引言：智能制造時(shí)代，無(wú)論是工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)型機(jī)器人還是醫(yī)療機(jī)器人，都在不斷向各種行業(yè)滲透。機(jī)器人作為當(dāng)下制造業(yè)發(fā)展不可或缺的一個(gè)關(guān)鍵因素，未來(lái)的技術(shù)發(fā)展是怎樣的?產(chǎn)業(yè)化的趨勢(shì)是什么?
隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能感知、微納制造、生物材料、智能交通等高新技術(shù)的深入發(fā)展，智能機(jī)器即智能機(jī)器人作為世界經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變過(guò)程中的關(guān)鍵因素，正在進(jìn)入新的發(fā)展階段。本文從智能機(jī)器人的需求和背景出發(fā)，介紹工業(yè)機(jī)器人、家用服務(wù)機(jī)器人、特種服務(wù)機(jī)器人的定義和發(fā)展現(xiàn)狀，分析未來(lái)智能機(jī)器人的前沿技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。
在信息與互聯(lián)網(wǎng)、新材料與新能源、自動(dòng)化與人工智能等技術(shù)的推動(dòng)下，全球正迎來(lái)一個(gè)新的科技時(shí)代，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)服務(wù)、醫(yī)療健康與物聯(lián)網(wǎng)、新能源與智能交通自動(dòng)化、機(jī)器人與智能制造等為代表的科技創(chuàng)新正在改變世界的技術(shù)發(fā)展方向、產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局與社會(huì)組織結(jié)構(gòu)，這一交錯(cuò)融合的科技浪潮進(jìn)一步引起了制造模式、生活方式、軍事作戰(zhàn)形態(tài)等的變化，從而牽引加速了智能機(jī)器暨智能機(jī)器人的發(fā)展。與此同時(shí)多學(xué)科前沿交叉理論與技術(shù)的進(jìn)一步推動(dòng)，拓展了智能機(jī)器的新概念、新理論及新方法。
智能機(jī)器是具有感知、決策、執(zhí)行的制造裝備、設(shè)備工具、服務(wù)消費(fèi)品，機(jī)器人是智能機(jī)器眾多種類(lèi)中的典型代表，用于生產(chǎn)過(guò)程與環(huán)境中的制造裝備智能機(jī)器稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人，用于個(gè)人或家政服務(wù)的消費(fèi)品智能機(jī)器稱(chēng)為家用服務(wù)機(jī)器人，用于特殊環(huán)境下作業(yè)與維護(hù)的設(shè)備工具智能機(jī)器稱(chēng)為特種服務(wù)機(jī)器人。
機(jī)器人學(xué)本質(zhì)上是一個(gè)材料機(jī)械、微電子傳感器、模式識(shí)別、智能控制、計(jì)算機(jī)、腦科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等前沿交叉的綜合學(xué)科，依賴(lài)于相關(guān)學(xué)科或集成系統(tǒng)突破，實(shí)現(xiàn)一種能夠半自主或全自主工作的智能機(jī)器，其目的是輔助人甚至替代人完成危險(xiǎn)或繁重、復(fù)雜的工作，提高人的工作效率與質(zhì)量，甚至服務(wù)于人的生活并擴(kuò)大或延伸人的活動(dòng)及能力范圍。
機(jī)器人以服務(wù)于人、服務(wù)于社會(huì)為宗旨，靈巧操作、適應(yīng)多變環(huán)境、人工智能以及互聯(lián)網(wǎng)的人機(jī)融合友好共存是未來(lái)機(jī)器人發(fā)展的規(guī)律與必然趨勢(shì)。因此，在新歷史時(shí)期，機(jī)器人發(fā)展與應(yīng)用有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)切入點(diǎn)和重要增長(zhǎng)點(diǎn)，它將作為衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療健康、國(guó)防安全等諸多領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位，并且必將為“中國(guó)制造2025”做出重要貢獻(xiàn)。
1 智能機(jī)器人需求與背景
眾所周知，以美國(guó)為主的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，在大力發(fā)展IT及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，也在大力推進(jìn)航空航天、生物醫(yī)學(xué)、智能機(jī)器人、新能源、人工智能等技術(shù);以中國(guó)為主的新興金磚先進(jìn)發(fā)展中國(guó)家，不僅充分利用IT互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的大好時(shí)機(jī)，并且大力發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，推動(dòng)醫(yī)療健康、智能交通、農(nóng)副產(chǎn)品、旅游娛樂(lè)、在線(xiàn)教育、高品質(zhì)消費(fèi)品與智能硬件等技術(shù)變革與產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代，與此同時(shí)還抓住未來(lái)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)格局可能產(chǎn)生重大變革的顛覆性技術(shù)，如航空航天、人工智能、生物醫(yī)療、智能機(jī)器人等;以第三世界不發(fā)達(dá)國(guó)家為主的發(fā)展中國(guó)家，需要大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括IT互聯(lián)網(wǎng)、裝備制造、鐵路交通、能源電力、工程機(jī)械、信息家電、汽車(chē)工業(yè)、智能手機(jī)、房屋建筑等。
