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3 2015 世 界 机 器 人 大 会 特 刊 科 技 导 报 2015,33(21) 卷 首 语

4 科 技 导 报 简 介 刊 名 题 写 : 段 云 2015 年 11 月 第 33 卷 第 21 期 总 第 483 期 主 管 / 主 办 中 国 科 学 技 术 协 会 出 版 者 科 技 导 报 社 主 编 陈 章 良 社 长 / 副 主 编 秦 德 继 yjzxqdj@163.com 副 社 长 / 副 主 编 史 永 超 shiyongchao@cast.org.cn 编 辑 部 副 主 任 陈 广 仁 chenguangren@cast.org.cn 论 文 编 辑 吴 晓 丽 wuxiaoli@cast.org.cn 刘 志 远 liuzhiyuan@cast.org.cn 王 媛 媛 wangyuanyuan@cast.org.cn 田 恬 tiantian@cast.org.cn 傅 雪 fuxue@cast.org.cn 韩 星 明 hanxingming@cast.org.cn 栏 目 编 辑 李 娜 lina@cast.org.cn 祝 叶 华 zhuyehua@cast.org.cn 王 丽 娜 wanglina@cast.org.cn 汤 锡 芳 tangxf@nsfc.gov.cn 本 期 执 行 责 任 编 辑 刘 志 远, 李 娜, 汤 锡 芳 美 术 编 辑 王 静 毅 wangjingyi@cast.org.cn 编 务 吕 佳 lvjia@cast.org.cn 杨 小 舟 yangxiaozhou@cast.org.cn 发 行 负 责 人 于 辉 yuhui@cast.org.cn 编 辑 部 kjdbbjb@cast.org.cn 订 阅 联 系 电 话 kjdb@cast.org.cn( 网 上 订 刊 ) 刊 社 地 址 北 京 市 海 淀 区 学 院 南 路 86 号 邮 编 网 址 博 客 订 阅 全 国 各 地 邮 局 邮 发 代 号 2-872( 国 内 ), TP3092( 国 外 ) 中 国 总 发 行 北 京 市 报 刊 发 行 局 海 外 发 行 总 代 理 中 国 国 际 图 书 贸 易 集 团 有 限 公 司 ( 北 京 市 海 淀 区 车 公 庄 西 路 35 号, 邮 编 ) 广 告 经 营 许 可 证 京 海 工 商 广 字 第 0035 号 印 刷 装 订 北 京 京 华 虎 彩 印 刷 有 限 公 司 中 国 标 准 连 续 出 版 物 号 ISSN CN /N 国 内 售 价 元 人 民 币 / 期 ; 元 人 民 币 / 年 国 外 售 价 美 元 / 期 ; 美 元 / 年 创 刊 于 美 国 鸣 谢 感 谢 中 国 科 学 院 院 士 中 国 工 程 院 院 士 审 读 每 期 科 技 导 报 感 谢 中 国 科 协 办 公 厅 组 织 人 事 部 国 际 联 络 部 学 会 服 务 中 心 的 大 力 支 持 中 文 核 心 期 刊 中 国 科 技 论 文 统 计 源 期 刊 ( 中 国 科 技 核 心 期 刊 ) 中 国 科 学 引 文 数 据 库 源 期 刊 中 国 精 品 科 技 期 刊 RCCSE 中 国 核 心 学 术 期 刊 中 国 学 术 期 刊 文 摘 源 期 刊 美 国 CA CSA Ulrich 收 录 期 刊 英 国 SA/INSPEC CABI 收 录 期 刊 俄 罗 斯 AJ/VINITI 收 录 期 刊 波 兰 IC 收 录 期 刊 1978 年 11 月, 由 全 美 华 人 协 会 波 士 顿 分 会 发 起, 美 籍 华 裔 科 学 家 聂 华 桐 潘 毓 刚 钱 宁 等 提 议 创 办, 并 得 到 中 美 两 国 数 百 位 著 名 学 者 的 热 烈 响 应 和 大 力 支 持, 陈 省 身 杨 振 宁 张 明 觉 等 著 名 华 裔 科 学 家 受 聘 担 任 编 委, 美 籍 华 裔 学 者 钱 宁 教 授 出 任 首 任 主 编 1980 年 1 月, 科 技 导 报 创 刊 号 在 美 国 出 版, 在 中 国 大 陆 发 行, 销 售 约 10 万 册, 引 起 社 会 轰 动 创 刊 号 的 发 刊 词 将 办 刊 宗 旨 确 定 为 : 促 进 中 外 科 技 学 术 交 流, 探 讨 现 代 化 的 道 路 和 方 法 由 于 没 有 固 定 经 费 来 源 并 缺 乏 专 职 编 辑 队 伍,1980 年 出 版 2 期 1981 年 出 版 1 期 后, 遂 停 刊 发 展 于 中 国 1985 年 春 节, 在 海 内 外 各 界 人 士 强 烈 要 求 下, 科 技 导 报 复 刊 1986 年 1 月, 科 技 导 报 归 属 中 国 科 协 主 管 ;1991 年 1 月, 由 中 国 科 协 主 管 主 办, 成 为 中 国 科 协 学 术 会 刊 1994 年 1 月, 朱 光 亚 院 士 担 任 主 编 ;2003 年 7 月, 冯 长 根 教 授 接 任 主 编 ;2014 年 8 月, 陈 章 良 教 授 接 任 主 编 自 2004 年 7 月 起, 科 技 导 报 调 整 办 刊 定 位, 转 变 为 以 发 表 自 然 科 学 各 学 科 专 业 原 创 性 研 究 论 文 为 主 的 学 术 性 期 刊, 力 图 办 成 一 份 有 影 响 有 特 色 有 品 位 的 高 层 次 高 水 平 高 质 量 学 术 期 刊 主 要 特 色 综 合 性 : 发 表 内 容 涵 盖 自 然 科 学 所 有 领 域 ; 评 论 性 : 评 论 重 大 科 技 事 件 热 点 人 物 现 象 ; 新 闻 性 : 报 道 国 内 外 重 要 科 技 新 闻 事 件 活 动 进 展 ; 学 术 性 : 发 表 原 创 前 沿 研 究 论 文 和 综 述 主 要 栏 目 有 : 卷 首 语 本 刊 专 稿 专 题 论 文 研 究 论 文 综 述 文 章 科 技 风 云 科 技 事 件 科 技 工 作 大 家 谈 科 技 界 声 音 科 技 新 闻 热 点 排 行 科 技 期 刊 亮 点 科 学 共 同 体 要 闻 书 评 图 书 推 介 科 技 纵 横 捭 阖 职 场 科 技 基 金 读 者 之 声 等 收 录 和 荣 誉 版 权 声 明 第 三 届 中 国 出 版 政 府 奖 先 进 出 版 单 位 奖 中 国 科 技 期 刊 方 阵 双 奖 期 刊 全 国 优 秀 科 技 期 刊 评 比 一 等 奖 全 国 优 秀 科 技 期 刊 奖 作 者 所 投 稿 件 应 没 有 侵 犯 他 人 著 作 权 或 其 他 权 利 的 内 容, 自 发 表 之 日 起, 其 专 有 出 版 权 和 网 络 传 播 权 即 授 予 本 刊 未 经 许 可 不 得 转 载 本 期 封 面 图 片 为 新 华 社 记 者 李 涛 拍 摄 ; 本 期 部 分 图 片 版 权 问 题 未 及 落 实, 欢 迎 与 我 社 联 系 稿 酬 事 宜

5 2015 世 界 机 器 人 大 会 特 刊 KEJI DAOBAO 中 国 科 学 技 术 协 会 主 办 2015 年 第 33 卷 第 21 期 ( 总 第 483 期 ) 半 月 刊 1980 年 创 刊 本 期 2015 年 11 月 13 日 出 版 目 次 卷 首 语 1 习 近 平 在 2014 年 两 院 院 士 大 会 上 的 讲 话 ( 节 选 ) 本 刊 专 稿 4 抓 住 时 机 发 挥 优 势, 引 领 智 能 社 会 发 展 尚 勇 6 敞 开 胸 怀, 迎 接 机 器 人 时 代 的 到 来 陈 章 良 7 协 同 融 合 创 新, 迎 接 智 能 社 会 王 春 法 专 题 论 文 9 智 能 机 器 人 :21 世 纪 科 技 皇 冠 上 的 璀 璨 明 珠 黄 心 汉 16 改 变 世 界 的 智 能 机 器 智 能 机 器 人 发 展 思 考 王 田 苗, 陈 殿 生, 陶 永, 李 剑 23 中 国 机 器 人 学 40 年 蔡 自 兴 32 智 能 机 器 人 的 现 状 及 发 展 任 福 继, 孙 晓 39 机 器 人 的 未 来 发 展 : 从 工 业 自 动 化 到 知 识 自 动 化 王 飞 跃 45 面 向 老 年 社 会 的 健 康 机 器 人 科 学 技 术 迎 接 健 康 文 艺 复 兴 时 代 的 到 来 罗 志 伟 54 军 用 机 器 人 的 研 究 和 应 用 邹 丹, 李 晓 楠, 杨 浩 敏 59 四 足 机 器 人 发 展 现 状 与 展 望 孟 健, 刘 进 长, 荣 学 文, 李 贻 斌 64 多 功 能 两 栖 生 物 型 子 母 机 器 人 系 统 研 究 郭 书 祥, 石 立 伟 72 自 动 驾 驶 机 器 人 关 键 技 术 及 应 用 余 贵 珍, 冀 浩 杰, 周 彬 政 策 解 读 76 中 国 制 造 2025 规 划 系 列 解 读 之 推 动 机 器 人 发 展 79 工 业 和 信 息 化 部 关 于 推 进 工 业 机 器 人 产 业 发 展 的 指 导 意 见 科 学 人 物 81 任 福 继 : 机 器 人 革 命 必 须 要 让 机 器 人 具 有 情 感 刘 志 远 84 福 田 敏 男 : 微 纳 操 作 机 器 人 开 拓 者 在 中 国 王 丽 娜 87 对 话 中 国 智 能 机 器 人 学 开 拓 者 蔡 自 兴 刘 志 远 90 服 务 型 机 器 人 探 索 者 记 王 田 苗 医 疗 特 种 机 器 人 25 年 研 发 之 路 祝 叶 华 93 乔 红 : 从 吸 引 域 到 神 经 机 理 机 器 人 李 娜 96 刘 静 : 液 态 金 属 将 是 变 革 未 来 机 器 人 的 核 心 引 擎 刘 志 远 延 伸 阅 读 99 儿 童 成 长 陪 伴 机 器 人 与 教 育 资 源 平 等 王 志 浩, 吴 偶 101 智 能 机 器 人 会 超 越 人 类 吗 刘 力 源 企 业 机 器 人 研 发 进 展 与 成 果 展 示 104 互 联 网 + 机 器 人 产 生 中 国 的 智 能 云 质 量 检 测 系 统 106 安 徽 埃 夫 特 开 启 机 器 人 装 配 新 时 代 107 爱 乐 优 机 器 人 : 跑 步 加 速, 优 势 精 进 108 潜 心 智 能 制 造, 广 州 数 控 工 业 机 器 人 创 民 族 品 牌 109 中 国 铸 造 行 业 中 的 机 器 人 应 用 快 速 发 展 的 长 泰 机 器 人 有 限 公 司 110 南 通 振 康 焊 接 机 电 有 限 公 司 研 发 机 器 人 RV 减 速 机 的 实 践 111 深 圳 繁 兴 机 器 人 大 厨 走 进 学 校 食 堂 特 别 栏 目 8 声 音 98 图 书 推 介

6 抓 住 时 机 发 挥 优 势 引领智能社会发展 尚勇 中国科协党组书记 常务副主席 书记处第一书记 由中国科协联合工业与信息 化部 北京市政府共同举办的 2015 机器人邀请赛 3 项活动 大会将充 位 多层次的合作 实现资源共享 分体现面向未来的特征 增强国内 优势互补 共同推进我国机器人技 世界机器人大会将于今年的 11 月 专家学者与国际同行在产学研方 术与产业的健康发展 日在北京举行 这次大会是 面的研讨交流 把我国专家学者推 机器人是 制造业皇冠顶端的 国内外机器人技术与产业领域的 向国际学术舞台 让社会公众了解 明珠 更是衡量国家创新能力和 一次盛会 机器人创新和产业发展的未来 力 产业竞争优势的重要标志 纵观 争每一项活动都能取得不同形式 当今科技和产业发展态势及主要 的成果 国家的战略走向 机器人技术及应 本次大会的主题是 协同融合 共赢 引领智能社会 大会包括 2015 世界机器人论坛 2015 世界机 器人博览会以及 2015 世界青少年 中国科协还将与工信部建立 用已成为必争领域和未来竞争的 长效机制 在机器人领域开展全方 制高点 美国再工业化和工业互 返回目录

