機器人現狀與前景分析

摘 要:通過介紹機器人領域的相關情況，包括國內外最新研究設計情況。工業機器人研究趨向，應用廣泛。特種機器人的應用面廣，樣式多變，越來越收到人們的歡迎。機器人必然在未來的生活和工作中，給我們產生更大的影響。

關鍵詞:機器人;工業機器人;特種機器人

中圖分類號:TP

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)08-0327-02

1 引言

1920年，捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中，根據Robota和Robotnik，創造出“機器人”這個詞。自從機器人問世以來，機器人的發展日新月異，對我們的生活產生了很大的影響。機器人是一種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機，或者為了執行不同的任務而具有可改變的可編程的動作的專門系統。

我國的機器人工業從20世紀80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，已基本掌握了機器人的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。目前，我國從事機器人研發和應用工程的單位有200多家，擁有量為4500臺左右，其中國產占20%，其余都是從日本、美國、瑞典等40多個國家引進的。我國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械人或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的，用于非制造業并服務于人類的各種先進機器人，包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類:制造環境下的工業機器人和非制造環境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。

2 工業機器人

2.1 工業機器人現狀

2005年已生產各種類型工業機器人和系統600臺套，機器人銷售額14億元，機器人產業對國民經濟的年收益額為65億元。據市場預測，“十一五”期間我國工業機器人的總需求量約為8000-20000臺套，其中以點焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓等各類機器人自動化成套裝備系統為主。根據發達國家產業發展與升級的歷程和工業機器人產業化發展趨勢，到2015年中國機器人市場的容量約達十幾萬臺。

工業機器人總體趨勢是:從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉移，從工業機器人產業向解決方案業務的機器人技術產業發展。機器人技術的內涵已變為“靈活應用機器人技術的、具有在實世界動作功能的智能化系統”。工業機器人由操作機、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人類特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器進化過程的產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。2.2 工業機器人的研究趨勢

目前，國外機器人技術正在向智能機器和智能系統的方向發展，其現狀及發展趨勢主要體現在以下幾個方面:①工業機器人性能不斷提高，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機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化;由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。③工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化，器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構，大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。④虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。

2.3 我國工業機器人的發展前景

有人認為，應用機器人只是為了節省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優越性決定了機器人能夠充分發揮其長處。它不僅能為我國的經濟建設帶來高度的生產力和巨大的經濟效益，而且將為我國的宇宙開發、海洋開發、核能利用等新興領域的發展做出卓越的貢獻。

我國機器人學研究起步較晚，但進步較快，已經在工業機器人、特種機器人和智能機器人各個方面區的了明顯的成就。近年來我國的機器人自動化技術也取得了長足的發展，但是與世界發達國家相比，還有一定的差距，如可靠性低于國外產品;機器人應用工程起步較晚;應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距。我國目前從事機器人研發和應用工程的單位相對較少，工業機器人的擁有量遠遠不能滿足需求量，長期大量依靠從國外引進。

總的來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產品;機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距;在應用規模上，我國已安裝的國產工業機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業。當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶、一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模化設計，積極推進產業化進程。

3 特殊機器人

3.1 特殊機器人的現狀

特種機器人則是除工業機器人之外的，用于非制造業并服務于人類的各種先進機器人，包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。

服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員，到目前為止尚沒有一個嚴格的定義。不同國家對服務機器人的認識不同。服務機器人的應用范圍很廣，主要從事維護保養、修理、運輸、清洗、保安、救援、監護等工作。

2008年，北京奧運會曾經使用過的機器人有:①福娃機器人。福娃機器人能夠感應到一米范圍內的游客，與人對話、攝影留念、唱歌舞蹈，還能回答與奧運會相關的問題。②翻譯機器人。能夠實現在任何時間、場所，對任何人和任何設備的多語言服務。③安保機器人。其杰出代表為排爆機器人。由上海世博局創意、浙江大學和中控研究院研發制作的37個“海寶機器人”將于上海世博會期間在機場、車站及世博園一軸四館等重要場館，從事迎賓、照相、指路、引領參觀、尋人等工作。“海寶機器人”身高1.55米，重87公斤，是根據2010年上海世博會吉祥物“海寶”的形象設計而成的一款高級人工智能服務機器人。它擁有俏皮的劉海、豐富的面部表情、靈活的身體、出色的語言能力和可愛幽默的性格，它可以通過面部表情和手臂、頭部、腰部、底盤的動作表達自己的想法和情緒。它不僅能提供迎賓、照相、指路、引導參觀、尋人等服務，還能為來賓們講笑話、跳舞、唱歌。“海寶機器人”可以辨別來賓的方位、人數和行進的方向，自動進入迎賓服務狀態。通過“海寶機器人”，世博來賓可以及時獲知世博信息、公共信息、引路導航等信息。“海寶機器人”會3000多句日常對話，可使用中、英文進行對話，用中、日、韓、英、法、德等六種語言，進行熱情問候和自我介紹，還能主動熱情的和來賓握手示好。游客還可以與“海寶機器人”進行關于世博知識等主題的趣味語言交流。