由此得出，從世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的宏觀趨勢(shì)出發(fā)，把握了大數(shù)據(jù)技術(shù)就把握了未來(lái)的需求規(guī)律與趨勢(shì)，把握了生物醫(yī)學(xué)技術(shù)就把握了未來(lái)的醫(yī)療健康，把握了智能機(jī)器人技術(shù)就把握了未來(lái)的智能制造裝備與服務(wù)設(shè)備，把握了新能源技術(shù)就把握了未來(lái)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力，把握了人工智能技術(shù)就把握了人腦智慧服務(wù)的各個(gè)方面。因此，作為推動(dòng)中國(guó)新常態(tài)下經(jīng)濟(jì)發(fā)展與增長(zhǎng)的重要關(guān)鍵要素之一，大力發(fā)展智能機(jī)器人核心技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化成為科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的一種重要趨勢(shì)與動(dòng)力。
改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)取得了翻天覆地的變化，但這很大程度上都依賴(lài)于人口紅利及資源消耗。隨著需求與產(chǎn)能過(guò)剩、勞動(dòng)力成本提升、低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不在等，原有的粗放型經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)活力不再。由此，加強(qiáng)科技創(chuàng)新、探索新型經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)勢(shì)在必行。
隨著工業(yè)4.0理念的深入及《中國(guó)制造2025》的印發(fā)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)正式開(kāi)始向著精細(xì)化發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。屆時(shí)，新的需求、新的產(chǎn)品、更高的附加值將會(huì)被挖掘、開(kāi)發(fā)及創(chuàng)造。同時(shí)，在“大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新”的政策引領(lǐng)下，創(chuàng)客，“BtoC”等創(chuàng)新模式將會(huì)為新興經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)的開(kāi)創(chuàng)奠定基礎(chǔ)。未來(lái)，在《中國(guó)制造2025》的直接驅(qū)動(dòng)下，以智能工廠(chǎng)、智能生產(chǎn)、智能物流三大主題為特征的工業(yè)4.0理念將逐步深入到國(guó)內(nèi)的大中小企業(yè)中，屆時(shí)新興的集約型現(xiàn)代工廠(chǎng)、現(xiàn)代制造、現(xiàn)代物流將直接促生迫切的工業(yè)機(jī)器人需求。同時(shí)，隨著現(xiàn)代醫(yī)療、健康、娛樂(lè)等服務(wù)業(yè)的發(fā)展和國(guó)防、民生的剛性需求，人們新興的生活方式將會(huì)延伸出無(wú)數(shù)的服務(wù)機(jī)器人需求。
2 社會(huì)服務(wù)成本增加與智能硬件成本降低的驅(qū)動(dòng)
2.1老齡化社會(huì)的到來(lái)、勞動(dòng)人口的減少、服務(wù)人力成本越來(lái)越高
根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2015年中國(guó)60周歲及以上人口2.1242億，占總?cè)丝诘?5.5%，65周歲及以上人口1.3755億，占總?cè)丝诘?0.1%[2]。全國(guó)老齡工作委員會(huì)預(yù)計(jì)，未來(lái)20年中國(guó)將進(jìn)入老齡化高峰，平均每年增1000萬(wàn)老年人，到2050年左右，老年人口將達(dá)到全國(guó)人口的1/3[3]。同時(shí)，隨著老齡化進(jìn)程加快，中國(guó)勞動(dòng)力也在逐漸減少。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2014年中國(guó)勞動(dòng)年齡人口比例連續(xù)3年下降，16~59歲的勞動(dòng)年齡段人口減少了371萬(wàn)。預(yù)計(jì)到2022年，城市制造業(yè)工人將減少700萬(wàn)，制造業(yè)農(nóng)民將減少1500萬(wàn)。
此外，中國(guó)勞動(dòng)成本正在逐年上升，人口紅利優(yōu)勢(shì)正在逐漸削弱。據(jù)2015年經(jīng)濟(jì)學(xué)人智庫(kù)(TheEIU)發(fā)布的《中國(guó)制造業(yè)勞動(dòng)力成本分析》最新報(bào)告，預(yù)計(jì)自2013—2020年，全國(guó)的年收入平均增速將維持在12%左右[4]。另?yè)?jù)美國(guó)國(guó)會(huì)研究服務(wù)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2000—2013年，中國(guó)工資平均每年增長(zhǎng)11.4%[5]。