7 联 网 战 略 德 国 工 业 4.0 战 略 日 本 机 器 人 新 战 略 欧 洲 火 花 计 划 法 国 新 工 业 法 国 中 国 制 造 2025 等, 均 折 射 出 各 国 在 新 的 竞 争 赛 场 中 抢 夺 游 戏 规 则 主 导 权 和 塑 造 新 优 势 的 决 心 而 在 更 大 范 围 内 看, 以 机 器 人 技 术 为 代 表 的 信 息 制 造 能 源 材 料 认 知 等 科 技 的 融 合 汇 聚 创 新, 正 启 动 一 场 新 的 变 革 浪 潮 从 机 器 人 产 业 发 展 现 状 来 看, 全 球 机 器 人 发 展 有 四 个 特 点 一 是 全 球 市 场 快 速 增 长, 工 业 应 用 独 占 鳌 头 据 国 际 机 器 人 联 合 会 (IFR) 统 计,2013 年 全 球 机 器 人 市 场 总 规 模 达 亿 美 元 其 中, 工 业 机 器 人 市 场 规 模 约 为 290 亿 美 元, 同 比 增 长 11.5% 二 是 服 务 应 用 渐 成 热 点 国 外 工 业 机 器 人 企 业 的 业 务 大 多 起 源 于 汽 车 制 造 近 年 来, 工 业 机 器 人 企 业 开 始 高 度 关 注 电 子 信 息 制 造 食 品 加 工 化 工 等 传 统 行 业 中 的 机 器 人 应 用 机 器 人 应 用 也 正 从 工 业 领 域 向 国 防 军 事 医 疗 康 复 助 老 助 残 居 家 服 务 等 领 域 迅 速 拓 展 三 是 跨 国 企 业 优 势 明 显, 大 型 企 业 发 展 全 面 目 前, 跨 国 企 业 在 核 心 零 部 件 整 机 系 统 集 成 等 机 器 人 产 业 链 的 各 个 环 节 均 有 明 显 优 势 四 是 互 联 网 企 业 频 发 力, 机 器 人 技 术 助 发 展 近 两 年, 国 际 互 联 网 企 业 大 举 进 军 机 器 人 领 域 未 来 的 智 能 社 会 是 工 业 社 会 与 信 息 社 会 广 泛 深 度 融 合 技 术 全 面 更 新 换 代 产 业 系 统 升 级 经 济 社 会 结 构 深 刻 调 整 演 进 而 成 的 新 的 经 济 社 会 发 展 形 态, 融 合 协 同 共 享 共 治 是 其 鲜 明 特 征, 对 人 类 生 产 工 作 生 活 方 式 将 带 来 新 的 深 刻 变 革 以 新 型 广 义 互 联 网 为 核 心, 构 成 智 能 社 会 发 展 的 公 共 基 础 设 施 以 大 数 据 和 云 技 术 智 能 识 别 和 操 控 最 优 配 置 等 技 术 为 主 导, 跨 学 科 汇 聚 融 合 创 新 为 核 心 动 力, 以 资 源 全 面 共 享 和 社 会 协 同 互 利 为 特 征, 既 形 成 一 批 新 产 业 又 带 动 传 统 和 新 兴 产 业 全 面 升 级, 创 造 众 多 新 业 态 就 业 岗 位 和 财 富 增 长 点, 推 进 生 产 生 活 方 式 经 济 社 会 结 构 和 治 理 方 式 的 重 大 变 化 前 瞻 未 来, 智 能 化 将 成 为 经 济 发 展 新 的 引 擎, 成 为 企 业 和 国 家 发 展 层 级 的 重 要 分 水 岭 拥 有 核 心 优 势 的 平 台 型 企 业 成 为 产 业 全 球 化 竞 争 的 主 导 者, 技 术 优 势 平 台 效 应 规 模 经 济 效 益 成 为 创 新 力 核 心, 进 而 推 动 智 能 经 济 体 和 传 统 经 济 体 两 大 国 际 竞 争 阵 营 的 形 成 从 工 业 社 会 向 信 息 社 会 的 跃 迁, 不 断 释 放 出 经 济 社 会 发 展 的 巨 大 空 间 新 一 轮 科 技 和 产 业 变 革 的 兴 起, 正 推 动 人 类 社 会 向 智 能 化 的 新 形 态 演 进, 其 速 度 将 大 大 超 越 前 几 次 社 会 形 态 的 演 进 进 程, 其 对 人 类 社 会 发 展 影 响 程 度 也 将 前 所 未 有 身 处 其 中, 我 国 也 将 面 临 激 烈 的 竞 争, 进 而 迎 来 新 的 挑 战 我 国 的 政 治 制 度 发 展 阶 段 市 场 需 求 科 技 创 新 基 础 等 对 智 能 社 会 的 创 新 发 展 具 有 独 特 优 势 我 国 有 巨 大 的 工 业 和 服 务 型 机 器 人 潜 在 市 场, 在 关 键 技 术 上 不 断 取 得 新 突 破, 可 以 说, 服 务 型 机 器 人 的 发 展, 我 们 与 世 界 各 国 处 在 同 一 起 跑 线 上 抓 住 未 来 10 年 智 能 社 会 发 展 的 战 略 窗 口 期, 加 速 换 挡, 在 这 一 轮 深 刻 调 整 中 迎 头 赶 上, 向 新 的 发 展 平 台 跃 迁, 不 仅 是 实 现 创 新 驱 动 发 展 的 必 由 之 路, 也 将 为 实 现 中 华 民 族 伟 大 复 兴 中 国 梦 提 供 强 大 动 力 面 对 即 将 到 来 的 智 能 社 会, 我 们 必 须 牢 牢 抓 住 智 能 科 技 创 新 发 展 的 龙 头, 以 更 加 广 阔 的 全 球 视 野, 选 择 竞 争 发 展 的 突 破 口, 特 别 是 在 融 合 汇 聚 技 术 创 新 中 把 握 机 遇, 在 智 能 社 会 的 关 键 领 域 和 方 向 谋 求 更 多 的 领 跑 地 位, 形 成 一 批 智 能 产 业 创 新 的 引 领 性 企 业 群 体 更 为 重 要 的 是, 要 加 快 体 制 机 制 创 新 的 步 伐, 以 企 业 为 主 导 构 建 产 学 研 紧 密 协 同 的 战 略 联 系, 建 立 高 效 灵 活 的 国 家 创 新 治 理 体 系, 以 全 面 激 发 人 才 的 创 新 创 业 活 力 为 核 心, 营 造 优 良 的 创 新 生 态 环 境, 使 我 国 成 为 吸 引 和 凝 聚 全 球 尖 端 人 才 的 创 新 乐 园, 成 为 大 众 创 业 万 众 创 新 的 国 度 ( 本 文 据 2015 年 10 月 26 日 经 济 日 报 记 者 佘 惠 敏 对 尚 勇 的 专 访 内 容 整 理 )

8 敞开胸怀 迎接机器人时代的到来 陈章良 中国科协副主席 书记处书记 科技导报 主编 机器人产业的发展得到国家的高度重视 并列入了国家 十三五 发展规划和 中国制造 2025 中 为了贯彻落实习近平总书记在两院院士大会上关于机器人产业发展的讲话精神 积极推动创新 驱动发展战略 实现我国机器人技术与产业的跨越发展 中国科协联合工业和信息化部和北京市政 府于 2015 年 11 月 日共同举办世界机器人大会 大会云集了来自国内外机器人研发领域的高水平学者和机器人制造企业 将围绕世界机器人研 究和应用重点领域以及智能社会创新发展 开展高水平的学术交流和最新成果展示 探寻机器人革 命对未来社会发展的深刻影响 为我国制定机器人产业发展战略 推动制造业转型升级提供决策参 考 同时 也是提升我国机器人产业国际影响力的绝好机会 相信一定能让我们大开眼界 随着机器人技术的不断进步 机器人应用与产业化正在渗透各个行业 我国由于人口众多 发展 迅速 因此 机器人在制造业 人们的日常生活 医疗健康 养老需求方面有着迫切的需求 并将在这 些领域发挥重要作用 中国作为机器人应用的最大市场正处在经济转型的过程中 充满了机遇和挑战 为了更全面地 反映当今世界机器人各领域的最新研究和应用成果 科技导报 邀请了多位国内外机器人研发领域 的知名科学家 从不同角度介绍了各种类型机器人的研究 应用 发展情况和关键技术 并指明未来 机器人的发展方向 其中很多人将在本次世界机器人大会上作学术报告 希望大家读后有所收获 最后预祝大会圆满成功 返回目录

9 协 同 融 合 创 新 迎 接 智 能 社 会 王春法 中国科协党组成员 书记处书记 进入 21 世纪以来 全球科技创 泛应用于工业生产的各个领域 成 家该领域内的全球知名企业 科研 新持续加速 最新研究成果不断问 为 制造业皇冠顶端的明珠 机 机 构 和 高 校 参 展 展 览 面 积 达 世 新一轮科技革命与产业革命正 器人也正悄然进入医疗 康复 娱 在孕育勃发 这些都将催生新的 乐 教育 安保 救援等领域 成为 平方米 世界青少年机器人 经济增长点 引领全球经济强劲复 服务民生的重要智能载体 未来 苏 同时 信息 生命 材料等技术 机器人有可能是这个蓝色星球上 大会是迄今为止在我国举办的规 的广泛交叉与深度融合 正在将人 第一个堪比人类的智能体 成为智 模最大 水平最高 技术最先进的 类社会的发展程度推向一个更高 能社会生产生活中不可或缺的元 机 器 人 盛 会 体 现 出 参 会 专 家 一 的阶段 智能社会的曙光已然依稀 素 深刻影响着人类社会的发展进 流 企业一流 技术一流的特点 将 可见 程 对世界机器人创新发展产生重要 邀请赛将有来自 17 个国家和地区 的 144 支青少年代表队参赛 这次 面对这一新的发展形势 刚刚 为顺应智能社会发展趋势 践 闭幕的中共十八届五中全会高瞻 行创新 协调 绿色 开放 共享的 此次大会的召开 有助于提高 远瞩地谋划了我国下一步发展战 发展理念 把握机器人技术演进路 我国机器人领域专家学者和企业 略 必须牢固树立并切实贯彻创 线 使科技创新成果更好地服务社 的国际地位 有助于激发中外专家 新 协调 绿色 开放 共享的发展 会发展 服务广大民众 中国科学 学者 企业家投身机器人技术和产 理念 坚持创新发展 必须把创 技术协会 工业和信息化部 北京 业的热情和活力 有助于培养青少 新摆在国家发展全局的核心位置 市人民政府定于 2015 年 11 月 23 日 年对机器人技术的兴趣并发掘优 不断推进理论创新 制度创新 科 技创新 文化创新等各方面创新 显然 创新已成为我国经济社会发 展进入新常态后一个较长历史时 期内的核心驱动力 成为我国迎接 智能社会机遇与挑战的重要利器 自 20 世纪 40 年代问世以来 在计算机 自动化 感知 人工智能 等技术的聚合推动下 机器人已广 影响 至 25 日在北京国家会议中心共同 秀后备人才 为中外机器人技术交 举办 2015 世界机器人大会 大 流与产业合作搭建了更高更大 更 会由 2015 世界机器人论坛 2015 世 为广阔的舞台 将推动我国机器人 机器人邀请赛 3 项内容组成 其 争发展的制高点 旨报告会和 11 个专题论坛组成 将 人大会圆满成功 祝中华民族伟 界机器人博览会 2015 世界青少年 技术与产业加快抢占国际创新竞 中 世界机器人论坛由开幕式暨主 最后 衷心预祝 2015 世界机器 有来自国内外的 1200 位专家学者 大复兴的中国梦早日实现 参会 机器人博览会将有超过 200 返回目录

10 科 技 导 报 2015,33(21) 声 音 抓 工 业 机 器 人 的 发 展, 一 方 面 要 抓 产 品 技 术 突 破 和 重 要 配 套 的 组 织, 另 一 方 面 抓 好 应 用 从 这 两 方 面 入 手, 使 中 国 工 业 机 器 人 发 展 占 据 更 有 利 的 位 置 工 业 和 信 息 化 部 部 长 苗 圩 凤 凰 科 技 [ ] 中 国 的 人 口 红 利 正 在 消 失, 机 器 换 人 将 是 必 然 趋 势, 这 不 单 指 工 业 机 器 人, 也 有 服 务 机 器 人, 机 器 人 的 应 用 领 域 不 断 拓 展, 智 能 化 程 度 不 断 提 高 中 国 工 程 院 院 士 浙 江 大 学 机 械 工 程 学 院 院 长 谭 建 荣 新 华 网 [ ] 中 国 工 业 机 器 人 大 发 展 的 时 代 已 经 到 来 中 国 工 业 机 器 人 关 键 基 础 部 件 依 赖 进 口, 应 重 点 突 破 关 键 技 术, 加 快 实 现 关 键 基 础 部 件 产 业 化 ; 同 时 坚 持 走 官 产 学 研 用 相 结 合 的 道 路, 政 府 进 行 顶 层 设 计 和 政 策 引 导, 突 出 重 点, 强 化 示 范 中 国 工 程 院 院 士 哈 尔 滨 工 业 大 学 机 电 工 程 学 院 教 授 蔡 鹤 皋 新 华 网 [ ] 能 够 照 顾 老 人 小 孩 的 智 能 机 器 人 早 晚 会 出 现, 但 也 只 有 到 了 那 时, 才 能 谈 到 机 器 人 是 否 能 解 决 亲 情 陪 伴 的 问 题 中 国 工 程 院 院 士 中 国 科 学 院 计 算 技 术 研 究 所 研 究 员 倪 光 南 新 京 报 [ ] 在 大 数 据 和 云 服 务 的 协 调 下, 联 网 后 的 机 器 人 将 实 现 人 与 机 器 人 机 器 人 与 机 器 人 物 与 机 器 人 的 协 调 工 作, 机 器 人 也 将 成 为 最 大 的 可 穿 戴 设 备 中 国 工 程 院 院 士 中 国 人 工 智 能 学 会 理 事 长 李 德 毅 人 民 日 报 [ ] 中 国 的 实 际 情 况 是 工 业 体 系 很 完 整, 也 是 全 球 唯 一 一 个 能 覆 盖 21 个 工 业 大 类 的 国 家, 装 备 制 造 能 力 强, 在 机 械 工 业 电 力 钢 铁 等 领 域 尤 为 领 先 现 在 的 市 场 前 景 对 中 国 机 器 人 企 业 是 个 机 会 中 国 机 器 人 产 业 联 盟 副 秘 书 长 姚 之 驹 新 华 网 [ ] 与 发 达 国 家 相 比, 中 国 的 工 业 机 器 人 产 业 还 存 在 明 显 差 距 一 方 面, 国 产 机 器 人 市 场 份 额 偏 低, 不 到 20%, 品 牌 知 名 度 低 ; 另 一 方 面, 控 制 器 减 速 器 等 关 键 部 件 研 发 能 力 不 足, 依 赖 进 口 国 际 机 器 人 及 智 能 装 备 产 业 联 盟 秘 书 长 罗 军 中 国 新 闻 网 [ ] 快 速 发 展 的 机 器 人 市 场 是 馅 饼, 也 是 陷 阱 当 全 球 企 业 都 对 这 块 市 场 蛋 糕 虎 视 眈 眈 之 时, 尚 在 襁 褓 阶 段 的 中 国 企 业 面 对 激 烈 竞 争 如 何 成 长, 也 是 一 个 颇 费 思 量 的 问 题 中 国 科 学 院 沈 阳 自 动 化 研 究 所 研 究 员 机 器 人 技 术 国 家 工 程 中 心 副 主 任 曲 道 奎 中 国 新 闻 网 [ ] 目 前 机 器 人 已 经 广 泛 应 用 于 我 国 生 产 生 活 的 多 个 方 面 首 先, 随 着 劳 动 生 产 力 成 本 的 提 高, 机 器 人 以 其 高 精 准 度 和 操 作 效 率 成 为 替 代 人 工 的 不 二 之 选, 甚 至 有 些 工 厂 已 经 鲜 少 见 到 人 力 的 身 影 此 外, 机 器 人 技 术 还 广 泛 应 用 于 军 事 等 领 域, 无 人 驾 驶 飞 机 在 降 低 了 死 亡 率 的 同 时, 提 高 了 战 斗 的 水 平 和 效 率 北 京 航 空 航 天 大 学 软 件 学 院 院 长 孙 伟 中 国 青 年 报 [ ] 随 着 我 国 人 力 成 本 的 不 断 上 升, 减 少 用 人 岗 位, 提 高 劳 动 效 率 已 经 成 为 深 化 改 革, 经 济 再 提 升 的 必 经 之 路, 同 时, 也 可 能 成 为 下 一 个 经 济 增 长 热 点 中 国 电 子 科 技 集 团 第 二 十 八 研 究 所 研 究 员 彭 思 中 国 青 年 报 [ ] 服 务 机 器 人 对 于 零 部 件 的 要 求 比 较 低, 对 智 能 要 求 高 因 此, 在 机 器 人 零 部 件 制 造 业 仍 处 落 后 的 中 国, 很 有 可 能 在 服 务 机 器 人 领 域 超 越 发 达 国 家 中 国 科 学 技 术 大 学 教 授 陈 小 平 中 国 新 闻 网 [ ] 机 器 人 行 业 现 今 面 临 的 挑 战, 也 和 30 年 前 电 脑 行 业 遇 到 的 问 题 如 出 一 辙 : 机 器 人 制 造 公 司 没 有 统 一 的 操 作 系 统 软 件, 流 行 的 应 用 程 序 很 难 在 五 花 八 门 的 装 置 上 运 行 机 器 人 硬 件 的 标 准 化 工 作 也 未 开 始, 在 一 台 机 器 人 上 使 用 的 编 程 代 码, 几 乎 不 可 能 在 另 一 台 机 器 上 发 挥 作 用 如 果 想 开 发 新 的 机 器 人, 通 常 得 从 零 开 始 现 在, 多 种 技 术 发 展 的 趋 势 开 始 汇 为 一 股 推 动 机 器 人 技 术 前 进 的 洪 流, 完 全 能 够 想 象, 机 器 人 将 成 为 我 们 日 常 生 活 的 一 部 分 美 国 微 软 公 司 创 始 人 之 一 Bill Gates Scientific American [ ] ( 编 辑 祝 叶 华 ) 继 2013 年 成 为 全 球 最 大 的 机 器 人 市 场 后,2014 年 我 国 机 器 人 销 量 又 创 新 高, 预 计 接 近 5 万 台 在 机 器 人 的 种 类 中, 轮 式 机 器 人 或 者 说 智 能 汽 车 尤 其 引 人 关 注 工 业 和 信 息 化 部 国 际 经 济 技 术 合 作 中 心 主 任 龚 晓 峰 人 民 日 报 [ ] 图 片 来 源 : 百 度 图 库 8

