機器人發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢

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

1．工業(yè)機器人性能不斷提高〔高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修〕，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。

2．機械結(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、減速機、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)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。

3．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向開展，便于標準化、網(wǎng)絡化；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、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人那么采用視覺、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)中已有成熟應用。

5．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演開展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。

6．當代遙控機器人系統(tǒng)的開展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，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)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。

7．機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一探索開拓其實際應用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從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器人操作機的設計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線〔站〕上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應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；機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，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)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。

我國的智能機器人和特種機器人在“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器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等根底技術(shù)的開發(fā)應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)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面那么剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的根底上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。開展方向應從如下幾個方面對新一代機器人的技術(shù)進行研究。●機器人本體優(yōu)化設計技術(shù)●新一代智能控制機器人技術(shù)●關(guān)鍵機器人單元部件制造技術(shù)●機器人離線編程和仿真技術(shù)●基于外部傳感器技術(shù)的機器人運動控制●工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)●工業(yè)機器人故障遠程診斷與修復技術(shù)●工業(yè)機器人與成套裝備協(xié)同作業(yè)技術(shù)●復雜機電系統(tǒng)機構(gòu)優(yōu)化設計技術(shù)及對系統(tǒng)性能的影響●具有柔性、高度加速，大負載機器人機構(gòu)動力學建模、模型簡化、辨識及控制方法.協(xié)作機器人:機器人助手和伙伴

機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€平衡點，讓人類和機器人協(xié)作完成任務，比方下列圖的PR2機器人遞藥給人。美國國家機器人建議(NRL)提供7000萬開展協(xié)作機器人工程，目標是把機器人從工產(chǎn)和實驗室擴展到人們的日常生活，就像當年計算機由軍用到民用。這些機器人必須是平安的，價格相對廉價且使用方便，機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，但機器人的一個關(guān)鍵方面是明確的：即與人的互動。所以希望看到2012協(xié)作類機器人有更大開展。

2.3D遙感:Kinect革命在繼續(xù)

去年，一個奇怪的裝飾開始出現(xiàn)在許多機器人頭上，這就是現(xiàn)在流行的微軟Kinect3D傳感器，它價格廉價且使用方便，用Kinect繪制3D地圖和作為動作傳感器，Kinect成為機器人社區(qū)的最愛(看下列圖)。人們一直在尋找一種低本錢的設備替代激光測距儀，現(xiàn)在Kinect幫助實現(xiàn)(至少可以在室內(nèi)使用),Kinect2可能會在今年發(fā)布，將具有更高的分辨率和幀速率。

3.云機器人:機器人共享技術(shù)

幾個研究小組正在探索云計算根底設施上的機器人，依靠云計算機處理大量的數(shù)據(jù)。這種方法可以直接調(diào)用“云機器人”，將使機器人不需要做復雜的計算，如圖像處理和語音識別，甚至可以立即下載新的技能。很多相關(guān)工程都在進行中。特別是，谷歌有一個小團隊，創(chuàng)立機器人云效勞，如果這種技術(shù)流行起來，對該領(lǐng)域可能是結(jié)構(gòu)性的轉(zhuǎn)變〔想象每個機器人使用“Google地圖”進行導航〕。在歐洲，一個重大工程RoboEarth，其目標是開發(fā)“機器人萬維網(wǎng)”，一個巨大的云數(shù)據(jù)庫，機器人可以共享有關(guān)的對象，環(huán)境和任務的信息〔見下列圖〕。許多其他工程正在形成，我們預計，在2012年“云機器人”將成為一個時髦詞。

4.力控制下的柔順驅(qū)動器：柔軟的觸感機器人

機器人與人互動時，平安是首要問題，常規(guī)的工業(yè)機械手臂在工廠作業(yè)沒什么問題，但要想機器人和人密切合作，柔軟的觸覺機器人就非常有必要。出于這個原因，我們預計在2012年將看到更多力控制下的柔順驅(qū)動器和觸覺傳感技術(shù)的改良，如下列圖Meka公司的M1機器人。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)動器，防止使用機械驅(qū)動裝置。例如在2011年，我們就看到推出過許多“柔軟的機器人”，這些機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)動器，還有OtherLab研制的一個充氣機器人Pneubot，使用面料和氣動驅(qū)動。這些工程都指向一個充滿誘人的未來，我們期望在2012年更多的柔軟的機器人出現(xiàn)。5.基于智能設備機器人：新的機器人智能開發(fā)

