機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢

機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢機(jī)器人現(xiàn)狀及國內(nèi)外開展趨勢國外機(jī)器人領(lǐng)域開展近幾年有如下幾個(gè)趨勢：

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10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。

2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化開展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(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)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。

3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向開展，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、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人那么采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(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)演開展到用于過程控制，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)境中的感覺來操縱機(jī)器人。

6．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的開展特點(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。美國發(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)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已根本掌握了機(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)了局部機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(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〔站〕上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(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)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，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、本錢也不低，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。

我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(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、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的開展根底。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)械等的開發(fā)應(yīng)用方面那么剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的根底上，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。開展方向應(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)，讓人類和機(jī)器人協(xié)作完成任務(wù)，比方下列圖的PR2機(jī)器人遞藥給人。美國國家機(jī)器人建議(NRL)提供7000萬開展協(xié)作機(jī)器人工程，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)器人必須是平安的，價(jià)格相對(duì)廉價(jià)且使用方便，機(jī)器人利用其長處配合人類完成工作。該工程的范圍是廣泛的，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)作類機(jī)器人有更大開展。

2.3D遙感:Kinect革命在繼續(xù)

去年，一個(gè)奇怪的裝飾開始出現(xiàn)在許多機(jī)器人頭上，這就是現(xiàn)在流行的微軟Kinect3D傳感器，它價(jià)格廉價(jià)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)的最愛(看下列圖)。人們一直在尋找一種低本錢的設(shè)備替代激光測距儀，現(xiàn)在Kinect幫助實(shí)現(xiàn)(至少可以在室內(nèi)使用),Kinect2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)算根底設(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，如圖像處理和語音識(shí)別，甚至可以立即下載新的技能。很多相關(guān)工程都在進(jìn)行中。特別是，谷歌有一個(gè)小團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)立機(jī)器人云效勞，如果這種技術(shù)流行起來，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“Google地圖”進(jìn)行導(dǎo)航〕。在歐洲，一個(gè)重大工程RoboEarth，其目標(biāo)是開發(fā)“機(jī)器人萬維網(wǎng)”，一個(gè)巨大的云數(shù)據(jù)庫，機(jī)器人可以共享有關(guān)的對(duì)象，環(huán)境和任務(wù)的信息〔見下列圖〕。許多其他工程正在形成，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)，平安是首要問題，常規(guī)的工業(yè)機(jī)械手臂在工廠作業(yè)沒什么問題，但要想機(jī)器人和人密切合作，柔軟的觸覺機(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)器和觸覺傳感技術(shù)的改良，如下列圖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，開發(fā)新的更聰明的驅(qū)動(dòng)器，防止使用機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置。例如在2011年，我們就看到推出過許多“柔軟的機(jī)器人”，這些機(jī)器人感覺上很接近生物體，如iRobot的六足JamBot，他使用一種叫作6JMU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)。這些工程都指向一個(gè)充滿誘人的未來，我們期望在2012年更多的柔軟的機(jī)器人出現(xiàn)。5.基于智能設(shè)備機(jī)器人：新的機(jī)器人智能開發(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。智能和平板電腦似乎具備了這些特性。iRobot公司已經(jīng)開發(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。再比方，兩個(gè)西雅圖的工程師從募捐網(wǎng)站Kickstarter拿到10萬美元并迅速開發(fā)出一個(gè)可愛智能供電機(jī)器人Romo(下列圖)。這兩個(gè)例子代表著一種趨勢，移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域上的機(jī)器人開發(fā)潛力巨大。蘋果的iOS和谷歌的Android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。在越來越多的智慧，像蘋果公司的語音助手Siri，將影響今年的機(jī)器人玩具和研究，由于智能設(shè)備參加，機(jī)器人會(huì)變得更聰明。

6.更低的本錢：一個(gè)你能負(fù)擔(dān)得起的機(jī)器人手臂

隨著機(jī)器人開展，像3-D傳感器器得到普及，機(jī)器人的整體本錢急劇下降。不過似乎驅(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，我們所說的也是許多機(jī)器人專家在的想。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)一種低本錢的柔性機(jī)器人研究指出這是可能的(如下列圖所示的系統(tǒng))。而事實(shí)上，有相當(dāng)數(shù)量的資金用在這個(gè)方向，如DARPA的三個(gè)方案〔ARM-H，ARM-S，和M3〕和美國國家科學(xué)基金會(huì)。

7.無人駕駛汽車：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，除非你住在硅谷，谷歌已經(jīng)充分地測試其著名的豐田普瑞斯自駕車(如下列圖：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，過去幾年在美國，德國，法國，意大利，英國和中國自主車輛工程激增。去年，內(nèi)華達(dá)州成為美國第一個(gè)個(gè)允許自動(dòng)駕駛汽車上路的州。其實(shí)自動(dòng)駕駛功能已經(jīng)在很多汽車中表達(dá)，像普瑞斯一些車型的駕駛輔助功能可以幫人自動(dòng)停車等等。雖然汽車制造商堅(jiān)稱這些不是自動(dòng)駕駛功能，不過很顯然，汽車正更多的機(jī)器人化。

8.工業(yè)機(jī)器人傭工：開啟一個(gè)新時(shí)代

去年，富士康公布了驚人的機(jī)器人方案。表示打算在未來三年增加1百萬個(gè)機(jī)器人裝配線。一百萬個(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?，市場對(duì)靈活、高效、平安的工業(yè)機(jī)器人存在一個(gè)巨大的需求，新一代工業(yè)機(jī)器人將更加靈巧和廉價(jià)，如川田的Nextage，ABB的FRIDA〔如下列圖〕，以及安川MOTOMANSDA10D。工業(yè)機(jī)器人大范圍應(yīng)用將開啟一個(gè)新時(shí)代。

9.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)品到市場的開發(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-Matic3D打印機(jī)，零售低至$1000。低本錢的3D打印機(jī)很可能是家用機(jī)器人中的下一個(gè)大趨勢。

10.無人機(jī)：民間無人機(jī)熱

小型無人機(jī)或叫自主飛行器，特別像是quadrotors(四旋翼飛行器)開展速度相當(dāng)快。它為愛好者們提供了一個(gè)無人機(jī)入門方向，這在過去是沒有的。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)著名的無人機(jī)愛好者網(wǎng)站，它擁有超過20,000名成員，他們自己設(shè)計(jì)建造自主飛行器。買家可以尋找已經(jīng)組裝的模型。節(jié)日期間步行通過商場，我們看到十幾家商店在出售無人機(jī)。門檻的降低造就了成千上萬的無人機(jī)愛好者，在不斷擴(kuò)大的開源軟件和硬件資源的帶動(dòng)下，通過建立廉價(jià)的機(jī)器人平臺(tái)，2012的無人飛行器行業(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)場的情況下，如同身臨其境，這與視頻會(huì)議有點(diǎn)類似，但視頻會(huì)議僅僅顯示遠(yuǎn)程的一個(gè)小窗口，而網(wǎng)真機(jī)器人那么給你全方位、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QB，在2011年，越來越多的網(wǎng)真機(jī)器人進(jìn)入市場，包括VGO通信公司的VGO機(jī)器人和法國Gostai公司的Jazz機(jī)器人〔下列圖〕。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。事實(shí)上，我們認(rèn)為2012年將是網(wǎng)真機(jī)器人開展一個(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，新參加的者競爭者承諾使這個(gè)市場更具競爭力。

12.仿生學(xué)：人類和機(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