11 2015 世界机器人大会特刊 图片来源 百度图库 智能机器人 智能机器人 21 世纪科技皇冠上的璀璨 明珠 黄心汉 华中科技大学自动化学院 武汉 在回顾智能机器人发展历程的基础上 阐述了机器人的过去 人类的幻想 机器人的现在 从幻想 走向现实 机器人的未来 智能机器人 介绍了工业机器人 军用机器人 仿生机器人 服务机器人 多 指灵巧手和类人机器人的主要功能 研究现状和应用背景 展望了智能机器人的发展前景 习近平主席 2014 年 6 月 9 日在中 话为中国机器人科学技术的发展和应 改变 机器人将成为我们日常生活的一 用指明了方向 程院第十二次院士大会开幕会上发表 比 尔 盖 茨 2007 年 1 月 30 日 在 部分 必将与个人电脑一样 彻底改变 国科学院第十七次院士大会和中国工 这个时代的生活方式 [2]比尔 盖茨的 CES 开幕式上的演说中预言 未来家家 预言正在不断成为现实 全盘考虑 抓紧谋划 扎实推进 不仅要 脑崛起的道路 极有可能深入人类社会 1 机器人的过去 人类的幻想 把我国机器人水平提高上去 而且要尽 生活的方方面面 影响之深远丝毫不逊 重要讲话中指出 在全球机器人产业 激烈竞争的背景下 我们要审时度势 [1] 习近平主席的讲 可能多地占领市场 都有机器人 机器人即将重复个人电 于过去 30 年间个人电脑给我们带来的 人类对机器人的幻想与追求已有 3000 多 年 的 历 史 古今中外 莫不如 返回目录 9

12 科技导报 此 古代能工巧匠们制作的各种各样 形形色色的自动玩偶和工具就是现代 机器人的雏形 西周时期 中国的能工巧匠偃师制 作的歌舞艺人 是中国最早记载的机器 人 的发展而诞生的 道顿堀演出 1738 年 法国天才技师杰克 戴 瓦克逊发明了一只机器鸭 它会嘎嘎 年 由于核工业和军事工业的发展 研 叫 会游泳和喝水 还会进食和排泄 制了遥控操纵器 Teleoperator 和主从 1773 年 著名的瑞士钟表匠杰克 道罗斯和他的儿子利 路易 道罗斯制 春秋后期 据 墨经 记载 鲁班制 造过 1 只木鸟 能在空中飞行 3 日不下 公元前 2 世纪 古希腊人发明了最 造出自动书写玩偶 自动演奏玩偶等 这些自动玩偶是利用齿轮和发条原理 而制成的 它们有的拿着画笔和颜色绘 原始的机器人太罗斯 是以水 空气和 画 有的拿着鹅毛蘸墨水写字 结构巧 蒸汽压力为动力的会动的青铜雕像 不 妙 服装华丽 在欧洲风靡一时 仅可以打开门 还可以借助蒸汽唱歌 第二次世界大战期间 年 美国西屋公司工程师温 机械手 Master-Slave Manipulator 年 随着先进飞机制 造的需要 美国麻省理工学院辐射实验 室 MIT Radiation Laboratory 研制出多 轴数控铣床 1954 年 美 国 人 乔 治 德 沃 尔 George C. Devol 设计制作了世界第一 台可编程示教再现机器人实验装置 并 1800 年前的汉代 大科学家张衡 兹利制造了一个机器人电报箱 并在纽 发表 适用于重复作业的通用性工业机 器人 一文 还注册了专利[3] 车 计里鼓车每行 1 里 车上木人击鼓 1 约举行的世界博览会上展出 它是一个 电动机器人 装有无线电发报机 可以 不仅发明了地动仪 而且发明了计里鼓 下 每行 10 里击钟 1 下 回答一些简单问题 后汉三国时期 蜀国丞相诸葛亮成 汉中的崎岖山路中运送粮草和武器 支 2 机器人的现在 从幻想走向现 实 援前方战争 2.1 现代机器人的诞生 功地制造出了木牛流马 并用它在攻打 1662 年 日本竹田近江利用钟表 技术发明了自动机器玩偶 并在大阪的 现代机器人与其他科技成果的出 现一样是随着社会的需求和科学技术 20 世纪 60 年代 机器人产品正式 问 世 1960 年 美 国 联 合 控 制 公 司 Consolidated Control 研制出第一台真 正意义上的通用型工业机器人 并成立 了 Unimation 公司 开始定型生产名为 Unimate 的工业机器人 两年后 美国 机床与铸造公司 AMF 也生产了另一 种可编程工业机器人 Versatran[3] a b c 图 1 各种用途的工业机器人 Fig. 1 Industrial robot for various purposes d a 汽车装配线上的工业机器人 b 点焊机器人 c 弧焊机器人 d 铆接机器人 e 食品加工机器人 e 返回目录 10

13 2015 世 界 机 器 人 大 会 特 刊 20 世 纪 70 年 代, 机 器 人 产 业 得 到 蓬 勃 发 展, 机 器 人 的 应 用 领 域 进 一 步 扩 大, 不 同 的 应 用 场 所, 导 致 了 各 种 坐 标 系 统 各 种 结 构 的 机 器 人 相 继 出 现, 大 规 模 集 成 电 路 和 计 算 机 技 术 飞 跃 发 展 使 机 器 人 的 控 制 性 能 大 大 提 高, 成 本 不 断 下 降 20 世 纪 80 年 代, 不 同 结 构 不 同 控 制 方 法 和 不 同 用 途 的 工 业 机 器 人 在 工 业 发 达 国 家 已 经 进 入 了 实 用 化 的 普 及 阶 段 随 着 传 感 技 术 和 智 能 技 术 的 发 展, 开 始 进 入 智 能 机 器 人 研 究 阶 段 机 器 人 视 觉 触 觉 力 觉 接 近 觉 等 研 究 和 应 用, 大 大 提 高 了 机 器 人 的 适 应 能 力, 扩 大 了 机 器 人 的 应 用 范 围, 促 进 了 机 器 人 的 智 能 化 进 程 经 历 了 40 多 年 的 发 展, 机 器 人 技 术 逐 步 形 成 了 一 门 新 的 综 合 性 学 科 机 器 人 学 (Robotics) [4,5], 主 要 内 容 有 : 机 械 手 设 计, 机 器 人 运 动 学 动 力 学 和 控 制, 运 动 轨 迹 和 路 径 规 划, 传 感 器 ( 包 括 内 部 传 感 器 和 外 部 传 感 器 ), 机 器 人 视 觉, 机 器 人 语 言, 机 器 人 装 置 与 系 统 结 构, 机 器 人 智 能 等 2.2 工 业 机 器 人 工 业 机 器 人 是 应 用 最 为 成 功 和 广 [6] 泛 的 机 器 人, 其 应 用 涉 及 到 工 业 生 产 的 各 个 方 面, 如 焊 接 加 工 装 配 搬 运 喷 涂 等 图 1 所 示 为 汽 车 装 配 线 上 的 工 业 机 器 人 点 焊 机 器 人 弧 焊 机 器 人 铆 接 机 器 人 和 食 品 加 工 机 器 人 目 前, 工 业 机 器 人 主 要 生 产 厂 家 有 德 国 的 KUKA 瑞 典 和 瑞 士 的 ABB 日 本 的 FANUC 和 安 川 ( 图 2), 这 四 家 工 业 机 器 人 的 销 售 额 占 据 了 全 球 工 业 机 器 人 销 售 额 的 半 壁 江 山 工 业 机 器 人 的 结 构 如 图 3 所 示, 主 要 由 执 行 机 构 驱 动 和 传 动 装 置 传 感 器 和 控 制 器 四 部 分 构 成 执 行 机 构 即 为 机 械 臂 ( 手 ), 典 型 的 6 轴 ( 自 由 度 ) 机 械 臂 的 末 端 可 以 到 达 操 作 空 间 任 意 方 位, 其 腰 肩 臂 3 个 自 由 度 确 定 空 间 位 置, 腕 部 的 3 个 自 由 度 确 定 方 向 驱 动 方 式 有 电 动 液 压 和 气 动 3 种 方 式, 电 动 方 式 具 有 控 制 方 便 灵 活 性 好 精 度 高 等 优 点, 中 小 型 机 器 人 多 采 用 电 动 方 式 ; 大 型 机 器 人 多 采 用 液 压 驱 动 ; 末 端 执 行 器 和 气 动 肌 肉 采 用 气 动 方 式 传 (a) (b) (a) KUKA 工 业 机 器 人 (b) ABB 工 业 机 器 人 (c) FANUC 工 业 机 器 人 (d) 安 川 工 业 机 器 人 图 2 Fig. 2 主 要 工 业 机 器 人 生 产 厂 家 产 品 Major industrial robot manufacturers'products (c) (d) 图 3 工 业 机 器 人 的 结 构 Fig. 3 Structure of industrial robot 11

14 科技导报 a 美国 全球鹰 无人机 b 中国 翼龙 无人机 图4 Fig. 4 图5 无人机 Unmanned aerial vehicle Fig. 5 美国无人作战平台 American unmanned combat platform underwater 感器有内部传感器和外部传感器 2 种 制等 内部传感器是安装在机械臂本体上用 工业机器人的控制为可编程与示 来检测机器人自身状态的传感器 各关 教再现方式 通常采用半闭环控制 即 节的运动位置 速度和加速度 如光 其关节控制采用闭环控制 底层各关节 栅 光电码盘等 外部传感器是安装在 机器人本体以外的各种传感器 用来检 图6 瑞典 双鹰 水下扫雷机器人 Fig. 6 Swedish DOUBLE EAGLE mine sweeping robot 采用传统 PID 技术 直角坐标采用开环 控制 通过求解逆运动学方程将直角坐 测环境信息 如视觉 触觉 滑觉 接近 标的空间位置和方向转换为各关节的 觉 力/力矩传感器等 控制器是机器 位置向量对各关节进行协调控制 工 人的大脑 根据任务需要进行对机器人 业机器人通常应用在结构化环境 静态 进行位置 速度 加速度 力与力矩的控 环境 3 机器人的未来 智能机器人 智能机器人是具有高度适应性的 自治型机器人 它具有多种感知功能 可进行复杂的逻辑思维 判断决策 独 立完成各种不同的任务 [7] 底层 执行 级 通常采用传统控制 上层 决策级 采用智能控制 通过多传感器集成与信 息融合 获取环境和自身状态的信息 a b 可适应非结构化环境 未知和动态环 境 [8, 9] 3.1 军用机器人 军用机器人是用于实战系统的机 器人 包括无人机 图 4 图片来源 http: //image.baidu.com 无人作战平台 图 5 水下扫雷机器人 图 6 等 军用机 器人在未来战争中发挥重要作用 军用 机器人的应用将改变未来战争模式 c 3.2 仿生机器人 仿生机器人是现今机器人研究最 a 西班牙机器鱼 b 德国机器鸟 c 日本机器狗 d 美国波士顿动力工程公司研制的大狗 图7 Fig. 7 仿生机器人 Bionic robot 为活跃的研究领域和未来机器人的发 展方向之一 是机器人学 仿生学 智能 科学与技术等多学科交叉的产物 在人 类生活的各个领域有着广泛的应用前 景 如机器鱼[10] 机器鸟 机器狗 图 7 d 等 最著名的要数美国波士顿动力工 返回目录 12

15 2015 世界机器人大会特刊 a b e c d f h a 达芬奇外科手术机器人 b 上肢康复机器人 c 导盲机器人 d 导游机器人 e 娱乐机器人 f 宠物机器猫 g 真空吸尘机器人 h 家庭服务机器人 i 与儿童机器人共进晚餐 g 图8 服务机器人 i Fig. 8 Service robot 程公司为美军研制的大狗 图 7 d 图 3.3 服务机器人 器人被认为是当今世界上最先进适应 应用的主要方向[11] 随着老年社会的到 崎岖地形的机器人 不仅可以爬山涉 来 人们对医疗机器人 助残康复机器 水 还可以承载较重负荷的军用物资 人 [12,13] 导盲机器人 导游机器人 娱乐 重 75 kg 从外形上看 基本相当于一条 服务机器人等各类服务机器人 图 8 片来源 大狗机 而且比人类跑得快 长 1 m 高 70 cm 真正的大狗 这种机器人的行进速度 可达 7 km/h 能够攀越 35 的斜坡 可携 带质量超过 150 kg 的武器和其他军用 物资 服务机器人是未来机器人发展和 机器人 宠物机器人 清洁机器人 家庭 有着强烈需求 上班族可以雇佣机器 人保姆将家庭打理得井井有条 当你下 班回家就有机器人为你端茶倒水和捧 上热气腾腾 味美可口的晚餐 丁克族 图9 Fig. 9 3 指灵巧手 3 fingered hand 返回目录 13