2.2危險(xiǎn)惡劣工作環(huán)境下的作業(yè)對(duì)機(jī)器人有著剛性需求
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越重視“以人為本”，人的生命和健康是無(wú)價(jià)的，有些工作需要工人暴露在危險(xiǎn)的壞境(如有毒氣體，易爆壞境等)中進(jìn)行。如何在惡劣條件下保證人的身體安全和健康，一直都是生產(chǎn)安全的重要課題。隨著人類(lèi)生活品質(zhì)的提高，避免危險(xiǎn)、繁重、臟差、重復(fù)等工作已逐漸成為一種普遍的趨勢(shì)和意愿。
2.3隨著智能硬件不斷發(fā)展，機(jī)器人成本越來(lái)越低
隨著機(jī)器人技術(shù)的成熟和應(yīng)用，機(jī)器人的成本在逐漸下降。據(jù)波士頓咨詢(xún)集團(tuán)最新研究：在未來(lái)10年，越來(lái)越多的智能機(jī)器人將走進(jìn)制造業(yè)企業(yè)，制造業(yè)生產(chǎn)成本將越來(lái)越低，如一個(gè)先進(jìn)機(jī)器人電焊機(jī)的價(jià)格已從2005年的18.2萬(wàn)美元下降到2014年的13.3萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2025年機(jī)器人購(gòu)買(mǎi)價(jià)格將繼續(xù)下降22%。
3 未來(lái)前沿交叉學(xué)科派生出顛覆性技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)
2013年5月，麥肯錫發(fā)布研究報(bào)告《引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)變革的顛覆性技術(shù)》，提出2025年將引領(lǐng)生活、商業(yè)和全球經(jīng)濟(jì)變革的12項(xiàng)顛覆性技術(shù)，其中先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)名列第五位。預(yù)計(jì)到2025年，先進(jìn)機(jī)器人在制造業(yè)、醫(yī)療和服務(wù)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用可創(chuàng)造1.7萬(wàn)億~4.5萬(wàn)億美元的產(chǎn)值。
2015年10月，Gartner公布了2016年及以后數(shù)年的十大戰(zhàn)略預(yù)測(cè)，提出2016年是數(shù)字化的時(shí)代，在智能算法和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的世界里，人和機(jī)器人的關(guān)系將被新定義;預(yù)計(jì)到2018年，20%的商業(yè)內(nèi)容將由機(jī)器撰寫(xiě);將有60億智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng);超過(guò)300萬(wàn)工人將向“機(jī)器老板”匯報(bào);在增長(zhǎng)最快的公司中，50%的公司中員工數(shù)將比智能機(jī)器人少[1]。
國(guó)防安全軍事發(fā)展、產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)價(jià)值驅(qū)動(dòng)、生活服務(wù)迫切要求等進(jìn)一步加速了顛覆性技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展，其中以新材料與生物材料、軟體機(jī)器人、人工智能與識(shí)別、腦科學(xué)與認(rèn)知、高效移動(dòng)再生能源等為代表的新技術(shù)大大推動(dòng)了智能機(jī)器人發(fā)展。
4 智能機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
4.1機(jī)器人定義與分類(lèi)
根據(jù)美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給出的定義：機(jī)器人是一種可編程和多功能的操作機(jī);或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)。從應(yīng)用環(huán)境的角度劃分，機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人(industryrobot)和服務(wù)機(jī)器人(servicerobot)兩大類(lèi)。
工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器，它接受人類(lèi)指令后，將按照設(shè)定的程序執(zhí)行運(yùn)動(dòng)路徑和作業(yè)，包括焊接、噴涂、組裝、采集和放置(例如包裝和碼垛等)、產(chǎn)品檢測(cè)和測(cè)試等(ISO定義)。
