我国智能机器人技术发展的三个目标

我国工业机器人起步于上世纪70年代初，但因劳动力资源丰富、技术落后等原因使其发展十分缓慢。上世纪80年代中期，随着我国改革开放逐步深入，开始大力发展机器人。“七五”计划中，机器人被列为国家重点科研规划，“863”计划启动时便设立了“智能机器人主题”。近二十年来，我国机器人技术取得了显著进步，1000米水下机器人、6000米水下机器人、高压水切割机器人、机器人自动化汽车冲压线、激光加工机器人、手术机器人、重载锻造操作机器人、多足步行机器人、人形机器人等相继问世。我国机器人应用领域也不断扩大，已从汽车、电子等制造行业，逐步向食品、医疗、服务和国防等领域扩展。“进入新世纪以来，随着劳动力成本的大幅上涨，我国制造业对机器人的需求不断加大，未来我国的产业转型升级、社会老龄化应对、国防装备升级均需要大量的机器人。”机器人产业研究专家罗百辉表示，我国机器人产业已取得了一定程度的进步，在机器人整机设计与制造方面积累了一定经验，形成了一支较为庞大的基础研发队伍。我国工业机器人本体制造技术较为成熟，但与庞大的市场需求形成鲜明对比的是，我国机器人技术总体发展仍相对落后，国内机器人市场绝大部分为国外公司所占据，仅瑞士abb、日本发那科及安川电机、德国kuka四家公司就已占据国内市场大部分份额。目前，国内机器人核心技术缺失，减速器、驱动与控制等核心部件主要依赖外购。机器人自主设计与创新能力不足是我国机器人产业发展的瓶颈。

一般来说，智能机器人包括机构、结构本体、驱动传动、能源动力、感知等系统。机器人核心部件包括伺服电机、减速器及控制器、驱动器及传感器。

谐波减速器一般用于轻型机器人或机器人腕部关节，由波发生器、柔轮和钢轮组成，具有减速比大、齿隙小、精度高，零部件少、安装方便及体积小、重量轻等优点。目前，国际上谐波减速器市场几乎被日本Harmonic公司垄断，因此该公司具有定价权。国内谐波减速器研究起步较早，如北京谐波传动技术研究所早在上世纪六、七十年代便开始了谐波减速器的研究。由于市场问题，该项研究进展较慢，但积累了较多的研发经验。近年来，国产谐波减速器开始迅速发展，国产谐波减速器开始在国产机器人产品上得到越来越多的应用。

RV减速器一般用于机器人的肩关节，用于传递较大的扭矩。目前，该领域的国际市场也被日本的Nabtesco公司所垄断。国内在RV减速器制造的一些关键技术上还有待提高，比如，针孔壳要求确保数十个半圆孔的圆度及同心度。工业机器人的控制系统一般包括伺服层、主控层及操作层，其中伺服层包括伺服电机、驱动器等，主控层包括控制器、编码器、力传感器等。目前，国内机器人在伺服层和主控层的核心技术上均存在一定程度的制约。

控制系统方面，欧系机器人一般采用伦茨、博世力士乐等控制系统，其具有过载能力强、动态响应好、驱动器开放性强等优点；但价格昂贵，日系机器人一般采用安川、松下、三菱等品牌的控制系统，相对欧系控制系统来说动态性能偏弱，但具有价格优势。近年，一些国产控制系统中也逐渐开始在工业机器人产品上得到应用。

罗百辉说，机器人理论及关键技术研究是我国工程领域长期面临的科学挑战，需要解决机器人与作业任务和环境的适应性、人机交互与自律协同控制、信息采集与传输机制等科学问题，突破减速器、感知驱动与控制等关键技术及核心部件等技术瓶颈，确保我国在下一轮机器人发展大潮中处于不败之地，机器人理论与关键技术研究是国家的重大战略需求。