16 科 技 导 报 2015,33(21) 也 可 与 儿 童 机 器 人 共 进 晚 餐, 共 享 家 庭 的 温 馨 和 快 乐 ; 老 年 人 也 可 在 机 器 人 伴 侣 和 机 器 人 宠 物 的 陪 伴 下 欢 度 晚 年 这 一 切 已 不 再 是 科 幻 电 影 中 的 情 节, 有 的 已 经 成 为 现 实, 有 的 正 向 我 们 走 来, 机 器 人 与 人 类 和 谐 共 生 的 社 会 很 快 就 会 到 来 3.4 多 指 灵 巧 手 手 是 人 类 从 事 工 作 劳 动 不 可 缺 少 的 肢 体, 同 样 也 是 机 器 人 的 有 效 操 作 工 具, 设 计 一 只 功 能 齐 全 操 作 灵 活 的 灵 巧 手 自 然 成 为 科 技 工 作 者 和 产 品 开 发 [14] 人 员 的 目 标 人 类 的 手 有 5 根 手 指, 每 根 手 指 有 3 个 关 节, 大 拇 指 与 其 他 4 根 手 指 相 向 生 长, 才 能 保 证 手 的 抓 握 功 能, 其 生 物 结 构 十 分 完 美 显 然 2 根 手 指 是 具 有 抓 握 功 能 的 最 低 要 求, 多 指 (2 指 以 上 5 指 以 下 ) 则 会 使 抓 握 和 操 作 更 加 灵 活 可 靠, 但 5 指 以 上 似 乎 有 点 多 余 ( 增 加 了 结 构 的 复 杂 性 ), 因 此 灵 巧 手 通 常 设 计 成 2~5 指 的 结 构 模 式 图 9 是 一 种 3 指 灵 巧 手, 为 了 保 证 抓 取 类 似 鸡 蛋 这 样 光 滑 易 碎 的 物 品, 指 端 套 了 一 层 具 有 一 定 弹 性 的 缓 冲 和 防 滑 材 料 ( 如 橡 胶 软 性 塑 料 等 ) 人 的 皮 肤 不 仅 具 有 [15] 弹 性, 而 且 还 有 能 够 感 知 表 面 温 度 粗 糙 度 和 硬 度 的 能 力, 并 利 用 这 些 信 息 调 整 抓 握 力 度, 既 保 证 将 鸡 蛋 可 靠 握 在 手 中, 又 不 会 将 鸡 蛋 捏 破 因 此 给 灵 巧 手 的 手 指 末 端 植 入 人 造 皮 肤, 用 来 检 测 抓 握 力, 和 进 行 力 反 馈 控 制, 就 会 使 灵 巧 手 的 功 能 更 加 接 近 人 手 的 功 能 3.5 类 人 机 器 人 类 人 机 器 人 是 在 形 体 动 作 情 感 体 力 和 智 力 都 与 人 类 相 同 或 类 似 的 机 器 人, 可 参 与 人 类 的 各 种 社 会 活 动, 将 来 会 成 为 人 类 社 会 的 不 可 或 缺 的 组 成 部 分, 是 机 器 人 研 究 和 发 展 的 终 极 目 标 类 人 机 器 人 是 开 发 难 度 最 高 的 机 器 人 之 一, 类 人 机 器 人 不 仅 要 与 人 类 形 似, 还 要 神 似, 不 仅 外 观 像 人, 有 人 的 模 样, 还 能 像 人 一 样 做 出 各 种 表 情, 会 思 考, 有 智 慧, 还 要 具 有 与 人 交 流 和 学 习 的 能 力 从 某 种 意 义 上, 类 人 机 器 人 的 研 发 是 对 人 类 智 慧 的 真 正 考 验 日 本 本 田 公 司 投 入 巨 资, 经 过 10 多 年 的 开 发, 于 1997 年 研 制 出 世 界 居 领 先 地 位 的 双 足 步 行 机 器 人 阿 西 莫 ( 图 10(a), 图 片 来 源 com) 按 研 制 时 间 先 后, 把 本 田 双 足 步 行 机 器 人 分 别 命 名 为 P1 P2 P3 等 被 称 为 二 哥 的 机 器 人 P2 身 高 1.80 m, 体 重 120 kg( 图 10(b)) 本 田 双 足 步 行 机 器 人 阿 西 莫 不 仅 在 外 形 上 与 人 类 相 同, 动 作 也 很 灵 活, 它 们 不 仅 能 在 平 坦 的 地 面 上 行 走, 还 能 够 进 行 单 脚 跳 双 脚 跳 上 下 台 阶 推 车 端 茶 倒 水 和 用 扳 手 拧 螺 钉 等 高 难 动 作 法 国 NAO 机 器 人 也 具 有 良 好 的 运 动 和 协 调 能 力 ( 图 10(c)) 美 国 波 士 顿 动 力 研 制 的 机 器 人 士 兵 在 外 形 和 能 力 方 面 已 和 自 然 人 非 常 接 近, 不 久 将 会 走 向 战 场 ( 图 10(d)) 美 国 加 州 大 学 机 械 感 知 实 验 室 研 究 的 一 款 面 部 表 情 可 变 的 机 器 人 爱 因 斯 坦 机 器 人 ( 图 10(e)), 不 仅 外 表 逼 真, 而 且 具 有 喜 怒 哀 乐 等 面 部 表 情, 被 称 为 世 界 上 最 逼 真 的 类 人 机 器 人 丹 麦 双 子 替 身 (Geminoid) 机 器 人 ( 图 10(f)) 也 是 3 个 外 形 十 分 逼 真 的 类 人 机 器 人 4 机 器 人 的 发 展 前 景 与 展 望 4.1 应 用 领 域 进 一 步 扩 大 机 器 人 在 制 造 业 中 的 应 用 和 发 展 是 成 功 的, 正 逐 步 涉 足 非 制 造 业 随 着 人 类 改 造 大 自 然 要 求 的 提 高, 以 及 机 器 人 适 应 特 殊 环 境 能 力 的 增 强, 农 业 林 业 军 事 海 洋 勘 探 太 空 探 索 生 物 医 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (a) 本 田 机 器 人 阿 西 莫 (b) 本 田 机 器 人 P2 (c) 法 国 NAO 机 器 人 (d) 机 器 人 士 兵 (e) 爱 因 斯 坦 机 器 人 (f) 丹 麦 双 子 替 身 (Geminoid) 机 器 人 图 10 Fig. 10 类 人 机 器 人 Humanoid robot 14

17 2015 世界机器人大会特刊 学工程 自动驾驶等行业将是机器人大 至意念等方式进行控制 智能机器人终 有作为的新领域 将成为人类的忠实助手和亲密朋友 4.2 深入日常生活 在人们的日常生活中 各种服务机 器人也将向我们走来 娱乐机器人将给我 们的生活增添无限乐趣 清洁机器人将减 轻人们繁重的家务 保健助残机器人可为 老人和残疾人提供服务和帮助 是人类进 入老年社会后强烈需求的对象 4.3 未来的智能机器人 未来智能机器人将像人一样 能听 能看 能说 能识别环境 具有记忆 推 理 决策能力和适应恶劣环境的能力 人类对机器人将逐渐实现语言 表情甚 各国政府对机器人的研究与发展 十分重视 中国的 863 高技术发展计划 机器人将会自己制造机器人 5 结论 智能机器人是机器人技术发展的 将智能机器人列入自动化领域的 2 个 终极目标 其应用前景十分广阔 机器 实现每个家庭都有服务机器人 美国也 器人将改变未来战争的模式 机器人将 右 机器人将可以与自然人进行足球和 时代即将到来 主题之一 韩国计划在 年 制定了类似的计划 预计在 2050 年左 人逐渐成为人类日常生活的一部分 机 无所不能 无处不在 无人不用 机器人 其他体育比赛 机器人将代替人参加 随着中国科学技术的飞速发展和 未来的战争 美国已宣布在 2015 年以 国力的增强 中国智能机器人科学技术 类人机器人和服务机器人将成为人类 我们共同努力 为促进中国智能机器人 家庭成员和医疗 助残与康复的助手 科学技术的发展作出应有的贡献 后投入战场的兵力中有 1/3 的机器人 的发展和研究任重道远 大有作为 让 参考文献 References [1] 习近平在两院院士大会上的讲话[N]. 新华每日电讯, [2] 比尔 盖茨. 家家都有机器人[EB/OL] [3] 机器人发展简史[J]. 环球科学, 2007(2): [4] Paul R P. Robot manipultons: Mathematics, programming and control[m]. Cambridge MA: The MIT Press, [5] 蔡自兴. 机器人学[M]. 北京: 清华大学出版社, [6] 王天然, 曲道奎. 工业机器人控制系统的开放体系结构[J]. 机器人, 2002, 24(3): [7] 张鈸. 智能机器人的理想与实现 智能机器人主题战略讨论[J]. 机器人, 1992, 14(4): [8] 黄心汉, 李新德, 王敏, 等. 面向智能机器人的信息融合研究进展[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2006, 38(Suppl 1): [9] Huang X H, Li X D, Wang M, et al. A fusion machine based on DSmT and PCR5 for robot's map reconstruction[j]. International Journal of Information Ac quisition, 2006, 3(3): [10] Curet O M, Patankar N A, Lauder G V, et al. Mechanical properties of a bio- inspired robotic knifefish with an undulatory propulsor[j]. Bioinsparition & Biominetics, 2011, 6(2): 1-9. [11] Schraft R D. 服务机器人[J]. 机器人技术与应用, 1997(1): 3-5. [12] 吴军, 王永骥, 黄剑, 等. 新型可穿戴式多自由度气动上肢康复机器人[J]. 华中科技大学学报: 自然科学版, 2011(Suppl 2): [13] 郭萌, 涂细凯, 黄心汉, 等. 基于患者意图的 RUPERT-FES 上肢康复系统 [J]. 世界康复工程与机械, 2014, 4(3): [14] 卢江舟, 熊有伦, 杨叔子. 机器人多指手的控制与传感技术[J]. 机器人, 1995, 17(3): [15] 李锐琦, 黄英, 田敏, 等. 柔性触觉传感器压力/温度敏感交叉效应研究[J]. 华中科技大学学报: 自然科学版, 2013(Suppl 1): Intelligent robot: The bright pearl on the crown of science and technology in twenty-first century HUANG Xinhan School of Automation, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan , China Abstract Based on the development history of robotics, this paper presents separately the robotic past: human fantasy, robotic present: from fantasy to reality, and robotic future: Intelligent robots. The main functions, research status and application backgrounds of industrial robots, military robots, bionic robots, service robots, multi-fingered dexterous hand and humanoid robots are introduced respectively. Finally, prospects of the development of intelligent robots are discussed. Keywords intelligent robot; industrial robot; military robot; bionic robot; serving robot; humanoid robot 作者简介 黄心汉, 教授, 研究方向为智能控制 智能机器人 信息融合 图像处理与模式识别, 电子信箱: xhhuang@mail.hust.edlu.cn 责任编辑 刘志远 刘志远 返回目录 15

18 科技导报 改变世界的智能机器 智能机器人发展思考 王田苗 陈殿生 陶永 李剑 北京航空航天大学机器人研究所 北京 随着云计算 大数据 智能感知 微纳制造 生物材料 智能交通等高新技术的深入发展 智能机器 即智能机器人作为世界经济与产业增长方式转变过程中的关键因素 正在进入新的发展阶段 本文从 智能机器人的需求和背景出发 介绍工业机器人 家用服务机器人 特种服务机器人的定义和发展现 状 分析未来智能机器人的前沿技术发展和产业化趋势 在信息与互联网 新材料与新能 成系统突破 实现一种能够半自主或全 技术 推动医疗健康 智能交通 农副产 源 自动化与人工智能等技术的推动 自主工作的智能机器 其目的是辅助人 品 旅游娱乐 在线教育 高品质消费品 下 全球正迎来一个新的科技时代 以 甚至替代人完成危险或繁重 复杂的工 与智能硬件等技术变革与产业升级换 移动互联网与大数据服务 医疗健康与 作 提高人的工作效率与质量 甚至服 代 与此同时还抓住未来对社会经济格 物联网 新能源与智能交通自动化 机 务于人的生活并扩大或延伸人的活动 局可能产生重大变革的颠覆性技术 如 器人与智能制造等为代表的科技创新 及能力范围 航空航天 人工智能 生物医疗 智能机 正在改变世界的技术发展方向 产业竞 机器人以服务于人 服务于社会为 器人等 以第三世界不发达国家为主的 争格局与社会组织结构 这一交错融合 宗旨 灵巧操作 适应多变环境 人工智 发展中国家 需要大力发展基础设施建 的科技浪潮进一步引起了制造模式 生 能以及互联网的人机融合友好共存是 活方式 军事作战形态等的变化 从而 未来机器人发展的规律与必然趋势 牵引加速了智能机器暨智能机器人的 因此 在新历史时期 机器人发展与应 发展 与此同时多学科前沿交叉理论 用有望成为 第三次工业革命 的一个 由此得出 从世界经济发展的宏观 与技术的进一步推动 拓展了智能机器 切入点和重要增长点 它将作为衡量一 趋势出发 把握了大数据技术就把握了 的新概念 新理论及新方法 个国家科技创新和高端制造业水平的 未来的需求规律与趋势 把握了生物医 重要标志 在国民经济 医疗健康 国防 学技术就把握了未来的医疗健康 把握 安全等诸多领域占据举足轻重的地位 了智能机器人技术就把握了未来的智 智能机器是具有感知 决策 执行 的制造装备 设备工具 服务消费品 机 器人是智能机器众多种类中的典型代 表 用于生产过程与环境中的制造装备 并且必将为 中国制造 2025 做出重要 贡献 智能机器称为工业机器人 用于个人或 家政服务的消费品智能机器称为家用 服务机器人 用于特殊环境下作业与维 护的设备工具智能机器称为特种服务 机器人 机器人学本质上是一个材料机械 微电子传感器 模式识别 智能控制 计 算机 脑科学 复杂系统 互联网等前沿 交叉的综合学科 依赖于相关学科或集 设 包括 IT 互联网 装备制造 铁路交 通 能源电力 工程机械 信息家电 汽 车工业 智能手机 房屋建筑等 能制造装备与服务设备 把握了新能源 技术就把握了未来社会可持续发展的 动力 把握了人工智能技术就把握了人 1 智能机器人需求与背景 脑智慧服务的各个方面 因此 作为推 众所周知 以美国为主的西方发达 动中国新常态下经济发展与增长的重 国家 在大力发展 IT 及移动互联网基 要关键要素之一 大力发展智能机器人 础上 也在大力推进航空航天 生物医 核心技术与产业化成为科技创新驱动 学 智能机器人 新能源 人工智能等技 的一种重要趋势与动力 术 以中国为主的新兴金砖先进发展中 国家 不仅充分利用 IT 互联网技术发 展的大好时机 并且大力发展互联网+ 改革开放以来 中国的经济取得了 翻天覆地的变化 但这很大程度上都依 赖于人口红利及资源消耗 随着需求 返回目录 16