根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(InternationalFederationofRobotics，IFR)的定義，服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人(不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備)，它能完成有益于人類(lèi)的服務(wù)工作。服務(wù)機(jī)器人又可分為兩類(lèi)：專(zhuān)用服務(wù)機(jī)器人(professionalservicerobot)和家用服務(wù)機(jī)器人(domesticuserobot)。其中，專(zhuān)用服務(wù)機(jī)器人是在特殊環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人，如水下作業(yè)機(jī)器人、空間探測(cè)機(jī)器人、搶險(xiǎn)救援機(jī)器人、反恐防爆機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人及其他特殊用途機(jī)器人;家用服務(wù)機(jī)器人是服務(wù)于人的機(jī)器人，如助老助殘機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、清潔機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人、教育娛樂(lè)機(jī)器人等。
4.2工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
在全球工業(yè)機(jī)器人的研究方面，日本、歐洲處于領(lǐng)先定位，接下來(lái)是美國(guó)、韓國(guó)和中國(guó)，但中國(guó)目前是國(guó)際上最大的機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)。圍繞工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)空間、本體、系統(tǒng)應(yīng)用工藝、減速器核心部件、控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了對(duì)比(從高到低依次分為A、B、C三等)，如表1所示。
據(jù)IFR統(tǒng)計(jì)，2014年全球共銷(xiāo)售工業(yè)機(jī)器人229261臺(tái)，相比2013年增長(zhǎng)41%。亞洲仍然是最大的消費(fèi)市場(chǎng);其次是歐洲共銷(xiāo)售45600臺(tái)，增長(zhǎng)5%;再次是美洲共銷(xiāo)售32600臺(tái)，增長(zhǎng)8%。據(jù)IFR預(yù)計(jì)，到2018年全球銷(xiāo)售的工業(yè)機(jī)器人將平均每年增長(zhǎng)15%，銷(xiāo)量將增加一倍，數(shù)量約400000臺(tái)。圖1列出了部分新一代人機(jī)協(xié)作工業(yè)機(jī)器人。
同時(shí)，據(jù)IFR最新統(tǒng)計(jì)，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)。2014年中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)五大市場(chǎng)占全球銷(xiāo)售總額的70%。其中，中國(guó)共增工業(yè)機(jī)器人57096臺(tái)，相比2013年增長(zhǎng)了56%。
另?yè)?jù)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)(圖2：來(lái)源于IFR)，2014年新增加的工業(yè)機(jī)器人中，有16000臺(tái)產(chǎn)自中國(guó)本土企業(yè)，相比2013年高出78%。2014年，外資企業(yè)在中國(guó)共銷(xiāo)售工業(yè)機(jī)器人41100臺(tái)，相比2013年增長(zhǎng)49%。據(jù)IFR預(yù)計(jì)，到2018年，中國(guó)將成為世界上最大和增長(zhǎng)最快的機(jī)器人市場(chǎng)，超過(guò)1/3的全球供應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人將被安裝在中國(guó)。雖然工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣(圖3)，但目前在中國(guó)，汽車(chē)行業(yè)還是工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
中國(guó)一直十分重視機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)科學(xué)技術(shù)部等部委的持續(xù)支持，從20世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出了噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人，并形成了一批具有較強(qiáng)機(jī)器人科研實(shí)力的公司，如沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司在自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(AGV)等方面取得重要市場(chǎng)突破;哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司重點(diǎn)在石化等行業(yè)的自動(dòng)包裝與碼垛機(jī)器人方面進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用;奇瑞裝備有限公司與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作研制的165kg點(diǎn)焊機(jī)器人，已在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)始應(yīng)用，分別用于焊接、搬運(yùn)等場(chǎng)合，自主研制出中國(guó)第一條國(guó)產(chǎn)機(jī)器人自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)S11車(chē)型左右側(cè)圍的生產(chǎn)[6];廣州數(shù)控機(jī)械加工與上下料工業(yè)機(jī)器人方面的應(yīng)用也取得了很好進(jìn)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)從事機(jī)器人相關(guān)業(yè)務(wù)的企業(yè)2013年是400多家，2014年達(dá)到800多家，其中上市企業(yè)2009年1家，2015年多達(dá)34家。