智能机器人技术走向何方

机器人技术涉及众多领域，具有多学科交叉和融合等特点。机器人正在逐步发展成为具有感知、认知和自主行动能力的智能化装备，是数学、力学、机构学、材料科学、自动控制、计算机、人工智能、光电、通讯、传感、仿生学等多学科和技术综合的成果，其发展水平体现了国家高技术领域的综合实力。我国现阶段机器人的发展需要智能和自主作业能力的提升、人机交互能力的改善、安全性能的提高，解决制约“人-机交互”、“人-机合作”、“人-机融合”的瓶颈，突破三维环境感知、规划和导航、类人的灵巧操作、直观的人机交互、行为安全等关键技术。

智能机器人技术发展的三个目标：

第一，加强工业机器人整机设计理论与方法研究，寻求新思维，突破驱动、传动、感知与控制等核心基础部件的技术瓶颈，提升机器人操作的灵活性、在线的感知能力；

第二，加强服务机器人的研究，提升机器人理解人的行为和抽象指令、人机沟通与协调合作能力，建立机器人安全机制；

第三，针对在核辐射、军事战场、自然和人为灾害等危险甚至不可达区域执行任务的需要，开展特种机器人的研究，解决在线实时人机交互、动态未知环境中自主作业等问题，实现机器人与人共处同一环境空间互助作业，为开发国家亟需的现代机器人提供科学理论和关键性技术支撑。

为了实现上述发展目标，我国智能机器人技术发展需要针对现代机器人出现的“人-机交互”、“人-机合作”、“人-机融合”等发展趋势，解决三个主要科学问题。

第一，揭示机器人与非结构化环境、不确定性作业任务的适应性规律，为现代机器人创新与设计提供理论基础；第二，揭示机器人理解人的行为和抽象指令的机理，为智能机器人构建人机沟通及安全机制提供理论依据；第三，揭示人机交互与自律协同控制原理，为机器人人机协调合作提供技术支撑。

此外，一些有较强应用前景的新型特种机器人设计技术也值得关注，如：海底管道安装、检修与维护机器人；海底石油管道泄漏抢险机器人；海底打捞与作业机器人；地震搜救与作业机器人；井喷救灾机器人；核电维护和退役与救灾机器人；消防救援机器人；外星探测与作业机器人；山地运载机器人；自主步行作战机器人；移动式制造机器人系统；多指多臂多智能体制造机器人系统；康复、健身、医疗、家庭护理机器人；别墅区安保机器人；人机合作建筑作业机器人等。

未来充满希望

机器人已从早期的工业机器人发展为种类繁多的现代工业机器人、特种机器人和服务机器人。虽然工业机器人已广泛应用于各大门类工业领域，但主要在结构化环境中执行各类确定性任务，面临操作灵活性不足、在线感知实时作业弱等问题；服务机器人是应对未来全球人口老龄化趋势加剧的核心手段，存在无法接受抽象指令、难与人有效沟通、人机协调合作能力不足、安全机制欠缺等问题；特种机器人是代替人类在极地、深海、外星、核辐射、军事战场、自然和人为灾害等危险甚至不可达区域执行任务的重要手段，存在依赖离线编程、在动态未知环境中依赖人类远程操作等问题。机器人在智能和自主方面与人存在巨大差距，机器人的进一步发展必然要寻求作业能力的提升、人机交互能力的改善、安全性能的提高。当前，机器人正在从“传统机器人”走向“现代机器人”，呈现出“人-机”交互、“人-机”合作、“人-机”融合等明显的技术特征。现代机器人需要在三维环境中感知、规划和导航、类人的灵巧操作、直观的人机交互、行为安全等理论与技术方面突破与发展。

我国机器人市场容量巨大、多样，这是国外机器人产业发展不具备的独特优势，正如我国消费电子、互联网行业的国产品牌正不断实现对国外行业巨头的超越，我国机器人行业也会在不久的将来创造新的奇迹。