19 2015 世 界 机 器 人 大 会 特 刊 与 产 能 过 剩 劳 动 力 成 本 提 升 低 价 竞 争 优 势 不 在 等, 原 有 的 粗 放 型 经 济 与 产 业 活 力 不 再 由 此, 加 强 科 技 创 新 探 索 新 型 经 济 与 产 业 势 在 必 行 随 着 工 业 4.0 理 念 的 深 入 及 中 国 制 造 2025 的 印 发, 中 国 的 经 济 与 产 业 正 式 开 始 向 着 精 细 化 发 展 方 式 转 变 届 时, 新 的 需 求 新 的 产 品 更 高 的 附 加 值 将 会 被 挖 掘 开 发 及 创 造 同 时, 在 大 众 创 业 万 众 创 新 的 政 策 引 领 下, 创 客, B to C 等 创 新 模 式 将 会 为 新 兴 经 济 与 产 业 的 开 创 奠 定 基 础 未 来, 在 中 国 制 造 2025 的 直 接 驱 动 下, 以 智 能 工 厂 智 能 生 产 智 能 物 流 三 大 主 题 为 特 征 的 工 业 4.0 理 念 将 逐 步 深 入 到 国 内 的 大 中 小 企 业 中, 届 时 新 兴 的 集 约 型 现 代 工 厂 现 代 制 造 现 代 物 流 将 直 接 促 生 迫 切 的 工 业 机 器 人 需 求 同 时, 随 着 现 代 医 疗 健 康 娱 乐 等 服 务 业 的 发 展 和 国 防 民 生 的 刚 性 需 求, 人 们 新 兴 的 生 活 方 式 将 会 延 伸 出 无 数 的 服 务 机 器 人 需 求 2 社 会 服 务 成 本 增 加 与 智 能 硬 件 成 本 降 低 的 驱 动 2.1 老 龄 化 社 会 的 到 来 劳 动 人 口 的 减 少 服 务 人 力 成 本 越 来 越 高 根 据 国 家 统 计 局 数 据 显 示,2015 年 中 国 60 周 岁 及 以 上 人 口 亿, 占 总 人 口 的 15.5%,65 周 岁 及 以 上 人 口 亿, 占 总 人 口 的 10.1% [2] 全 国 老 龄 工 作 委 员 会 预 计, 未 来 20 年 中 国 将 进 入 老 龄 化 高 峰, 平 均 每 年 增 1000 万 老 年 人, 到 2050 年 左 右, 老 年 人 口 将 达 到 全 国 人 口 的 1/3 [3] 同 时, 随 着 老 龄 化 进 程 加 快, 中 国 劳 动 力 也 在 逐 渐 减 少 据 国 家 统 计 局 统 计,2014 年 中 国 劳 动 年 龄 人 口 比 例 连 续 3 年 下 降,16~ 59 岁 的 劳 动 年 龄 段 人 口 减 少 了 371 万 预 计 到 2022 年, 城 市 制 造 业 工 人 将 减 少 700 万, 制 造 业 农 民 将 减 少 1500 万 此 外, 中 国 劳 动 成 本 正 在 逐 年 上 升, 人 口 红 利 优 势 正 在 逐 渐 削 弱 据 2015 年 经 济 学 人 智 库 (The EIU) 发 布 的 中 国 制 造 业 劳 动 力 成 本 分 析 最 新 报 告, 预 计 自 年, 全 国 的 年 [4] 收 入 平 均 增 速 将 维 持 在 12% 左 右 另 据 美 国 国 会 研 究 服 务 机 构 统 计, 年, 中 国 工 资 平 均 每 年 增 长 11.4% [5] 2.2 危 险 恶 劣 工 作 环 境 下 的 作 业 对 机 器 人 有 着 刚 性 需 求 随 着 经 济 的 发 展, 越 来 越 重 视 以 人 为 本, 人 的 生 命 和 健 康 是 无 价 的, 有 些 工 作 需 要 工 人 暴 露 在 危 险 的 坏 境 ( 如 有 毒 气 体, 易 爆 坏 境 等 ) 中 进 行 如 何 在 恶 劣 条 件 下 保 证 人 的 身 体 安 全 和 健 康, 一 直 都 是 生 产 安 全 的 重 要 课 题 随 着 人 类 生 活 品 质 的 提 高, 避 免 危 险 繁 重 脏 差 重 复 等 工 作 已 逐 渐 成 为 一 种 普 遍 的 趋 势 和 意 愿 2.3 随 着 智 能 硬 件 不 断 发 展, 机 器 人 成 本 越 来 越 低 随 着 机 器 人 技 术 的 成 熟 和 应 用, 机 器 人 的 成 本 在 逐 渐 下 降 据 波 士 顿 咨 询 集 团 最 新 研 究 : 在 未 来 10 年, 越 来 越 多 的 智 能 机 器 人 将 走 进 制 造 业 企 业, 制 造 业 生 产 成 本 将 越 来 越 低, 如 一 个 先 进 机 器 人 电 焊 机 的 价 格 已 从 2005 年 的 18.2 万 美 元 下 降 到 2014 年 的 13.3 万 美 元, 预 计 到 2025 年 机 器 人 购 买 价 格 将 继 续 下 降 22% 3 未 来 前 沿 交 叉 学 科 派 生 出 颠 覆 性 技 术 发 展 的 驱 动 2013 年 5 月, 麦 肯 锡 发 布 研 究 报 告 引 领 全 球 经 济 变 革 的 颠 覆 性 技 术, 提 出 2025 年 将 引 领 生 活 商 业 和 全 球 经 济 变 革 的 12 项 颠 覆 性 技 术, 其 中 先 进 机 器 人 技 术 名 列 第 五 位 预 计 到 2025 年, 先 进 机 器 人 在 制 造 业 医 疗 和 服 务 等 产 业 领 域 的 应 用 可 创 造 1.7 万 亿 ~4.5 万 亿 美 元 的 产 值 2015 年 10 月,Gartner 公 布 了 2016 年 及 以 后 数 年 的 十 大 战 略 预 测, 提 出 2016 年 是 数 字 化 的 时 代, 在 智 能 算 法 和 机 器 人 驱 动 的 世 界 里, 人 和 机 器 人 的 关 系 将 被 新 定 义 ; 预 计 到 2018 年,20% 的 商 业 内 容 将 由 机 器 撰 写 ; 将 有 60 亿 智 能 设 备 联 网 ; 超 过 300 万 工 人 将 向 机 器 老 板 汇 报 ; 在 增 长 最 快 的 公 司 中,50% 的 公 司 中 员 工 数 将 比 智 能 机 器 [1] 人 少 国 防 安 全 军 事 发 展 产 业 竞 争 价 值 驱 动 生 活 服 务 迫 切 要 求 等 进 一 步 加 速 了 颠 覆 性 技 术 产 生 与 发 展, 其 中 以 新 材 料 与 生 物 材 料 软 体 机 器 人 人 工 智 能 与 识 别 脑 科 学 与 认 知 高 效 移 动 再 生 能 源 等 为 代 表 的 新 技 术 大 大 推 动 了 智 能 机 器 人 发 展 4 智 能 机 器 人 发 展 现 状 4.1 机 器 人 定 义 与 分 类 根 据 美 国 机 器 人 协 会 给 出 的 定 义 : 机 器 人 是 一 种 可 编 程 和 多 功 能 的 操 作 机 ; 或 是 为 了 执 行 不 同 的 任 务 而 具 有 可 用 电 脑 改 变 和 可 编 程 动 作 的 专 门 系 统 从 应 用 环 境 的 角 度 划 分, 机 器 人 分 为 工 业 机 器 人 (industry robot) 和 服 务 机 器 人 (service robot) 两 大 类 工 业 机 器 人 是 面 向 工 业 领 域 的 多 关 节 机 械 手 或 多 自 由 度 机 器 人, 是 自 动 执 行 工 作 的 机 器 装 置, 是 靠 自 身 动 力 和 控 制 能 力 实 现 各 种 功 能 的 一 种 机 器, 它 接 受 人 类 指 令 后, 将 按 照 设 定 的 程 序 执 行 运 动 路 径 和 作 业, 包 括 焊 接 喷 涂 组 装 采 集 和 放 置 ( 例 如 包 装 和 码 垛 等 ) 产 品 检 测 和 测 试 等 (ISO 定 义 ) 根 据 国 际 机 器 人 联 合 会 (Interna tional Federation of Robotics,IFR) 的 定 义, 服 务 机 器 人 是 一 种 半 自 主 或 全 自 主 工 作 的 机 器 人 ( 不 包 括 从 事 生 产 的 设 备 ), 它 能 完 成 有 益 于 人 类 的 服 务 工 作 服 务 机 器 人 又 可 分 为 两 类 : 专 用 服 务 机 器 人 (professional service robot) 和 家 用 服 务 机 器 人 (domestic use robot) 其 中, 专 用 服 务 机 器 人 是 在 特 殊 环 境 下 作 业 的 机 器 人, 如 水 下 作 业 机 器 人 空 间 探 测 机 器 人 抢 险 救 援 机 器 人 反 恐 防 爆 机 器 人 军 用 机 器 人 农 业 机 器 人 医 疗 机 器 人 及 其 他 特 殊 用 途 机 器 人 ; 家 用 服 务 机 器 人 是 服 务 于 人 的 机 器 人, 如 助 老 助 残 机 器 人 康 复 机 器 人 清 洁 机 器 人 护 理 机 器 人 教 育 娱 乐 机 器 人 等 4.2 工 业 机 器 人 发 展 现 状 在 全 球 工 业 机 器 人 的 研 究 方 面, 日 本 欧 洲 处 于 领 先 定 位, 接 下 来 是 美 国 韩 国 和 中 国, 但 中 国 目 前 是 国 际 上 最 大 的 机 器 人 应 用 市 场 围 绕 工 业 机 器 人 的 市 场 空 间 本 体 系 统 应 用 工 艺 减 速 器 核 心 部 件 控 制 系 统 等 方 面 进 行 了 对 17

20 科 技 导 报 2015,33(21) 比 ( 从 高 到 低 依 次 分 为 A B C 三 等 ), 如 表 1 所 示 据 IFR 统 计,2014 年 全 球 共 销 售 工 业 机 器 人 台, 相 比 2013 年 增 长 41% 亚 洲 仍 然 是 最 大 的 消 费 市 场 ; 其 次 是 欧 洲 共 销 售 台, 增 长 5%; 再 次 是 美 洲 共 销 售 台, 增 长 8% 据 IFR 预 计, 到 2018 年 全 球 销 售 的 工 业 机 器 人 将 平 均 每 年 增 长 15%, 销 量 将 增 加 一 倍, 数 量 约 台 图 1 列 出 了 部 分 新 一 代 人 机 协 作 工 业 机 器 人 同 时, 据 IFR 最 新 统 计, 中 国 已 经 成 为 全 球 最 大 的 机 器 人 市 场 2014 年 中 国 日 本 美 国 韩 国 德 国 五 大 市 场 占 全 球 销 售 总 额 的 70% 其 中, 中 国 共 增 工 业 机 器 人 台, 相 比 2013 年 增 长 了 56% 另 据 中 国 机 器 人 产 业 联 盟 的 统 计 ( 图 2: 来 源 于 IFR),2014 年 新 增 加 的 工 业 机 器 人 中, 有 台 产 自 中 国 本 土 企 业, 相 比 2013 年 高 出 78% 表 1 世 界 各 国 工 业 机 器 人 发 展 情 况 Table 1 Development of industry robots in the word 地 区 市 场 系 统 应 用 机 械 减 速 器 智 能 空 间 工 艺 设 计 本 体 核 心 部 件 控 制 竞 争 力 欧 洲 B A A A B 高 品 质 精 密 制 造 可 靠 性 日 本 B A A A B 高 品 质 精 密 制 造 可 靠 性 美 国 A B B B A 智 能 感 知 示 教 智 能 控 制 中 国 A C B C C 规 模 化 高 品 质 低 成 本 制 造 图 1 新 一 代 人 机 协 作 工 业 机 器 人 Fig. 1 A new generation industrial robot of man-machine cooperation 图 年 中 国 工 业 机 器 人 销 售 及 国 产 化 情 况 Fig. 2 Chinese industrial machine sales and localization from 2005 to 年, 外 资 企 业 在 中 国 共 销 售 工 业 机 器 人 台, 相 比 2013 年 增 长 49% 据 IFR 预 计, 到 2018 年, 中 国 将 成 为 世 界 上 最 大 和 增 长 最 快 的 机 器 人 市 场, 超 过 1/3 的 全 球 供 应 的 工 业 机 器 人 将 被 安 装 在 中 国 虽 然 工 业 机 器 人 的 应 用 范 围 越 来 越 广 ( 图 3), 但 目 前 在 中 国, 汽 车 行 业 还 是 工 业 机 器 人 的 主 要 应 用 领 域 中 国 一 直 十 分 重 视 机 器 人 技 术 的 发 展, 通 过 科 学 技 术 部 等 部 委 的 持 续 支 持, 从 20 世 纪 80 年 代 七 五 科 技 攻 关 开 始 起 步, 在 国 家 的 支 持 下, 目 前 已 基 本 掌 握 了 机 器 人 操 作 机 的 设 计 制 造 技 术 控 制 系 统 硬 件 和 软 件 设 计 技 术 运 动 学 和 轨 迹 规 划 技 术, 生 产 了 部 分 机 器 人 关 键 元 器 件, 开 发 出 了 喷 漆 弧 焊 点 焊 装 配 搬 运 等 机 器 人, 并 形 成 了 一 批 具 有 较 强 机 器 人 科 研 实 力 的 公 司, 如 沈 阳 新 松 机 器 人 自 动 化 股 份 有 限 公 司 在 自 动 导 引 车 (AGV) 等 方 面 取 得 重 要 市 场 突 破 ; 哈 尔 滨 博 实 自 动 化 股 份 有 限 公 司 重 点 在 石 化 等 行 业 的 自 动 包 装 与 码 垛 机 器 人 方 面 进 行 产 品 开 发 与 产 业 化 推 广 应 用 ; 奇 瑞 装 备 有 限 公 司 与 哈 尔 滨 工 业 大 学 合 作 研 制 的 165 kg 点 焊 机 器 人, 已 在 自 动 化 生 产 线 开 始 应 用, 分 别 用 于 焊 接 搬 运 等 场 合, 自 主 研 制 出 中 国 第 一 条 国 产 机 器 人 自 动 化 焊 接 生 产 [6] 线, 可 实 现 S11 车 型 左 右 侧 围 的 生 产 ; 广 州 数 控 机 械 加 工 与 上 下 料 工 业 机 器 人 方 面 的 应 用 也 取 得 了 很 好 进 展 据 不 完 全 统 计, 中 国 从 事 机 器 人 相 关 业 务 的 企 业 2013 年 是 400 多 家,2014 年 达 到 800 多 家, 其 中 上 市 企 业 2009 年 1 家,2015 年 多 达 34 家 总 体 来 看, 在 焊 接 电 子 等 高 端 制 造 方 面, 中 国 国 产 工 业 机 器 人 占 6%~ 7%, 与 国 外 差 距 较 大, 正 在 逐 步 增 加 份 额 但 在 物 流 AGV 上 下 料 码 垛 涂 胶 作 业 简 单 机 械 手 等 方 面, 中 国 国 产 工 业 机 器 人 产 业 化 发 展 迅 速, 占 有 率 正 在 突 破 50% 正 如 2014 年 IFR 的 分 析, 中 国 工 业 机 器 人 产 业 缺 少 技 术 创 新, 缺 乏 可 以 参 与 国 际 竞 争 的 骨 干 企 业, 规 模 普 遍 很 小, 关 键 部 件 品 质 和 品 质 可 靠 性 落 后 世 界 先 进 水 平 5~10 年 18