總體來(lái)看，在焊接、電子等高端制造方面，中國(guó)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人占6%~7%，與國(guó)外差距較大，正在逐步增加份額。但在物流AGV、上下料碼垛、涂膠作業(yè)、簡(jiǎn)單機(jī)械手等方面，中國(guó)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，占有率正在突破50%。正如2014年IFR的分析，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)缺少技術(shù)創(chuàng)新，缺乏可以參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的骨干企業(yè)，規(guī)模普遍很小，關(guān)鍵部件品質(zhì)和品質(zhì)可靠性落后世界先進(jìn)水平5~10年。
4.3家用服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
在全球家用服務(wù)機(jī)器人方面，世界各國(guó)處于同一起跑線(xiàn)，產(chǎn)品形態(tài)和功能正在探索和嘗試，未來(lái)具有巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。日本處于領(lǐng)先地位，歐洲、韓國(guó)、中國(guó)緊隨其后。圍繞家用服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)空間、本體、系統(tǒng)應(yīng)用工藝、傳感器核心部件、控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了對(duì)比(從高到低依次分為A、B、C三等)，如表2所示。
據(jù)IFR統(tǒng)計(jì)，2014年全球家用機(jī)器人新增330萬(wàn)臺(tái)，相比2013年增長(zhǎng)了28%，其中娛樂(lè)休閑機(jī)器人新增130萬(wàn)臺(tái)，增長(zhǎng)40%。在家用服務(wù)機(jī)器人方面，除家庭和花園機(jī)器人助手外，助老助殘機(jī)器人逐漸成為未來(lái)發(fā)展的主流，相比2013年的699臺(tái)，2014年全球共銷(xiāo)售4416臺(tái)。據(jù)IFR預(yù)計(jì)，到2018年全球銷(xiāo)售使用的個(gè)人服務(wù)機(jī)器人將達(dá)到3500萬(wàn)臺(tái)，其中家用服務(wù)機(jī)器人將有2500萬(wàn)臺(tái)，娛樂(lè)休閑機(jī)器人900萬(wàn)臺(tái)。
圖4列出了部分家用服務(wù)機(jī)器人。中國(guó)的家用服務(wù)機(jī)器人在近幾年有了很大的發(fā)展，但整體處于發(fā)展初期，且多是分散式發(fā)展。在教育、陪護(hù)、無(wú)人機(jī)、兩輪車(chē)等方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)已嶄露頭角，如深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司的無(wú)人機(jī)、納恩博科技有限公司的兩輪車(chē)等[7]。
總體而言，正如IFR的分析，服務(wù)機(jī)器人正處在一個(gè)分散快速發(fā)展階段，沒(méi)有形成壟斷性企業(yè)與格局，在所有從事服務(wù)機(jī)器人的公司中，有15%以上的公司都是新創(chuàng)立的，這些企業(yè)往往以破壞性技術(shù)創(chuàng)新或應(yīng)用牽引商業(yè)模式創(chuàng)新快速發(fā)展，大部分企業(yè)還很年輕，規(guī)模也較小，缺乏規(guī)律性成熟的經(jīng)驗(yàn)，但是這些培育、孵化或是創(chuàng)新企業(yè)，為新興經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、大企業(yè)成長(zhǎng)提供了良好的生態(tài)環(huán)境。
4.4特種服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
在全球特種服務(wù)機(jī)器人方面，美國(guó)在醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、特種環(huán)境作業(yè)機(jī)器人等方面處于領(lǐng)先地位，歐洲在醫(yī)療機(jī)器人方面具有優(yōu)勢(shì)，中國(guó)在水下機(jī)器人方面具有優(yōu)勢(shì)，緊接著是日本、韓國(guó)。圍繞特種服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)空間、本體、系統(tǒng)應(yīng)用工藝、傳感器核心部件、控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了對(duì)比(從高到低依次分為A、B、C三等)，如表3所示。
