概念，相當(dāng)于目前現(xiàn)有 工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量的兩倍。不過(guò)仍有許多不確定因素，包括他們是否 可以保持產(chǎn)量?？梢钥隙ǖ氖?，市場(chǎng)對(duì)靈活、高效、安全的工業(yè)機(jī)器 人存在一個(gè)巨大的需求，新一代工業(yè)機(jī)器人將更加靈巧和便宜， 如川 田的 Nextage, ABB的FRIDA （如下圖），以及安川 MOT

14、OMAN SDA10D。工業(yè)機(jī)器人大范圍應(yīng)用將開(kāi)啟一個(gè)新時(shí)代。亠j H 1CROPEN.com + 乂機(jī)耀人牡 g9.快速原型制作：每個(gè)家庭都有3D打印機(jī)3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開(kāi)始廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是工 業(yè)設(shè)計(jì)，數(shù)碼產(chǎn)品開(kāi)模等，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)磨具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品到市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。但價(jià)格昂貴 （約20,000美元以上）。MakerBot公司推出的Thing-O-Matic 3D打印機(jī)，零售低至$ 1000。低成本的3D打印機(jī)很可能是家用機(jī)器人中的下一個(gè)大趨勢(shì)。10.無(wú)人機(jī)：民間無(wú)人機(jī)熱小型無(wú)人機(jī)或叫自主飛行器，特別像是quadrotors（四旋翼飛行器）發(fā)展速度相當(dāng)快。

15、它為愛(ài)好者們提供了一個(gè)無(wú)人機(jī)入門(mén)方向，這在過(guò)去是沒(méi)有的。下面的照片描繪的是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員所使 用的系統(tǒng)。diydrones是一個(gè)著名的無(wú)人機(jī)愛(ài)好者網(wǎng)站，它擁有超過(guò) 20,000名成員，他們自己設(shè)計(jì)建造自主飛行器。 買(mǎi)家可以尋找已經(jīng)組 裝的模型。節(jié)日期間步行通過(guò)商場(chǎng)，我們看到十幾家商店在出售無(wú)人 機(jī)。門(mén)檻的降低造就了成千上萬(wàn)的無(wú)人機(jī)愛(ài)好者，在不斷擴(kuò)大的開(kāi)源軟件和硬件資源的帶動(dòng)下，通過(guò)建立廉價(jià)的機(jī)器人平臺(tái)，2012的無(wú)人飛行器行業(yè)值得期待。11.網(wǎng)真機(jī)器人：你在現(xiàn)實(shí)世界中的化身網(wǎng)真機(jī)器人可以讓你在不需要到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的情況下， 如同身臨其境，這 與視頻會(huì)議有點(diǎn)類(lèi)似，但視頻會(huì)議僅僅顯示遠(yuǎn)程的

16、一個(gè)小窗口， 而網(wǎng) 真機(jī)器人則給你全方位、實(shí)時(shí)的展示，允許你遠(yuǎn)程四處走動(dòng)查看，與 人、物體交互，就像你實(shí)際在那里一樣。2010年Anybots公司推出的 第一款商業(yè)產(chǎn)品Q(chēng)B，在2011年，越來(lái)越多的網(wǎng)真機(jī)器人進(jìn)入市場(chǎng)， 包括VGO通信公司的VGO機(jī)器人和法國(guó)Gostai公司的Jazz機(jī)器人（下圖）。網(wǎng)真機(jī)器人是一項(xiàng)重要的技術(shù)，具有較強(qiáng)的商業(yè)前景，為 商務(wù)旅客節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。事實(shí)上，我們認(rèn)為2012年將是網(wǎng)真機(jī)器人發(fā)展一個(gè)里程碑：到今年年底，將有數(shù)百個(gè)QBS, Vgos, Jazzes在世界各地漫游，在2012年，新加入的者競(jìng)爭(zhēng)者承諾使這個(gè)市場(chǎng)更 具競(jìng)爭(zhēng)力。12.仿生學(xué)：人類(lèi)和機(jī)器之間的結(jié)合作戰(zhàn)機(jī)器人和其他如人機(jī)雜交技術(shù)（用詞有欠妥當(dāng)）很早就引起人們 興趣，以前我們只能從科幻片中