21 2015 世 界 机 器 人 大 会 特 刊 Fig. 3 图 3 工 业 机 器 人 应 用 范 围 Industrial robots are becoming more widely used 4.3 家 用 服 务 机 器 人 发 展 现 状 在 全 球 家 用 服 务 机 器 人 方 面, 世 界 人 新 增 330 万 台, 相 比 2013 年 增 长 了 28%, 其 中 娱 乐 休 闲 机 器 人 新 增 130 万 各 国 处 于 同 一 起 跑 线, 产 品 形 态 和 功 能 正 在 探 索 和 尝 试, 未 来 具 有 巨 大 的 产 业 发 展 空 间 日 本 处 于 领 先 地 位, 欧 洲 韩 国 中 国 紧 随 其 后 围 绕 家 用 服 务 机 器 人 的 市 场 空 间 本 体 系 统 应 用 工 艺 传 感 器 核 心 部 件 控 制 系 统 等 方 面 进 行 了 对 比 ( 从 高 到 低 依 次 分 为 A B C 三 等 ), 如 表 2 所 示 据 IFR 统 计,2014 年 全 球 家 用 机 器 台, 增 长 40% 在 家 用 服 务 机 器 人 方 面, 除 家 庭 和 花 园 机 器 人 助 手 外, 助 老 助 残 机 器 人 逐 渐 成 为 未 来 发 展 的 主 流, 相 比 2013 年 的 699 台,2014 年 全 球 共 销 售 4416 台 据 IFR 预 计, 到 2018 年 全 球 销 售 使 用 的 个 人 服 务 机 器 人 将 达 到 3500 万 台, 其 中 家 用 服 务 机 器 人 将 有 2500 万 台, 娱 乐 休 闲 机 器 人 900 万 台 图 4 列 出 了 部 分 家 用 服 务 机 器 人 表 2 世 界 各 国 家 用 服 务 机 器 人 发 展 情 况 Table 2 Development of domestic service robots in the word 地 区 市 场 系 统 应 用 机 械 减 速 器 智 能 空 间 工 艺 设 计 本 体 核 心 部 件 控 制 竞 争 力 欧 洲 B B B A B 先 进 制 造 工 艺 日 本 A A A A A 先 进 制 造 工 艺, 规 模 化 高 品 质 制 造 美 国 A A B B A 智 能 控 制, 技 术 创 新, 市 场 需 求 创 新 中 国 A B A C B 规 模 化 高 品 质 低 成 本 制 造, 市 场 需 求 创 新 中 国 的 家 用 服 务 机 器 人 在 近 几 年 有 了 很 大 的 发 展, 但 整 体 处 于 发 展 初 期, 且 多 是 分 散 式 发 展 在 教 育 陪 护 无 人 机 两 轮 车 等 方 面, 国 内 企 业 已 崭 露 头 角, 如 深 圳 市 大 疆 创 新 科 技 有 限 公 司 的 无 人 机 纳 恩 博 科 技 有 限 公 司 的 两 [7] 轮 车 等 总 体 而 言, 正 如 IFR 的 分 析, 服 务 机 器 人 正 处 在 一 个 分 散 快 速 发 展 阶 段, 没 有 形 成 垄 断 性 企 业 与 格 局, 在 所 有 从 事 服 务 机 器 人 的 公 司 中, 有 15% 以 上 的 公 司 都 是 新 创 立 的, 这 些 企 业 往 往 以 破 坏 性 技 术 创 新 或 应 用 牵 引 商 业 模 式 创 新 快 速 发 展, 大 部 分 企 业 还 很 年 轻, 规 模 也 较 小, 缺 乏 规 律 性 成 熟 的 经 验, 但 是 这 些 培 育 孵 化 或 是 创 新 企 业, 为 新 兴 经 济 与 产 业 发 展 大 企 业 成 长 提 供 了 良 好 的 生 态 环 境 4.4 特 种 服 务 机 器 人 发 展 现 状 在 全 球 特 种 服 务 机 器 人 方 面, 美 国 图 4 家 用 服 务 机 器 人 Fig. 4 Home service robots 19

22 科 技 导 报 2015,33(21) 在 医 疗 机 器 人 军 用 机 器 人 特 种 环 境 韩 国 围 绕 特 种 服 务 机 器 人 的 市 场 空 作 业 机 器 人 等 方 面 处 于 领 先 地 位, 欧 洲 间 本 体 系 统 应 用 工 艺 传 感 器 核 心 部 在 医 疗 机 器 人 方 面 具 有 优 势, 中 国 在 水 件 控 制 系 统 等 方 面 进 行 了 对 比 ( 从 高 到 下 机 器 人 方 面 具 有 优 势, 紧 接 着 是 日 本 低 依 次 分 为 A B C 三 等 ), 如 表 3 所 示 表 3 世 界 各 国 特 种 服 务 机 器 人 发 展 情 况 Table 3 Development of special service robot in the word 地 区 市 场 系 统 应 用 空 间 工 艺 设 计 欧 洲 日 本 美 国 中 国 A B A A A A A B 图 5 机 械 本 体 A A B B 减 速 器 核 心 部 件 A A B B 智 能 控 制 B B A C 竞 争 力 智 能 汽 车 智 能 农 机 智 能 工 程 机 械 救 灾 装 备 智 能 农 机 智 能 工 程 机 械 救 灾 装 备 军 用, 无 人 机, 医 疗, 水 下, 空 间, 智 能 汽 车 水 下, 空 间, 无 人 机 年 全 球 特 种 服 务 机 器 人 销 售 领 域 Fig. 5 Sales area of global professional service robots between 2013 and 2014 据 IFR 统 计,2014 年, 全 球 共 新 增 特 种 服 务 机 器 人 台, 相 比 2013 年 的 台, 增 长 了 11.5% 如 图 5( 来 源 于 IFR),2014 年 国 防 领 域 新 增 特 种 服 务 机 器 人 台, 占 新 增 特 种 服 务 机 器 人 的 45%, 其 中 无 人 机 占 据 了 82% 此 外, 农 业 领 域 新 增 特 种 服 务 机 器 人 5700 台, 其 中 5180 台 为 挤 奶 机 器 人, 占 新 增 特 种 服 务 机 器 人 的 25%; 物 流 领 域 新 增 特 种 服 务 机 器 人 2644 台, 占 新 增 特 种 服 务 机 器 人 的 7%, 同 比 2013 年 增 长 27% 相 比 2013 年, 医 疗 机 器 人 2014 年 增 长 率 下 降 了 5%, 新 增 1224 台, 其 中 手 术 机 器 人 978 台 外 骨 骼 机 器 人 2014 年 共 销 售 273 台, 相 比 2013 年 的 160 台 增 长 了 80% 据 IFR 预 计, 未 来 特 种 服 务 机 器 人 会 急 速 增 长, 到 2018 年, 将 超 过 15 万 台, 其 中 最 大 的 市 场 是 国 防 农 业 和 物 流 中 国 的 特 种 机 器 人 在 863 计 划 的 支 持 下, 取 得 了 不 少 成 果 ( 图 6) 其 中 最 为 突 出 的 是 水 下 机 器 人 ( 如 蛟 龙 号 ) 和 空 间 机 器 人 ( 如 神 10),6000 m 水 下 无 缆 机 器 人 的 成 果 居 世 界 领 先 水 平, 还 开 发 出 直 接 遥 控 机 器 人 双 臂 协 调 控 制 机 器 人 爬 壁 机 器 人 管 道 机 器 人 等 机 种 ; 在 机 器 人 视 觉 力 觉 触 觉 声 觉 等 基 础 技 术 的 开 发 应 用 上 开 展 了 不 少 工 作, 有 了 一 定 的 发 展 基 础 但 在 多 传 感 器 信 息 融 合 控 制 技 术 遥 控 加 局 部 自 主 系 统 遥 控 机 器 人 智 能 装 配 机 器 人 机 器 人 化 机 械 等 的 开 发 应 用 方 面 则 刚 刚 起 步, 与 国 外 先 进 水 平 差 距 较 大 总 体 而 言, 如 图 7( 来 源 于 IFR), 在 特 种 服 务 机 器 人 领 域, 欧 洲 和 美 国 在 水 图 6 特 种 服 务 机 器 人 Fig. 6 Special service robots 图 年 全 球 服 务 机 器 人 生 产 企 业 Fig. 7 Manufacturer statistics of global service robots in