據(jù)IFR統(tǒng)計(jì)，2014年，全球共新增特種服務(wù)機(jī)器人24207臺(tái)，相比2013年的21712臺(tái)，增長(zhǎng)了11.5%。如圖5(來(lái)源于IFR)，2014年國(guó)防領(lǐng)域新增特種服務(wù)機(jī)器人11000臺(tái)，占新增特種服務(wù)機(jī)器人的45%，其中無(wú)人機(jī)占據(jù)了82%。此外，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域新增特種服務(wù)機(jī)器人5700臺(tái)，其中5180臺(tái)為擠奶機(jī)器人，占新增特種服務(wù)機(jī)器人的25%;物流領(lǐng)域新增特種服務(wù)機(jī)器人2644臺(tái)，占新增特種服務(wù)機(jī)器人的7%，同比2013年增長(zhǎng)27%。相比2013年，醫(yī)療機(jī)器人2014年增長(zhǎng)率下降了5%，新增1224臺(tái)，其中手術(shù)機(jī)器人978臺(tái)。外骨骼機(jī)器人2014年共銷(xiāo)售273臺(tái)，相比2013年的160臺(tái)增長(zhǎng)了80%。據(jù)IFR預(yù)計(jì)，未來(lái)特種服務(wù)機(jī)器人會(huì)急速增長(zhǎng)，到2018年，將超過(guò)15萬(wàn)臺(tái)，其中最大的市場(chǎng)是國(guó)防、農(nóng)業(yè)和物流。
中國(guó)的特種機(jī)器人在“863計(jì)劃”的支持下，取得了不少成果(圖6)。其中最為突出的是水下機(jī)器人(如蛟龍?zhí)?和空間機(jī)器人(如神10)，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種;在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但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(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大。
總體而言，如圖7(來(lái)源于IFR)，在特種服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，歐洲和美國(guó)在水下、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等方面處于絕對(duì)領(lǐng)先狀態(tài)，國(guó)內(nèi)水下機(jī)器人的研究已經(jīng)形成了良好優(yōu)勢(shì)，醫(yī)療外科機(jī)器人和反恐救災(zāi)機(jī)器人也正在大踏步前進(jìn)。由于這方面的市場(chǎng)需求與規(guī)模有限，需要加強(qiáng)探索協(xié)同服務(wù)新的商業(yè)模式，不斷完善快速、高品質(zhì)、安全可靠的工程化產(chǎn)品。
5智能機(jī)器人未來(lái)發(fā)展方向
5.1機(jī)器人基礎(chǔ)與前沿技術(shù)發(fā)展
機(jī)器人基礎(chǔ)與前沿技術(shù)正在迅猛發(fā)展，涉及工程材料、機(jī)械工程、傳感器、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、生命科學(xué)甚至涉及法律、倫理等各方面，許多學(xué)科相互交融、相互促進(jìn)快速發(fā)展，以智能機(jī)器形態(tài)出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)與社會(huì)，這里主要集中交流3個(gè)方面熱點(diǎn)研究。
5.1.1智能感知識(shí)別、大數(shù)據(jù)與人工智能
隨著機(jī)器人的應(yīng)用和推廣，尤其是服務(wù)機(jī)器人的快速發(fā)展，感知能力將會(huì)成為機(jī)器人的一個(gè)重要考核指標(biāo)。如何使機(jī)器人的感知識(shí)別能力更接近于人或其他生物將會(huì)成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。同時(shí)，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的人工智能水平也將會(huì)不斷提高。
目前，微軟、谷歌、百度等計(jì)算機(jī)巨頭已經(jīng)在人工智能領(lǐng)域有所布局。2014年，微軟在Build大會(huì)上推出了虛擬個(gè)人助理Cortana，Cortana的思考能力足以支持整個(gè)對(duì)話(huà)過(guò)程。當(dāng)你與Cortana交流時(shí)，它會(huì)判斷正在進(jìn)行的是同一段對(duì)話(huà)還是新的對(duì)話(huà)主體。2014年，谷歌收購(gòu)了英國(guó)DeepMind公司，在2014年4月發(fā)布的一款DeepMind軟件展示視頻中，DeepMind軟件通過(guò)自己的本能來(lái)控制一款叫Atari的電子游戲并取得了勝利。百度深度學(xué)習(xí)研究院(IDL)開(kāi)發(fā)出的“百度大腦”已經(jīng)能達(dá)到2~3歲孩童的智力水平。
5.1.2微納制造與智能硬件
機(jī)器人執(zhí)行載體依賴(lài)于新材料、剛?cè)狁詈辖Y(jié)構(gòu)、微電子與制造技術(shù)發(fā)展。隨著納米技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)[8]、智能硬件等研究的深入，納米機(jī)器人等微型機(jī)器人將會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的方向之一。其不僅可以大大降低機(jī)器人成本，而且可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造宏觀到微觀的轉(zhuǎn)變，特別是應(yīng)用于醫(yī)療、健康等領(lǐng)域(如血管機(jī)器人)，為人類(lèi)的健康和生命保駕護(hù)航。同時(shí)納米制造與智能硬件所涉及的石墨烯、維納光電器件等也將為機(jī)器人的感知和識(shí)別提供更優(yōu)越、更精準(zhǔn)的微型傳感器。
