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机器人发展现状及未来趋势一、机器人现状及国内外发展趋势国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。7．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，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，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米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。但是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，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。二、发展方向应从如下几个方面对新一代机器人的技术进行研究。●机器人本体优化设计技术●新一代智能控制机器人技术●关键机器人单元部件制造技术●机器人离线编程和仿真技术●基于外部传感器技术的机器人运动控制●工业机器人产业化制造技术●工业机器人故障远程诊断与修复技术●工业机器人与成套装备协同作业技术●复杂机电系统机构优化设计技术及对系统性能的影响●具有柔性、高度加速，大负载机器人机构动力学建模、模型简化、辨识及控制方法.协作机器人:机器人助手和伙伴机器人控制通常有两种方式，直接遥控和充分自我控制，问题是遥控很麻烦，充分自我控制往往如科幻电影。可以从中找到一个平衡点，让人类和机器人协作完成任务，比如下图的PR2机器人递药给人。美国国家机器人倡议(NRL)提供7000万发展协作机器人项目，目标是把机器人从工产和实验室扩展到人们的日常生活，就像当年计算机由军用到民用。这些机器人必须是安全的，价格相对便宜且使用方便，机器人利用其长处配合人类完成工作。该项目的范围是广泛的，但机器人的一个关键方面是明确的：即与人的互动。所以希望看到2012协作类机器人有更大发展。2.3D遥感:Kinect革命在继续去年，一个奇怪的装饰开始出现在许多机器人头上，这就是现在流行的微软Kinect3D传感器，它价格便宜且使用方便，用Kinect绘制3D地图和作为动作传感器，Kinect成为机器人社区的最爱(看下图)。人们一直在寻找一种低成本的设备替代激光测距仪，现在Kinect帮忙实现(至少可以在室内使用),Kinect2可能会在今年发布，将具有更高的分辨率和帧速率。3.云机器人:机器人共享技术几个研究小组正在探索云计算基础设施上的机器人，依靠云计算机处理大量的数据。这种方法可以直接调用“云机器人”，将使机器人不需要做复杂的计算，如图像处理和语音识别，甚至可以立即下载新的技能。很多相关项目都在进行中。特别是，谷歌有一个小团队，创建机器人云服务，如果这种技术流行起来，对该领域可能是结构性的转变（想象每个机器人使用“Google地图”进行导航）。在欧洲，一个重大项目RoboEarth，其目标是开发“机器人万维网”，一个巨大的云数据库，机器人可以共享有关的对象，环境和任务的信息（见下图）。许多其他项目正在形成，我们预计，在2012年“云机器人”将成为一个时髦词。4.力控制下的柔顺驱动器：柔软的触感机器人机器人与人互动时，安全是首要问题，常规的工业机械手臂在工厂作业没什么问题，但要想机器人和人密切合作，柔软的触觉机器人就非常有必要。出于这个原因，我们预计在2012年将看到更多力控制下的柔顺驱动器和触觉传感技术的改进，如下图Meka公司的M1机器人。此外，希望研究人员跳出“条条框框”限制，开发新的更聪明的驱动器，避免使用机械驱动装置。例如在2011年，我们就看到推出过许多“柔软的机器人”，这些机器人感觉上很接近生物体，如iRobot的六足JamBot，他使用一种叫作6JMU的驱动器，还有OtherLab研制的一个充气机器人Pneubot，使用面料和气动驱动。这些项目都指向一个充满诱人的未来，我们期望在2012年更多的柔软的机器人出现。5.基于智能设备机器人：新的机器人智能开发机器人可以由传感器、处理器、显示设备、网络等元素组成。智能手机和平板电脑似乎具备了这些特性。iRobot公司已经开发出一个叫Ava的远程机器人，可以在平板电脑上使用。再比如，两个西雅图的工程师从募捐网站Kickstarter拿到10万美元并迅速开发出一个可爱智能手机供电机器人Romo(下图)。这两个例子代表着一种趋势，移动设备领域上的机器人开发潜力巨大。