23 2015 世 界 机 器 人 大 会 特 刊 下 农 业 医 疗 等 方 面 处 于 绝 对 领 先 状 态, 国 内 水 下 机 器 人 的 研 究 已 经 形 成 了 良 好 优 势, 医 疗 外 科 机 器 人 和 反 恐 救 灾 机 器 人 也 正 在 大 踏 步 前 进 由 于 这 方 面 的 市 场 需 求 与 规 模 有 限, 需 要 加 强 探 索 协 同 服 务 新 的 商 业 模 式, 不 断 完 善 快 速 高 品 质 安 全 可 靠 的 工 程 化 产 品 5 智 能 机 器 人 未 来 发 展 方 向 5.1 机 器 人 基 础 与 前 沿 技 术 发 展 机 器 人 基 础 与 前 沿 技 术 正 在 迅 猛 发 展, 涉 及 工 程 材 料 机 械 工 程 传 感 器 自 动 化 计 算 机 生 命 科 学 甚 至 涉 及 法 律 伦 理 等 各 方 面, 许 多 学 科 相 互 交 融 相 互 促 进 快 速 发 展, 以 智 能 机 器 形 态 出 现 在 实 验 室 企 业 与 社 会, 这 里 主 要 集 中 交 流 3 个 方 面 热 点 研 究 智 能 感 知 识 别 大 数 据 与 人 工 智 能 随 着 机 器 人 的 应 用 和 推 广, 尤 其 是 服 务 机 器 人 的 快 速 发 展, 感 知 能 力 将 会 成 为 机 器 人 的 一 个 重 要 考 核 指 标 如 何 使 机 器 人 的 感 知 识 别 能 力 更 接 近 于 人 或 其 他 生 物 将 会 成 为 未 来 研 究 的 重 点 同 时, 随 着 大 数 据 云 计 算 等 信 息 技 术 的 发 展, 机 器 人 的 人 工 智 能 水 平 也 将 会 不 断 提 高 目 前, 微 软 谷 歌 百 度 等 计 算 机 巨 头 已 经 在 人 工 智 能 领 域 有 所 布 局 2014 年, 微 软 在 Build 大 会 上 推 出 了 虚 拟 个 人 助 理 Cortana,Cortana 的 思 考 能 力 足 以 支 持 整 个 对 话 过 程 当 你 与 Cortana 交 流 时, 它 会 判 断 正 在 进 行 的 是 同 一 段 对 话 还 是 新 的 对 话 主 体 2014 年, 谷 歌 收 购 了 英 国 DeepMind 公 司, 在 2014 年 4 月 发 布 的 一 款 Deep Mind 软 件 展 示 视 频 中,DeepMind 软 件 通 过 自 己 的 本 能 来 控 制 一 款 叫 Atari 的 电 子 游 戏 并 取 得 了 胜 利 百 度 深 度 学 习 研 究 院 (IDL) 开 发 出 的 百 度 大 脑 已 经 能 达 到 2~3 岁 孩 童 的 智 力 水 平 微 纳 制 造 与 智 能 硬 件 机 器 人 执 行 载 体 依 赖 于 新 材 料 刚 柔 耦 合 结 构 微 电 子 与 制 造 技 术 发 展 [8] 随 着 纳 米 技 术 微 机 电 系 统 智 能 硬 件 等 研 究 的 深 入, 纳 米 机 器 人 等 微 型 机 器 人 将 会 成 为 未 来 发 展 的 方 向 之 一 其 不 仅 可 以 大 大 降 低 机 器 人 成 本, 而 且 可 实 现 现 代 制 造 宏 观 到 微 观 的 转 变, 特 别 是 应 用 于 医 疗 健 康 等 领 域 ( 如 血 管 机 器 人 ), 为 人 类 的 健 康 和 生 命 保 驾 护 航 同 时 纳 米 制 造 与 智 能 硬 件 所 涉 及 的 石 墨 烯 维 纳 光 电 器 件 等 也 将 为 机 器 人 的 感 知 和 识 别 提 供 更 优 越 更 精 准 的 微 型 传 感 器 生 物 材 料 与 软 体 机 器 人 传 统 的 机 器 人 外 壳 多 由 没 有 温 度 的 金 属 和 塑 料 组 成, 在 实 际 接 触 中 无 法 让 人 产 生 依 赖 感 如 果 机 器 人 的 手 脸 等 关 键 部 位 能 采 用 类 似 皮 肤 的 材 料, 那 么 无 疑 会 使 人 机 接 触 过 程 更 加 友 好 未 来 生 物 材 料 的 发 展 将 进 一 步 推 动 机 器 人 技 术 的 发 展, 将 为 人 与 机 的 亲 密 互 动 提 供 更 为 真 实 友 好 舒 适 的 界 面, 进 一 步 缩 短 人 与 机 器 人 之 间 的 距 离 因 此, 在 不 久 的 将 来, 一 定 会 出 现 刚 柔 耦 合 更 加 安 全 更 加 实 用 更 加 便 宜 的 工 业 机 器 人 与 服 务 机 器 人 同 时, 基 于 柔 性 生 物 材 料 的 软 体 机 器 人 研 究 将 会 成 为 机 器 人 领 域 的 研 究 热 点 年,Science 与 Nature 已 刊 登 了 6 篇 关 于 仿 生 软 体 机 器 人 的 研 究 论 文 柔 性 体 机 器 人 的 驱 动 与 传 感 等 相 关 基 础 研 究 已 引 起 世 界 著 名 高 校, 如 美 国 哈 佛 大 学 麻 省 理 工 学 院 等 的 高 度 重 视, 相 关 研 究 将 在 人 工 肌 肉 驱 动 的 软 体 末 端 抓 持 器 设 计, 多 栖 海 空 水 路 仿 生 结 构, 柔 性 可 穿 戴 式 的 感 知 装 置 等 方 面 有 所 体 现 5.2 机 器 人 应 用 与 产 业 化 发 展 机 器 人 应 用 与 产 业 化 正 在 渗 透 各 个 行 业, 由 于 世 界 大 部 分 智 能 硬 件 在 中 国 制 造, 另 一 方 面 中 国 人 口 众 多, 不 仅 安 全 的 吃 住 行 玩 是 主 要 需 求 牵 引, 而 且 医 疗 健 康 与 养 老 需 求 也 将 成 为 迫 切 需 求 与 此 同 时, 考 虑 到 中 国 目 前 一 些 过 剩 产 业 或 是 即 将 淘 汰 的 产 业, 因 此, 重 点 围 绕 中 国 未 来 需 求, 介 绍 4 个 方 面 的 应 用 热 点 1)3C 装 配 制 造 物 流 仓 储 搬 运 食 品 加 工 等 机 器 人 有 望 成 为 工 业 机 器 人 新 兴 主 力 军 工 业 机 器 人 作 为 产 业 先 驱, 随 着 基 础 工 业 制 造 工 艺 的 进 步, 以 及 与 传 感 技 术 智 能 技 术 虚 拟 现 实 技 术 网 络 技 术 等 的 深 度 融 合, 工 业 机 器 人 将 朝 着 精 度 速 度 效 率 更 高, 智 能 灵 巧 作 业 人 际 交 互 能 力 更 强, 以 及 更 加 标 准 化 模 块 化 系 统 化 开 放 化 等 方 向 发 展, 更 加 重 视 相 关 新 材 料 增 量 加 工 方 法 智 能 化 示 教 应 用 设 计 成 套 应 用 工 艺 等 关 键 技 术, 不 断 提 高 操 作 性 和 可 维 护 性, 应 用 领 域 也 将 从 汽 车 工 业 向 电 子 装 配 制 造 物 流 搬 运 与 仓 储 食 品 加 工 机 械 加 工 化 工 建 材 等 渗 透 推 广, 有 望 成 为 中 国 工 业 机 器 人 应 用 的 主 力 军 2) 家 庭 服 务 机 器 人 有 望 走 入 千 家 万 户 由 于 生 活 节 奏 的 加 快 和 劳 动 力 的 减 少, 小 孩 的 看 护 老 人 的 陪 护 及 家 庭 的 清 洁 逐 渐 成 为 困 扰 年 轻 人 的 诸 多 问 题, 由 此 大 力 发 展 护 理 及 清 洁 机 器 人 是 未 来 机 器 人 发 展 方 向 之 一 目 前 大 家 首 先 关 心 的 是 挖 掘 家 庭 服 务 刚 性 需 求 或 痛 点 需 求, 其 次 关 心 是 否 存 在 相 对 集 中 的 通 用 软 件 平 台 硬 件 平 台, 标 准 化 体 系 结 构, 软 硬 分 离, 相 对 专 业 化 应 用 的 模 块 化 组 件 集 成, 另 外 还 有 一 个 重 要 问 题 就 是 提 供 服 务 具 体 内 容, 如 何 充 分 利 用 互 联 网 大 数 据 及 人 工 智 能 等 技 术, 使 得 家 用 服 务 机 器 人 可 以 方 便 地 用 于 家 庭 并 且 价 格 合 理 等 3) 医 疗 机 器 人 服 务 于 民 生 科 技 与 健 康 健 康 是 人 类 永 恒 的 主 题, 未 来 医 疗 机 器 人 的 发 展 空 间 巨 大 据 Winter Green Research 预 测, 未 来 康 复 机 器 人 和 手 术 机 器 人 行 业 规 模 将 分 别 由 2014 年 的 2.2 亿 32 亿 美 元 增 长 到 2021 年 的 32 亿 200 亿 美 元, 年 均 复 合 增 速 将 达 到 46.6% 29.9% 随 着 远 程 医 疗 微 创 外 科 及 3D 打 印 技 术 在 医 学 领 域 的 应 用, 手 术 机 器 人 的 需 求 会 越 来 越 多 但 由 于 国 外 企 业 占 有 份 额 太 高 及 其 本 身 的 技 术 壁 垒, 国 产 化 的 道 路 还 很 漫 长 同 时, 由 于 中 国 残 障 人 数 众 多, 而 且 专 业 的 康 复 医 院 康 复 科 室 康 复 设 备 还 很 少, 未 来 中 国 康 复 机 器 人 潜 在 市 场 上 百 亿 但 由 于 中 国 特 殊 的 群 体 收 入 特 征 和 不 完 善 的 支 付 体 系, 很 多 国 外 昂 贵 的 康 复 机 器 人 消 费 者 还 无 法 承 担, 这 就 意 味 着 未 来 国 产 康 复 机 器 人 产 业 大 有 作 为 21

24 科技导报 智能机器人技术嵌入智能交 通 引领未来产业发展 据 21 世纪经 6 结论 从公元前约 10 世纪偃师发明艺妓 过程中 充满了机遇和挑战 在服务机 器人领域 全球市场尚处于发展阶段 济报道 2015 年 6 月 27 日 美国谷歌公 歌舞机器人 到现在 智能机器人技术 未来发展空间极大 中国具有全世界 司宣布 他们的无人驾驶汽车已经驶在 已取得长足发展 为人类工业制造 公 最高的人口基础和残障人 残疾人 伤 加利福尼亚州芒廷维尤的街头 智能 共服务及个人生活品质的提高做出了 病 人 数 量 未 来 服 务机器人市场很 交通 无人驾驶已经成为未来汽车发展 不可磨灭的贡献 但随着人类需求的 大 截止目前 中国自有的服务机器人 的主流 由于其大大提高了交通系统 进一步多样化和新技术的日益突起 未 产业正处于起步阶段 已产生了一些充 的效率和安全性 将是未来汽车巨头们 来的机器人还将面临更多更复杂的问 满活力的企业 在国际竞争中也具有一 题 如何提高机器人的高智能化 如何 定的特色 如何发挥国内市场优势 如 建立更亲密的人机关系 如何保证使用 何保证机器人的安全性 如何实现机器 者的安全等都将成为急于解决的难点 人的家庭化和高度智能化等将是未来 争夺的主要市场 2015 年 6 月 在中国 云计算大会上 百度宣布将在下半年推 出无人驾驶汽车 2015 年 4 月 上海汽 车集团股份有限公司也推出了 igs 智 在工业机器人领域 全球市场格局 服务机器人研究者必须思考的问题 能汽车 该车不需要司机 而是自己用 已经成型 不能希望在中国短期内彻底 摄像头和雷达观察周围环境 用控制软 改变 这需要长期坚持发展 需要攻克 致谢 致谢 赵杰 韩建达 李泽湘 刘进 件指挥 用油门 刹车 排挡 转向等实 一些工业基础性的核心问题 包括工艺 长 曲道奎 徐礼进 谭民 孙立宁 黄 现移动 设计与实验 核心零部件 主机可靠性 田 黄强 王耀南 刘成良 丁希仑 毕树 未来 智能交通与无人驾驶必将走 等问题 与此同时 中国作为未来机器 生 姜念云 欧勇盛等对本文撰写提供 进人们的生活 并为人们的出行提供交 人应用的最大市场正处在经济转型的 一定的帮助 通的便利 参考文献 References [1] Gartner 10 大预测 The future is a digital thing (30PPT) [EB/OL]. [ ]. [2] 中华人民共和国国家统计局国家数据[EB/OL]. [ ]. [3] 国家应对人口老龄化战略研究总课题组. 国家应对人口老龄化战略研究总报告[M]. 北京: 华龄出版社, [4] 经济学人智库报告: 未来 6 年全国年收入增速 12%[EB/OL]. [ ]. [5] 方辉. 中国外贸复苏迷局[J]. 人民文摘, 2015(1): [6] 王田苗, 陶永. 我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 机械工程学报,2014, 50(7): [7] 王田苗, 陶永. 服务机器人技术研究现状与发展趋势[J]. 中国科学, 2012, 42(9): [8] 王立鼎, 褚金奎. 中国微纳制造研究进展[J]. 机械工程学报, 2008, 44(11): Intelligent machines that will change the world: Thinking on the development of intelligent robots WANG Tianmiao, CHEN Diansheng, TAO Yong, LI Jian Robotics Institute of Beihang University, Beijing , China With the development of cloud computing, big data, IntelliSense, micro-nano manufacturing, biomaterials and intelligent Abstract transportation, intelligent machines, or the intelligent robots, will bring about a new smart era, as an important factor for the world's economic and industrial growth transformations. This paper describes the definition and development status of industrial robots, home service robots and special service robots from the demand and background of intelligent robots. The advanced technology development and industrialization trend of future intelligent robots are also analyzed. These can provide a reference for Chinese intelligent robotics' research and industrialization. robot; Intelli Sense; cloud computing; micro-nano manufacturing; biological materials; intelligent traffic system; Keywords industrialization 基金项目 国家科技支撑计划项目 2015BAF01B04 作者简介 王田苗 教授 研究方向为服务机器人 嵌入式机电控制 电子信箱 itm@buaa.edu.cn 陶永 通信作者 讲师 研究方向为嵌入式机电一体化 智能机器人集成应用 电子信箱 taoy@buaa.edu.cn 责任编辑 王媛媛 王媛媛 返回目录 22

25 2015 世界机器人大会特刊 中国机器人学 40 年 蔡自兴 中南大学信息科学与工程学院智能机器人研究中心 长沙 概括了中国机器人学 40 年来走过的发展过程和取得的基本成就 归纳了中国机器人学发展中存 在的主要问题 阐述了中国机器人学面临新的发展机遇 探讨了进一步发展中国机器人学的策略 自 20 世纪 60 年代年第一台工业机 器人问世以来 国际机器人学在半个多 世纪中已取得了迅速发展和可喜成 1 中国机器人学发展历程与基 本成就 开发研究 迅速掌握焊接机器人应用工 程成套开发技术 关键设备制造 工程 中国于 1972 年开始研制工业机器 配套 现场运行等技术 90 年代后半 人 比美国晚了 20 年 比日本只晚了 5 期至 21 世纪前几年 实现国产机器人 年 虽起步较晚但为时不算太晚 而且 的商品化和工业机器人的推广应用 为 机器人科技工作者从不同方向从事机 进步较快 已在工业机器人 特种机器 产业化奠定基础 器人学的研究开发和应用工作 越来越 人 智能机器人和机器人学学科建设各 多的地球自然人对机器人有了比较正 方面取得明显成绩 为中国机器人学的 就 在中国和世界各国 越来越多的机 器人在各行各业得到应用 越来越多的 确和全面的理解 机器人学已为 20 世 纪的人类文明做出重要贡献 机器人学 也开始为 21 世纪的人类文明做出新的 更大贡献 自 20 世纪 70 年代以来 中国的机 器人学经历了一场从无到有 从小变 大 从弱渐强的发展过程 在新老世 纪交替的 1999 年 国际著名的控制论 Cybernetics 专家 时任国务委员兼国 家科委主任的宋健院士指出 机器人 学的进步和应用是本世纪自动控制最 有说服力的成就 是当代最高意义上 发展打下初步基础 下面分别就工业 机器人 智能机器人 特种机器人 机器 人学学科基础建设 4 个方面介绍中国机 器人学的发展过程和取得的成就 [2~10] 1.1 工业机器人 中国工业机器人起步于 20 世纪 70 年代初 经过 40 多年的发展 大致可分 为 4 个阶段 20 世纪 70 年代的萌芽期 80 年代的开发期 90 年代 2010 的初 步应用期 2010 年以来的井喷式发展 与应用期 中国于 七五 期间 进行了工业机 的自动化 [1] 的确 机器人学具有非 器人基础技术 基础元器件 几类工业 凡的魅力和诱人的发展前景 如今 机器人整机及应用工程的开发研究 中国已经成为国际最大的机器人市 经过 5 年攻关 完成了示教再现式工业 场 一股前所未有的机器人学热潮汹 机器人成套技术 包括机械手 控制系 涌澎湃 席卷神州大地 必将为中国的 统 驱动传动单元 测试系统的设计 制 经济快速持续发展和改善人民福祉做 造 应用和小批量生产的工艺技术等 出更大的贡献 的开发 研制出喷涂 弧焊 点焊和搬运 本文概括中国机器人学的发展过 等作业机器人整机 几类专用和通用控 程 归纳中国机器人学的基本成就与存 制系统及几类关键元部件等 且形成小 在问题 阐述中国机器人学新的发展机 批量生产能力 遇 探讨进一步发展中国机器人学的策 略 在 20 世纪 90 年代中期 国家选择 了焊接机器人的工程应用为重点进行 年 30 年中 中国的工 业机器人产量和装机台数占世界的比 重微不足道 2000 年的销售量只有 380 台 进入 21 世纪以来 中国工业机器 人市场迅速增长 经过一段产业化过 程 在 2010 年之后得到进一步推广使 用 并随着国民经济的发展升级 工业 机器人的应用呈井喷之势 并于 2013 年开始成为国际最大的工业机器人消 费国 引领国际机器人市场[11 13] 图 1 给出中国 十五 至 十二五 即 年 15 年间工业机器人 年销售量的数据图 其中 2015 年为预测 值[14 21] 图 2 为中国 十一五 至 十二五 即 年 10 年间工业机器人 年装机台数数据 其中 2015 年为预测 值[14 21] 从图 1 和图 2 可见 近年来中国工 业机器人市场持续表现强劲 容量不断 扩大 2010 年市场销量为 台 2011 年 达 到 台 同 比 增 长 50.7% 2012 年达到 台 2013 年 达到 台 2014 年达到 台 截至 2011 年底 中国工业机器人累计 安装 台 比 2010 年增长了 42% 返回目录 23

