机器人的发展趋势

那么总结一下，我们认为，机器人有三个发展阶段，那么也就是说，我们习惯于把机器人分成三类，一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。抓一个鸡蛋，它能通过一个触觉，知道它的力的大小和滑动的情况。那么第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的**的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。那么从三代机器人发展过程中，从另一个方面，我们对机器人从应用的角度进行了分类，比如说工业机器人，它包括点焊、弧焊、喷漆、搬运、码垛，在工业现场中工作的这种机器人，我们统称为工业机器人，那么从不同的应用中，到水下去作业的叫水下机器人，到空间作业的叫空间机器人，同时又存在农业、林业、牧业，对**疗机器人叫**用机器人，还包括娱乐机器人，建筑和居室上用的机器人，所以从应用分类，它包括从行业、应用角度，也可以进行这样简单的分类。下面我简单介绍一下我国机器人发展的基本概况。刚才谈到了日本在20世纪60年代和美国都在开始进行机器人的研究，由于我们**存在很多其他的各种因素、问题。我们**在机器人的研究，在20世纪70年代后期，当时我们在**北京举办一个日本的工业自动化产品展览会，在这个会上有两个产品，一个是数控机床，一个是工业机器人，这个时候，我们**的许多学者，看到了这样一个方向，开始进行了机器人的研究，但是这时候研究，基本上还局限于理论的探讨阶段，那么真正进行机器人研究的时候，是在七五、八五、九五、十五将近这二十年的发展，发展最迅速的时候，是在1986年我们**成立了863计划是高技术发展计划，就将机器人技术作为一个重要的发展的主题，**投入将近几个亿的资金开始进行了机器人研究，使得我们**在机器人这一领域得到很快地、迅速地发展。目前主要单位像中科院沈阳自动化所，原机械部的北京自动化所，像哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，清华大学，还包括中科院北京自动化所等等的一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前这几年来看，我们**在高校里边，有很多单位从事机器人研究，很多研究生和博士生都在从事机器人方面的研究，目前我们**比较有代表性的研究，有工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上应该处于领先水平，总体上我们**与发达**相比，还存在很大的差距，主要表现在，我们**在机器人的产业化方面，目前还没有固定的成熟的产品，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们取得了很多有特色的研究成就。下边我简单介绍一下工业机器人的一些情况，到目前为止，工业机器人是最成熟，应用最广泛的一类机器人，世界总量目前已经销售110万台，这是1999年的统计，但这110万台在已经进行装备使用的是75万台，这个量也是不小的。总体情况看，日本在工业机器人这一块，是首位的，成为机器人的王国，美国发展也很迅速，目前在新安装的台数方面，已经超过了日本，**刚开始进入产业化的阶段，已经研制出多种工业机器人样机，而有小批量在生产中使用，这也是整个在日本、美国以及我们**在工业机器人情况的一些比较。这是点焊机器人，点焊机器人刚才讲的，主要是针对汽车生产线，提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度的一种机器人。它的特点是通过机器人对两个钢板进行点焊的时候，需要承载一个很大的焊钳，一般在几十公斤以上，那么它的速度要求在每秒钟一米五到两米这样的高速运动，所以它一般来说有五到六个自由度，负载三十到一百二十公斤，工作的空间很大，大概有两米，这样一个球形的工作空间，运动速度也很高，那么自由度的概念，就是说，是相对独立运动的部件的个数，就相当于我们人体，腰是一个回转的自由度，我们大臂可以抬起来，小臂可以弯曲，那么这就三个自由度，同时腕部还有一个调整姿态来使用的三个自由度，所以一般的机器人有六个自由度，就能把空间的三个位置，三个姿态，机器人完全实现，当然也有小于六个自由度的，也有多于六个自由度的机器人，只是在不同的需要场合来配置。弧焊机器人也是工业机器人中一个最重要的方面，像我们汽车的后桥，进行焊接的时候，它连续焊接，所以它的特点是连续轨迹控制，所以它要求的轨迹精度要求非常高，一般来说也是五到六个自由度，由于它焊**比较小，所以在五到十公斤就可以了，这个方面是在国际和国内应用非常大的一类机器人，在另一方面像搬运和铆接，这些工作场合下，像搬运，主要是要求机器人有很高的速度，承载能力很多、很强，像日本的大库机器人，它可以承载三百公斤，抓取、来进行搬运和码垛。第二类是服务机器人，随着工业化的发展，尤其近十年以来，机器人的发展的应用领域在不断拓宽，目前一个很重要的特征，大家都知道，机器人已经从制造业逐渐转向了非制造业和服务行业，刚才谈的汽车制造属于是制造业，但服务行业包括清洁、加油、救护、抢险、救灾这些等等，都属于非制造行业和服务行业，那么这里边跟工业机器人相比，它有一个很重要的不同，它主要是一个移动**，它能够移动、去运动，上面有一些手臂进行操作，同时还装有一些像力觉传感器和视觉传感器、超声测距传感器等等。它对周边的环境进行识别，来判断它的运动，完成某种工作，这是服务机器人的基本的一个特点。