苹果的iOS和谷歌的Android兴起了前所未有的创新浪潮。其结果将是有更多的机器人，从移动实验室进入市场。在手机越来越多的智慧，像苹果公司的语音助手Siri，将影响今年的机器人玩具和研究，由于智能设备加入，机器人会变得更聪明。6.更低的成本：一个你能负担得起的机器人手臂随着机器人发展，像3-D传感器器得到普及，机器人的整体成本急剧下降。不过似乎驱动器例外。最明显如夹钳和自由手臂。我们不是在谈论伺服解决方案，我们所说的也是许多机器人专家在的想。他们希望有一个强大的移动操纵系统：具备人的外形尺寸，兼容的驱动，足够的有效载荷（至少5公斤），当然至少低于5000美元。2011年由斯坦福大学的研究人员对一种低成本的柔性机器人研究指出这是可能的(如下图所示的系统)。而事实上，有相当数量的资金用在这个方向，如DARPA的三个方案（ARM-H，ARM-S，和M3）和美国国家科学基金会。7.无人驾驶汽车：解放你的双手好吧，你可能不会很快看到您附近出现自动驾驶汽车，除非你住在硅谷，谷歌已经充分地测试其著名的丰田普瑞斯自驾车(如下图：观看TED演示),尽管不敢保证已经非常完善，但有一点是肯定的，过去几年在美国，德国，法国，意大利，英国和中国自主车辆项目激增。去年，内华达州成为美国第一个个允许自动驾驶汽车上路的州。其实自动驾驶功能已经在很多汽车中体现，像普瑞斯一些车型的驾驶辅助功能可以帮人自动停车等等。虽然汽车制造商坚称这些不是自动驾驶功能，不过很显然，汽车正更多的机器人化。8.工业机器人佣工：开启一个新时代去年，富士康公布了惊人的机器人计划。表示打算在未来三年增加1百万个机器人装配线。一百万个机器人是什么概念，相当于目前现有工业机器人的数量的两倍。不过仍有许多不确定因素，包括他们是否可以保持产量。可以肯定的是，市场对灵活、高效、安全的工业机器人存在一个巨大的需求，新一代工业机器人将更加灵巧和便宜，如川田的Nextage，ABB的FRIDA（如下图），以及安川MOTOMANSDA10D。工业机器人大范围应用将开启一个新时代。9.快速原型制作：每个家庭都有3D打印机3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个磨具的打印，节约了很多产品到市场的开发时间。但价格昂贵(约20,000美元以上)。MakerBot公司推出的Thing-O-Matic3D打印机，零售低至$1000。低成本的3D打印机很可能是家用机器人中的下一个大趋势。10.无人机：民间无人机热小型无人机或叫自主飞行器，特别像是quadrotors(四旋翼飞行器)发展速度相当快。它为爱好者们提供了一个无人机入门方向，这在过去是没有的。下面的照片描绘的是苏黎世联邦理工学院的研究人员所使用的系统。diydrones是一个著名的无人机爱好者网站，它拥有超过20,000名成员，他们自己设计建造自主飞行器。买家可以寻找已经组装的模型。节日期间步行通过商场，我们看到十几家商店在出售无人机。门槛的降低造就了成千上万的无人机爱好者，在不断扩大的开源软件和硬件资源的带动下，通过建立廉价的机器人平台，2012的无人飞行器行业值得期待。11.网真机器人：你在现实世界中的化身网真机器人可以让你在不需要到达现场的情况下，如同身临其境，这与视频会议有点类似，但视频会议仅仅显示远程的一个小窗口，而网真机器人则给你全方位、实时的展示，允许你远程四处走动查看，与人、物体交互，就像你实际在那里一样。2010年Anybots公司推出的第一款商业产品QB，在2011年，越来越多的网真机器人进入市场，包括VGO通信公司的VGO机器人和法国Gostai公司的Jazz机器人（下图）。网真机器人是一项重要的技术，具有较强的商业前景，为商务旅客节省时间和金钱。事实上，我们认为2012年将是网真机器人发展一个里程碑：到今年年底，将有数百个QBS，Vgos，Jazzes在世界各地漫游，在2012年，新加入的者竞争者承诺使这个市场更具竞争力。12.仿生学：人类和机器之间的结合作战机器人和其他如人机杂交技术(用词有欠妥当)很早就引起人们兴趣，以前我们只能从科幻片中看到相关场景，如“无敌金刚”和“机器战警”这类影片。但过去两年间，相关研究人员已经在机器人假肢和脑机接口领域取得重大突破，2012年我们相信仿生学领域的人机结合技术能更进一步，特别是外骨骼能昂首阔步走出实验室。今年，EksoBionics公司（前身是BerkeleyBionics）将首先在美国和欧洲的康复诊所出售其机器人外骨骼，点击观看TED视频。同一时间，由约翰霍普金斯大学和匹兹堡大学的研究员测试大脑植入技术，该项目由DARPA资助，它使患者用意识控制机械臂。总之科幻正在变成现实。