26 科 技 导 报 2015,33(21) Fig. 2 图 1 中 国 年 间 工 业 机 器 人 年 销 售 量 数 据 Fig.1 Annual supply of industrial robots in China 截 至 2012 年 底, 中 国 工 业 机 器 人 累 计 安 装 台, 比 2011 年 增 长 了 30% 预 计 到 2015 年, 累 计 安 装 台 数 将 达 到 或 超 过 台 ( 套 ), 继 续 保 持 世 界 最 大 机 器 人 市 场 的 地 位 [22~26] 图 2 中 国 年 间 工 业 机 器 人 年 装 机 台 数 数 据 Annual installed units of industrial robots in China 据 国 际 机 器 人 联 合 会 统 计, 年, 全 球 工 业 机 器 人 的 年 均 销 售 增 长 率 为 9%, 同 期 中 国 工 业 机 器 人 的 年 均 销 售 增 长 率 达 到 25%;2014 年 全 球 新 安 装 工 业 机 器 人 达 到 万 台, 其 中 中 国 的 工 业 机 器 人 年 装 机 量 超 过 日 本, 达 5.6 万 台, 约 占 世 界 总 量 的 1/3, 成 为 全 球 最 大 的 机 器 人 市 场 不 过, 中 国 的 机 器 人 密 度 仍 然 较 低,2012 年 仅 为 25 台 / 万 人, 不 到 世 界 平 均 水 平 的 58 [27~29] 台 / 万 人 图 3( 资 料 来 源 :World Robotics 2013) 为 国 际 工 业 机 器 人 密 度 高 的 国 家 和 地 区 分 布 情 况, 中 国 不 列 其 中, 可 见 中 国 的 机 器 人 化 和 工 业 高 级 自 动 化 仍 然 任 重 道 远 1.2 智 能 机 器 人 1986 年 3 月, 面 对 世 界 高 技 术 蓬 勃 发 展 国 际 竞 争 日 趋 激 烈 的 严 峻 挑 战, 为 了 跟 踪 国 外 高 技 术, 中 国 启 动 实 施 了 高 技 术 研 究 发 展 计 划 (863 计 划 ), 旨 在 提 高 中 国 自 主 创 新 能 力, 坚 持 战 略 性 前 沿 性 和 前 瞻 性, 以 前 沿 技 术 研 究 发 展 为 重 点, 统 筹 部 署 高 技 术 的 集 成 应 用 和 产 业 化 示 范, 充 分 发 挥 高 技 术 引 领 [30~33] 未 来 发 展 的 先 导 作 用 智 能 机 器 人 的 研 究 开 发 计 划 包 括 水 下 无 缆 机 器 人 高 功 能 装 配 机 器 人 和 各 类 特 种 机 器 人, 进 行 了 智 能 机 器 人 体 系 结 构 机 构 控 制 人 工 智 能 机 器 视 觉 高 性 能 传 感 器 及 新 材 料 等 的 应 用 研 究, 已 取 得 一 批 成 果 20 世 纪 90 年 代 初 期, 中 国 主 要 开 发 下 列 机 器 人 及 其 相 关 技 术 : 喷 涂 机 器 人 焊 接 机 器 人 搬 运 机 器 人 装 配 机 器 人 及 视 觉 力 觉 等 传 感 技 术, 继 续 得 到 高 技 术 计 划 的 支 持 ; 研 制 了 高 档 样 机, 开 始 了 应 用 工 程 矿 山 建 筑 管 道 作 业 等 一 些 特 种 工 业 机 器 人 开 始 开 发, 并 与 应 用 相 结 合 按 照 863 计 划 智 能 机 器 人 主 题 的 总 体 战 略 目 标, 研 究 开 发 工 作 的 实 施 分 为 型 号 和 应 用 工 程 基 础 技 术 开 发 实 用 技 术 开 发 成 果 推 广 4 个 层 次, 通 过 各 层 次 的 工 作 体 现 和 实 现 战 略 目 标 这 4 个 层 次 既 有 区 别 又 有 联 系, 它 们 在 中 国 机 器 人 技 术 的 发 展 中 是 不 可 缺 少 的, 但 各 自 又 起 着 不 同 的 作 用 第 1 个 层 次 要 研 制 一 批 具 有 重 要 应 用 价 值 和 重 大 应 用 前 景 的 机 器 人 原 型, 这 些 原 型 进 一 步 发 展 成 实 用 产 品, 将 会 解 决 一 些 关 键 的 应 用 技 术, 同 时 也 将 推 动 高 技 术 产 业 的 形 成 按 照 这 一 要 求, 布 置 并 完 成 了 一 批 在 特 殊 环 境 下 应 用 的 机 器 人, 如 核 环 境 中 应 用 的 机 器 人 水 下 机 器 人 及 煤 矿 机 器 人 等 第 2 个 层 次 是 基 础 技 术 研 究 这 一 层 次 的 主 要 目 的 是 跟 踪 国 际 技 术 前 沿, 抓 住 关 键 问 题, 突 出 技 术 创 新, 做 出 高 水 平 的 研 究 成 果, 同 时 为 进 一 步 的 工 程 应 用 提 供 技 术 基 础 第 3 个 层 次 是 实 用 技 术 开 发, 实 现 技 术 与 经 济 的 结 合, 这 是 将 高 技 术 辐 射 到 国 民 经 济 中 去 的 重 要 环 节 第 4 个 层 次 是 已 有 成 果 的 推 广 应 用, 为 生 产 服 务, 为 国 民 经 济 的 发 展 做 出 贡 献 服 务 机 器 人 的 分 类 广 泛, 包 含 清 洁 机 器 人 医 用 服 务 机 器 人 护 理 和 康 复 机 器 人 家 用 机 器 人 消 防 机 器 人 监 测 和 勘 探 机 器 人 等 中 国 的 服 务 机 器 人 项 目 涉 及 除 尘 机 器 人 玩 具 机 器 人 保 安 机 器 人 教 育 机 器 人 智 能 轮 椅 机 器 人 智 能 穿 戴 机 器 人 等 中 国 的 服 务 类 机 器 人 市 场 有 着 很 大 的 发 展 前 景 据 业 内 人 士 估 计, 未 来 数 年 内 中 国 服 务 机 器 人 的 发 展 将 超 过 工 业 机 器 人 例 如, 中 国 有 将 近 2 亿 的 老 人 和 将 近 1 亿 的 残 24

27 2015 世 界 机 器 人 大 会 特 刊 图 3 工 业 机 器 人 密 度 高 的 国 家 和 地 区 分 布 Fig. 3 Densities of industrial robots per 10,000 employees in the manufacturing industry 2012 障 人 需 要 由 机 器 人 照 顾, 而 这 仅 是 服 务 已 在 国 际 机 器 人 舞 台 上 占 有 一 席 之 地 机 器 人 市 场 的 冰 山 一 角 而 已 由 此 可 见, 国 内 服 务 类 机 器 人 市 场 已 亮 丽 启 1.3 特 种 机 器 人 特 种 机 器 人 是 除 工 业 机 器 人 外 的 航, 前 景 美 好 经 过 近 30 年 的 努 力, 智 能 机 器 人 主 题 在 4 个 层 次 上 都 有 了 很 大 进 展, 在 机 器 人 型 号 应 用 工 程 基 础 技 术 研 究 等 方 面 取 得 了 一 大 批 成 果, 为 推 动 中 国 机 器 人 技 术 的 发 展 和 高 技 术 产 品 产 业 的 形 成 做 出 了 应 有 贡 献 此 外, 国 家 自 然 科 学 基 金 也 对 智 能 机 器 人 领 域 的 众 多 课 题 进 行 资 助 随 着 国 力 的 增 长, 这 类 课 题 的 资 助 力 度 也 不 断 增 强, 需 要 解 决 的 科 学 技 术 问 题 也 更 为 艰 巨 和 重 大 这 类 重 大 课 题 有 智 能 机 器 人 仿 生 技 术 移 动 机 器 人 的 视 觉 与 听 觉 计 算 深 海 自 主 机 器 人 智 能 服 务 [34~36] 机 器 人 微 创 医 疗 机 器 人 等 例 如, 笔 者 曾 经 主 持 和 参 加 的 自 然 科 学 基 金 重 点 和 重 大 专 项 项 目 就 有 未 知 环 境 中 移 动 机 器 人 导 航 控 制 的 理 论 与 方 法 研 究 高 速 公 路 车 辆 智 能 驾 驶 的 关 键 科 学 问 题 研 究 自 主 驾 驶 车 辆 关 键 技 术 [37,38] 与 集 成 验 证 平 台 等 国 家 自 然 科 学 基 金 相 关 智 能 机 器 人 项 目 的 实 现, 显 著 缩 短 了 与 国 际 机 器 人 学 先 进 水 平 的 差 距, 极 大 地 提 高 了 中 国 智 能 机 器 人 的 科 学 水 平 世 界 其 他 国 家 已 经 越 来 越 关 注 中 国 机 器 人 技 术 的 发 展, 中 国 机 器 人 技 术 用 于 非 制 造 业 并 服 务 于 人 类 的 各 种 机 器 人 总 称, 包 括 服 务 机 器 人 水 下 机 器 人 飞 行 机 器 人 娱 乐 机 器 人 军 用 机 器 人 农 业 机 器 人 机 器 人 化 机 器 等 到 20 世 纪 90 年 代, 在 国 家 高 技 术 发 展 计 划 支 持 下, 中 国 在 发 展 工 业 机 器 人 的 同 时, 也 对 非 制 造 环 境 下 应 用 机 器 人 问 题 进 行 了 研 究, 并 取 得 一 批 成 果 特 种 机 器 人 的 开 发 包 括 管 道 机 器 人 爬 壁 机 器 人 水 下 机 器 人 自 动 导 引 车 和 排 险 机 器 人 等 中 国 的 深 水 机 器 人 研 究 是 从 60~ 300 m 有 缆 水 下 机 器 人 开 始 的 随 着 海 洋 开 发 事 业 的 发 展, 一 般 潜 水 技 术 已 无 法 适 应 高 深 度 综 合 考 察 和 研 究 并 完 成 多 种 作 业 的 需 要, 国 家 对 水 下 机 器 人 给 予 了 极 大 的 关 注, 并 取 得 飞 跃 发 展 2011 年 7 月 26 日, 中 国 研 制 的 深 海 载 人 潜 水 器 蛟 龙 号 成 功 潜 至 海 面 以 下 5188 m, 标 志 着 中 国 已 经 进 入 载 人 深 潜 [39] 技 术 的 全 球 先 进 国 家 之 列 2012 年 6 月 24 日, 中 国 研 制 的 深 海 载 人 潜 水 器 蛟 龙 号 成 功 下 潜 至 7020 m, 标 志 中 国 的 深 海 载 人 潜 水 器 成 为 世 界 上 第 2 个 下 潜 到 7000 m 以 下 的 国 家, 达 到 国 [40] 际 先 进 水 平 近 年 来, 蛟 龙 号 多 次 远 航 太 平 洋 和 印 度 洋 进 行 长 期 的 深 海 应 用 作 业, 取 得 圆 满 成 功 在 空 间 机 器 人 领 域, 中 国 对 无 人 飞 行 系 统 和 月 球 车 的 研 究 成 果 也 十 分 骄 人 中 国 研 发 的 月 球 车 玉 兔 号 是 一 种 典 型 的 空 间 机 器 人 2013 年 12 月 2 日 1 30, 中 国 成 功 地 将 由 着 陆 器 和 玉 兔 号 月 球 车 组 成 的 嫦 娥 三 号 探 测 器 送 入 轨 道 12 月 15 日 4 35, 嫦 娥 三 号 着 陆 器 与 巡 视 器 分 离, 玉 兔 号 巡 [41] 视 器 顺 利 驶 抵 月 球 表 面 12 月 15 日 完 成 玉 兔 号 围 绕 嫦 娥 三 号 旋 转 拍 照, 并 传 回 照 片 ; 这 标 志 着 中 国 [42] 探 月 工 程 获 得 阶 段 性 的 重 大 成 果 1.4 机 器 人 学 学 科 基 础 建 设 中 国 的 机 器 人 学 学 科 形 成 较 晚, 1985 年 前 后 在 几 个 全 国 一 级 学 会 下 设 立 了 机 器 人 专 业 委 员 会 1987 年 6 月 由 中 国 电 子 学 会 中 国 自 动 化 学 会 中 国 机 械 工 程 学 会 中 国 汽 车 工 程 学 会 和 中 国 宇 航 学 会 联 合 主 办 的 首 届 全 国 机 器 人 学 术 讨 论 会 在 北 京 召 开, 标 志 着 中 国 机 器 人 学 学 科 大 联 合 的 良 好 开 端 到 2000 年 10 月, 中 国 先 后 联 合 举 办 过 6 届 全 国 机 器 人 学 术 会 议, 并 增 加 了 中 国 人 工 智 能 学 会 中 国 机 器 人 工 程 协 会 国 家 高 技 术 发 展 计 划 智 能 机 器 人 专 家 组 和 空 间 机 器 人 专 家 组 4 个 合 办 [43] 单 位, 扩 大 了 大 联 合 势 头 1993 年 成 立 的 中 国 人 工 智 能 学 会 智 能 机 器 人 专 业 委 员 会 成 立, 标 志 着 中 国 智 能 机 器 人 [44] 学 科 的 形 成 这 些 机 器 人 学 学 术 会 议 和 专 业 委 员 会 在 过 去 30 年 中 为 中 国 机 器 人 的 学 术 交 流 和 学 科 建 设 做 出 了 重 要 贡 献 全 国 已 成 立 几 十 个 不 同 层 次 的 机 器 人 学 或 机 器 人 技 术 研 究 所, 其 中 包 括 一 些 国 家 级 机 器 人 学 或 机 器 人 系 统 研 究 中 心 或 实 验 室, 成 千 上 万 的 科 技 人 员 和 高 校 师 生 从 事 机 器 人 学 课 题 研 究 开 发 ; 已 在 数 百 所 大 学 开 设 机 器 人 学 的 本 科 与 研 究 生 课 程, 数 以 千 计 的 研 究 生 以 机 器 人 学 课 题 进 行 博 士 或 硕 士 学 位 论 文 研 究, 获 得 博 士 或 硕 士 学 位 在 机 器 人 学 科 技 学 术 刊 物 方 面, 机 器 人 杂 志 于 1987 年 应 运 而 生, 机 器 人 技 术 与 应 用 于 1988 年 由 机 器 人 情 报 杂 志 更 名 而 问 世 科 技 导 报 智 能 系 统 学 报 模 式 识 别 与 人 工 智 25