機器人可以由傳感器、處理器、顯示設備、網(wǎng)絡等元素組成。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)出一個叫Ava的遠程機器人，可以在平板電腦上使用。再比方，兩個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)出一個可愛智能供電機器人Romo(下列圖)。這兩個例子代表著一種趨勢，移動設備領(lǐng)域上的機器人開發(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)果將是有更多的機器人，從移動實驗室進入市場。在越來越多的智慧，像蘋果公司的語音助手Siri，將影響今年的機器人玩具和研究，由于智能設備參加，機器人會變得更聰明。

6.更低的本錢：一個你能負擔得起的機器人手臂

隨著機器人開展，像3-D傳感器器得到普及，機器人的整體本錢急劇下降。不過似乎驅(qū)動器例外。最明顯如夾鉗和自由手臂。我們不是在談論伺服解決方案，我們所說的也是許多機器人專家在的想。他們希望有一個強大的移動操縱系統(tǒng)：具備人的外形尺寸，兼容的驅(qū)動，足夠的有效載荷〔至少5公斤〕，當然至少低于5000美元。2011年由斯坦福大學的研究人員對一種低本錢的柔性機器人研究指出這是可能的(如下列圖所示的系統(tǒng))。而事實上，有相當數(shù)量的資金用在這個方向，如DARPA的三個方案〔ARM-H，ARM-S，和M3〕和美國國家科學基金會。

7.無人駕駛汽車：解放你的雙手

好吧，你可能不會很快看到您附近出現(xiàn)自動駕駛汽車，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)華達州成為美國第一個個允許自動駕駛汽車上路的州。其實自動駕駛功能已經(jīng)在很多汽車中表達，像普瑞斯一些車型的駕駛輔助功能可以幫人自動停車等等。雖然汽車制造商堅稱這些不是自動駕駛功能，不過很顯然，汽車正更多的機器人化。

8.工業(yè)機器人傭工：開啟一個新時代

去年，富士康公布了驚人的機器人方案。表示打算在未來三年增加1百萬個機器人裝配線。一百萬個機器人是什么概念，相當于目前現(xiàn)有工業(yè)機器人的數(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?，市場對靈活、高效、平安的工業(yè)機器人存在一個巨大的需求，新一代工業(yè)機器人將更加靈巧和廉價，如川田的Nextage，ABB的FRIDA〔如下列圖〕，以及安川MOTOMANSDA10D。工業(yè)機器人大范圍應用將開啟一個新時代。

9.快速原型制作：每個家庭都有3D打印機

3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開始廣泛應用在設計領(lǐng)域，尤其是工業(yè)設計，數(shù)碼產(chǎn)品開模等，可以在數(shù)小時內(nèi)完成一個磨具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品到市場的開發(fā)時間。但價格昂貴(約20,000美元以上)。MakerBot公司推出的Thing-O-Matic3D打印機，零售低至$1000。低本錢的3D打印機很可能是家用機器人中的下一個大趨勢。

10.無人機：民間無人機熱

小型無人機或叫自主飛行器，特別像是quadrotors(四旋翼飛行器)開展速度相當快。它為愛好者們提供了一個無人機入門方向，這在過去是沒有的。下面的照片描繪的是蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員所使用的系統(tǒng)。diydrones是一個著名的無人機愛好者網(wǎng)站，它擁有超過20,000名成員，他們自己設計建造自主飛行器。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。門檻的降低造就了成千上萬的無人機愛好者，在不斷擴大的開源軟件和硬件資源的帶動下，通過建立廉價的機器人平臺，2012的無人飛行器行業(yè)值得期待。

11.網(wǎng)真機器人：你在現(xiàn)實世界中的化身

網(wǎng)真機器人可以讓你在不需要到達現(xiàn)場的情況下，如同身臨其境，這與視頻會議有點類似，但視頻會議僅僅顯示遠程的一個小窗口，而網(wǎng)真機器人那么給你全方位、實時的展示，允許你遠程四處走動查看，與人、物體交互，就像你實際在那里一樣。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)真機器人進入市場，包括VGO通信公司的VGO機器人和法國Gostai公司的Jazz機器人〔下列圖〕。網(wǎng)真機器人是一項重要的技術(shù)，具有較強的商業(yè)前景，為商務旅客節(jié)省時間和金錢。事實上，我們認為2012年將是網(wǎng)真機器人開展一個里程碑：到今年年底，將有數(shù)百個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市場更具競爭力。

12.仿生學：人類和機器之間的結(jié)合

作戰(zhàn)機器人和其他如人機雜交技術(shù)(用詞有欠妥當)很早就引起人們興趣，以前我們只能從科幻