5.1.3生物材料與軟體機(jī)器人
傳統(tǒng)的機(jī)器人外殼多由沒(méi)有溫度的金屬和塑料組成，在實(shí)際接觸中無(wú)法讓人產(chǎn)生依賴(lài)感。如果機(jī)器人的手、臉等關(guān)鍵部位能采用類(lèi)似皮膚的材料，那么無(wú)疑會(huì)使人機(jī)接觸過(guò)程更加友好。未來(lái)生物材料的發(fā)展將進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，將為人與機(jī)的親密互動(dòng)提供更為真實(shí)、友好、舒適的界面，進(jìn)一步縮短人與機(jī)器人之間的距離。因此，在不久的將來(lái)，一定會(huì)出現(xiàn)剛?cè)狁詈?、更加安全、更加?shí)用、更加便宜的工業(yè)機(jī)器人與服務(wù)機(jī)器人。
同時(shí)，基于柔性生物材料的軟體機(jī)器人研究將會(huì)成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。2012—2015年，Science與Nature已刊登了6篇關(guān)于仿生軟體機(jī)器人的研究論文。柔性體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳感等相關(guān)基礎(chǔ)研究已引起世界著名高校，如美國(guó)哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院等的高度重視，相關(guān)研究將在人工肌肉驅(qū)動(dòng)的軟體末端抓持器設(shè)計(jì)，多棲海空、水路仿生結(jié)構(gòu)，柔性可穿戴式的感知裝置等方面有所體現(xiàn)。
5.2機(jī)器人應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
機(jī)器人應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化正在滲透各個(gè)行業(yè)，由于世界大部分智能硬件在中國(guó)制造，另一方面中國(guó)人口眾多，不僅安全的吃住行玩是主要需求牽引，而且醫(yī)療健康與養(yǎng)老需求也將成為迫切需求。與此同時(shí)，考慮到中國(guó)目前一些過(guò)剩產(chǎn)業(yè)或是即將淘汰的產(chǎn)業(yè)，因此，重點(diǎn)圍繞中國(guó)未來(lái)需求，介紹4個(gè)方面的應(yīng)用熱點(diǎn)。
1)3C裝配制造、物流倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)、食品加工等機(jī)器人有望成為工業(yè)機(jī)器人新興主力軍。工業(yè)機(jī)器人作為產(chǎn)業(yè)先驅(qū)，隨著基礎(chǔ)工業(yè)、制造工藝的進(jìn)步，以及與傳感技術(shù)、智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的深度融合，工業(yè)機(jī)器人將朝著精度、速度、效率更高，智能、靈巧作業(yè)、人際交互能力更強(qiáng)，以及更加標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化、開(kāi)放化等方向發(fā)展，更加重視相關(guān)新材料、增量加工方法、智能化示教、應(yīng)用設(shè)計(jì)、成套應(yīng)用工藝等關(guān)鍵技術(shù)，不斷提高操作性和可維護(hù)性，應(yīng)用領(lǐng)域也將從汽車(chē)工業(yè)向電子裝配制造、物流搬運(yùn)與倉(cāng)儲(chǔ)、食品加工、機(jī)械加工、化工建材等滲透推廣，有望成為中國(guó)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的主力軍。
2)家庭服務(wù)機(jī)器人有望走入千家萬(wàn)戶(hù)。由于生活節(jié)奏的加快和勞動(dòng)力的減少，小孩的看護(hù)、老人的陪護(hù)及家庭的清潔逐漸成為困擾年輕人的諸多問(wèn)題，由此大力發(fā)展護(hù)理及清潔機(jī)器人是未來(lái)機(jī)器人發(fā)展方向之一。目前大家首先關(guān)心的是挖掘家庭服務(wù)剛性需求或痛點(diǎn)需求，其次關(guān)心是否存在相對(duì)集中的通用軟件平臺(tái)、硬件平臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu)，軟硬分離，相對(duì)專(zhuān)業(yè)化應(yīng)用的模塊化組件集成，另外還有一個(gè)重要問(wèn)題就是提供服務(wù)具體內(nèi)容，如何充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等技術(shù)，使得家用服務(wù)機(jī)器人可以方便地用于家庭并且價(jià)格合理等。