比方说这里边有几张图片，这是在美国，他们研制的像大型客机这种清洗工作，如果人来做的话十分繁重，那么大一个机体来清洗的话，工作量是很大，而且也很不方便，那么他们采用这种机器人来实现像飞机的这些清洗的工作，包括一些**开发像高层建筑的清洗机器人，这也都是服务行业的机器人，还包括像家庭使用的，还有一些宾馆和一些公共场合使用的这种清洁机器人，对地面来进行清扫，还包括网球场上能够自动地把撒下的球，集中收集起来，这种机器人也都是存在的。另一个方面的服务机器人应用，在汽车加油机器人这块也很有意思，包括我们现在的一些加油站，都是用自动的计量装置，实现了有的这种自动计量，但是还仍然用人去操作，但可以看到在一些美国的高速公路上，汽车流量很大，包括夜间都要对汽车进行加油，工作也很烦琐，所以现在很多**在开发这种自动的加油机器人，它可以自动的计量，自动的把汽车油嘴放到汽车油箱里边去，这也都是服务机器人的一种体现。导盲机器人它针对盲人这种安全性考虑，类似于一个小狗的形状，它能够对道路的一些障碍，运动的车辆和行人进行判断，来引导这个盲人进行安全的行走，这个确实对提高盲人的安全，是非常必要的。再有导游礼仪机器人，这也是服务机器人，体现出一种智能的，一个体现的代表，在很多大的公司它需要对产品进行宣传，它制作出一些各种卡通形状的机器人，能够跟人进行简单的对话，介绍产品等等，这在一些宾馆能够接待一些客人等等增加企业或者宾馆的这种对社会的影响。家务机器人主要体现在像一些对地毯和地板定期的它能够进行清扫和吸尘，它这个机器人很有意思，它有传感器，它能够把家具和人能识别出来，它自动的按照一种规律，能根据路径把地面全部的清扫干净，这也是家务中一些机器人的表现。那么表演娱乐机器人，现在很多**在开发这种像动物园、还有娱乐中心、还有迪斯尼这样的一个大型的游园，它为了增加趣味性，把研究出像模仿人，包装成各种人的样子，它能够说话唱歌和表演，这样还能跟人进行交流，这样的机器人，还包括把机器人包装成各种有趣的动物，像恐龙、大象、狮子，还有一些小的卡通式的这种动物，它已经完成像动物的一些动作的模仿，模仿它的声音，同时还跟人进行交流，尤其是比较有趣的是一个弹钢琴机器人，早期在日本的时候，弹了一首世界著名的名曲，在当时，在机器人界引起了很大的轰动，那么这个机器人特点，它要求手指非常灵活，自由度也特别多，而且在弹的过程中，还要有力控制和感觉的控制，所以它相对来说是对机器人机构和控制方面提高更高的要求。还有像这种机器人的演奏家，包括它的拉小提琴，这个小提琴在乐器里边最复杂的，难度最高的一种乐器，它能通过乐曲拉小提琴，力的控制、协调、速度等等，都要进行选择或者自动的判断，还包括这也是一个机器人在做一个表演，等等就是在服务机器人方面，它很宽的一个应用领域，它跟人的需求越来越接近，那么总结一下它有几个关键技术，从技术上的方面有四个，一个是移动机构，前面看过几种机器人它跟工业机器人不一样，大多数的服务机器人，它是移动的，有轮式、履带式、还有步行式的，包括还有组合式的，这种移动机构，对环境感知功能，这也是服务机器人最重要的特点，因为它所处的环境，不像工业机器人对一个固定的环境，固定的机座，固定样子来实现的，那么这个环境也许是未知的，也许是变化的，包括清扫机器人，屋子的形状，一家一个样子，家具的摆放不一样，甚至，还有一些人在走动，这些非结构环境使得它能够准确的描述和感知和判断，这一点来讲，就表现出服务机器人具有一定的人的智能的这种功能。另一个方面是能源技术，大家知道，早期做仿人形机器人，都带一个“辫子”，因为它能量提供不足，那么电池能量很小，所以现在的这种服务机器人，理想的这种能源它要求是密度高，输出电压比较恒定，内阻小、耐高温，还可以充电，成本低，尤其在密度高这个方面是十分重要的，所以能源技术是未来移动机器人发展中的一个十分关键的一个问题，还有控制技术，控制技术在感知环境的过程中，它也需要跟人进行交互，它既然是服务，人总要跟它接触，那么如何跟人进行交互，那么就需要一个开放式的友好的连接接口，包括语音功能，图形编程方式等等。另一个方面的体现在农林畜产机器人这方面，国际上也有些很大的进展，可能对我们**农业机器人，林业机器人是否需要，我们也在探讨，那么对于一些发达**农业人口十分有限，包括在一些农副产品，松籽的采集，量很大，非常麻烦的一件事情，这样的话，一个机器人能够对像西红柿，苹果等水果，它通过形状和颜色，来判断它的成熟度，然后摘取，这个确实提高了农业自动化的一个方面的研究，包括我们**已经研制成功嫁接机器人，对一些像嫁接，机器人采摘以后，能够对两个树枝进行自动的对接，然后将树枝缠起来，这个在**农业大学已经研制成功，还包括林业机器人，林业机器人主要对于农林产品，像松籽进行采摘，还包括像树根，进行采伐的时候，要**来，和植树这方面也都有开发，更有意思的是在牧业的机器人，包括澳大利亚，绵羊和羊是非常多的一种，他们**产量最大的一个产业，那么绵羊，剪羊毛这个量很大，那么它人力又有限，所以它在致力于开发剪羊毛机器人，它首先通过机械手，把一个羊给固定住，通过摄影机把羊的形状识别出来，然后，用这种所谓的剪子，然后根据它的形状，自动地把羊毛剔出来，同时呢，还不破坏它的皮肤，因为一个羊一个模样所以它操作的难度是很大的，对环境的感知要求很高的，所以这个技术也是非常复杂的。建筑机器人在国外，用量、需求在逐渐增加，建筑机器人它主要解决，像我们筑路机器人，也都需要建筑机器人，包括喷涂，挖掘机，包括像一些建筑的模块化的预制板来进行拼接，都需要一些自动化的装置，还包括家庭装修的时候，像墙壁的粉刷这个量也很大，而且也很脏，对人体有害，现在国外一些公司，在开发面向家庭的粉刷这种机器人已经得到了小批量的使用，这是在建筑方面的一些体现 20210311