特殊機器人種類繁多，形式多樣。娛樂機器人以供人觀賞、娛樂為目的，具有機器人的外部特征，可以像人、像某種動物、像童話或科幻小說中的人物等。同時具有機器人的功能，可以行走或完成動作，可以有語言能力，會唱歌，有一定的感知能力。2007年10月，一批具有自主知識產權的娛樂類機器人在深圳舉行的第九屆高交會上亮相，它們表演舉重和倒立、聊天、唱歌、跳舞、吹奏薩克斯管等節目，吸引人們關注。

早在70年代中期，美國五角大樓就開始通過各種試驗來證實軍用機器人的使用價值。80年代以來，美國軍方聲稱已經擁有一支由機器人士兵組成的作戰部隊，其兵種涉及到陸、海、空、偵察和供給等領域。由勞倫斯-里弗莫爾國家實驗室研制的掃雷機器人，重45公斤左右，身上有10多種傳感器能夠辨認各種地雷和爆炸物，4架攝像機將周圍的圖像攝入并輸入電腦，后者進行分析并下達如何處理的指令，實在無法處理時，則將分析結果通過線路傳送至基地的信息中心，獲得明確指示后再采取行動。法國軍事部門研制的反坦克機器人也頗具威脅。這種機器人的體積僅相當于一個10歲小孩，但發射出的炮彈威力無比。它能識別幾乎所有的坦克，并根據不同的坦克選擇不同的炮彈和發射角度。最令人叫絕的是專門搜集軍事情報的機器人士兵，它可以稱得上是優秀的偵察員。根據新聞媒體的報道，目前軍事大國已經研制出來了100多種機器人偵察兵，可執行陸海空多種偵察任務，最簡單的一種是通過發射器將偵察機器人粘合在對方的建筑物、裝備或移動的運輸工具上，通過機器人身上的微型攝像系統獲取情報，再通過發射信號將情報傳回總部。比較高級的是讓“機器鳥”飛到敵方上空，大量拍攝和攝錄圖像，然后帶回分析信息。

3.2 特殊機器人的研究趨勢

特殊機器人正朝著形式多樣化的方向發展，大家和特殊機器人的接觸也越來越密切。目前服務機器人可以完成的主要任務是清潔、保安和娛樂。服務機器人的市場仍處于發展期，工業和學術機構組建了由高水平技術人員組成的研究團隊，對機器人進行合作研究。日本在制造機器人的硬件、軟件和輔助設備方面擁有世界一流的技術，也是世界上最大的機器人市場。機器人的主要制造商正在擴大生產，尤其是在擴大自動化生產方面;預計機器人市場將繼續擴大，主要是海外市場的擴大;機器人的潛在市場日益擴大，尤其是可以幫助老年人和主婦做事的機器人。

卡佩克提出的是機器人的安全、感知和自我繁殖問題，科學技術的進步很可能引發人類不希望出現的問題。雖然科幻世界只是一種想象，但人類社會將可能面臨這種現實。

3.3 特殊機器人的發展前景

隨著社會的逐步發展，特殊機器人正以越來越快的步伐進入我們的生活和家庭。服務機器人會越來越受到大眾的歡迎。人形機器人很受歡迎，市場需求巨大。可以幫助人們打掃的清潔機器人也很受歡迎。醫院、醫療機構正在共同開發可以幫助護理人員及其病人的機器人。

4 結論

通過對機器人的發展現狀的研究，我們可以得出如下結論:①隨著社會的發展，科學技術的進步，機器人技術的發展速度越來越快，機器人產業也將逐步進入我們生活的每一個角落。②工業機器人將繼續占據機器人的主要市場。③特殊機器人越來越收到重視，市場份額將逐步增長。

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