3)醫(yī)療機(jī)器人服務(wù)于民生科技與健康。健康是人類(lèi)永恒的主題，未來(lái)醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展空間巨大。據(jù)WinterGreenResearch預(yù)測(cè)，未來(lái)康復(fù)機(jī)器人和手術(shù)機(jī)器人行業(yè)規(guī)模將分別由2014年的2.2億、32億美元增長(zhǎng)到2021年的32億、200億美元，年均復(fù)合增速將達(dá)到46.6%、29.9%。隨著遠(yuǎn)程醫(yī)療、微創(chuàng)外科及3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，手術(shù)機(jī)器人的需求會(huì)越來(lái)越多。但由于國(guó)外企業(yè)占有份額太高及其本身的技術(shù)壁壘，國(guó)產(chǎn)化的道路還很漫長(zhǎng)。同時(shí)，由于中國(guó)殘障人數(shù)眾多，而且專(zhuān)業(yè)的康復(fù)醫(yī)院、康復(fù)科室、康復(fù)設(shè)備還很少，未來(lái)中國(guó)康復(fù)機(jī)器人潛在市場(chǎng)上百億。但由于中國(guó)特殊的群體收入特征和不完善的支付體系，很多國(guó)外昂貴的康復(fù)機(jī)器人消費(fèi)者還無(wú)法承擔(dān)，這就意味著未來(lái)國(guó)產(chǎn)康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大有作為。
4)智能機(jī)器人技術(shù)嵌入智能交通，引領(lǐng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。據(jù)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道：2015年6月27日，美國(guó)谷歌公司宣布，他們的無(wú)人駕駛汽車(chē)已經(jīng)駛在加利福尼亞州芒廷維尤的街頭。智能交通，無(wú)人駕駛已經(jīng)成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主流。由于其大大提高了交通系統(tǒng)的效率和安全性，將是未來(lái)汽車(chē)巨頭們爭(zhēng)奪的主要市場(chǎng)。2015年6月，在中國(guó)云計(jì)算大會(huì)上，百度宣布將在下半年推出無(wú)人駕駛汽車(chē)。2015年4月，上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司也推出了iGS智能汽車(chē)，該車(chē)不需要司機(jī)，而是自己用攝像頭和雷達(dá)觀察周?chē)h(huán)境，用控制軟件指揮，用油門(mén)、剎車(chē)、排擋、轉(zhuǎn)向等實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。
未來(lái)，智能交通與無(wú)人駕駛必將走進(jìn)人們的生活，并為人們的出行提供交通的便利。
6結(jié)論
從公元前約10世紀(jì)偃師發(fā)明藝妓(歌舞機(jī)器人)到現(xiàn)在，智能機(jī)器人技術(shù)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，為人類(lèi)工業(yè)制造、公共服務(wù)及個(gè)人生活品質(zhì)的提高做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。但隨著人類(lèi)需求的進(jìn)一步多樣化和新技術(shù)的日益突起，未來(lái)的機(jī)器人還將面臨更多更復(fù)雜的問(wèn)題，如何提高機(jī)器人的高智能化、如何建立更親密的人機(jī)關(guān)系、如何保證使用者的安全等都將成為急于解決的難點(diǎn)。
在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，全球市場(chǎng)格局已經(jīng)成型，不能希望在中國(guó)短期內(nèi)徹底改變，這需要長(zhǎng)期堅(jiān)持發(fā)展，需要攻克一些工業(yè)基礎(chǔ)性的核心問(wèn)題，包括工藝設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)、核心零部件、主機(jī)可靠性等問(wèn)題。與此同時(shí)，中國(guó)作為未來(lái)機(jī)器人應(yīng)用的最大市場(chǎng)正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，充滿(mǎn)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，全球市場(chǎng)尚處于發(fā)展階段，未來(lái)發(fā)展空間極大。中國(guó)具有全世界最高的人口基礎(chǔ)和殘障人(殘疾人、傷病人)數(shù)量，未來(lái)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)很大。截止目前，中國(guó)自有的服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于起步階段，已產(chǎn)生了一些充滿(mǎn)活力的企業(yè)，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中也具有一定的特色。如何發(fā)揮國(guó)內(nèi)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，如何保證機(jī)器人的安全性，如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的家庭化和高度智能化等將是未來(lái)服務(wù)機(jī)器人研究者必須思考的問(wèn)題。
致謝：趙杰、韓建達(dá)、李澤湘、劉進(jìn)長(zhǎng)、曲道奎、徐禮進(jìn)、譚民、孫立寧、黃田、黃強(qiáng)、王耀南、劉成良、丁希侖、畢樹(shù)生、姜念云、歐勇盛等對(duì)本文撰寫(xiě)提供一定的幫助。
參考文獻(xiàn)略(來(lái)源：科技導(dǎo)報(bào)，作者：王田苗，陳殿生，陶永，李劍，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所)
（轉(zhuǎn)載）
