我國(guó)如何擁抱觸手可及的機(jī)器人時(shí)代

機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。近日，聚焦“機(jī)器人與智能制造”話題，近百位領(lǐng)域內(nèi)專家、學(xué)者在省自然基金委主辦的第三期燕趙科學(xué)論壇上，分享了機(jī)器人技術(shù)研究的最新進(jìn)展。

作為世界第一大工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場(chǎng)，以及第一大服務(wù)機(jī)器人潛在市場(chǎng)，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新呈現(xiàn)哪些趨勢(shì)、特點(diǎn)？下一代機(jī)器人技術(shù)發(fā)展風(fēng)口在何方？燕趙科學(xué)論壇上，專家學(xué)者們展示的新成果、發(fā)表的新觀點(diǎn)，從不同側(cè)面勾畫出中國(guó)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的未來(lái)。

1、機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富

與人們所理解的模糊的“機(jī)器人”概念不同，行業(yè)內(nèi)一般將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人三類。其中，工業(yè)機(jī)器人主要從事焊接、搬運(yùn)、碼垛、包裝等，服務(wù)機(jī)器人則在教育、醫(yī)療、物流等領(lǐng)域提供服務(wù)，特種機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)是能在應(yīng)急救援等高危環(huán)境下工作。

論壇期間，由河北工業(yè)大學(xué)張明路教授帶領(lǐng)的“極限環(huán)境服役機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)團(tuán)隊(duì)”，向參會(huì)的同行業(yè)專家、學(xué)者展示了其最新研究成果——

一個(gè)機(jī)器人牢牢吸附在石化儲(chǔ)罐的弧形曲面外壁上，前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，動(dòng)作十分靈活。隨后，機(jī)器人高舉機(jī)械臂，噴射出高壓水流，把儲(chǔ)罐上一塊銹蝕的壁面清理得干干凈凈。

隨著我國(guó)大型船舶不斷增多、石化儲(chǔ)罐的大量建設(shè)，船舶、儲(chǔ)罐的除銹、噴漆、檢測(cè)等維護(hù)施工作業(yè)，對(duì)人身安全、低成本高效率的要求日趨嚴(yán)苛。以往，國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域內(nèi)的立面維護(hù)作業(yè)均是采用人工搭建腳手架的方式進(jìn)行，不僅效率低、成本高，且對(duì)人體健康損害極大。

“經(jīng)過(guò)近兩年的技術(shù)攻關(guān)，我們針對(duì)遠(yuǎn)洋船舶、化工儲(chǔ)罐、風(fēng)電塔筒等大型曲面外壁的防腐檢測(cè)作業(yè)需求，通過(guò)搭載不同類型機(jī)械臂或作業(yè)模塊，已成功研發(fā)出系列除銹機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及相關(guān)配套裝備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類工作表面的自動(dòng)化除銹、檢測(cè)、噴漆等作業(yè)，不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)防腐作業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)器人的空白，技術(shù)也已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?！睆埫髀氛f(shuō)。

比如除銹機(jī)器人，使用大功率高壓水噴頭，可大面積快速清除儲(chǔ)罐銹蝕的表面，每小時(shí)清除30至35平方米，是人工工作效率的8倍到10倍；相比人工作業(yè)每小時(shí)噴涂面積僅400平方米，噴漆機(jī)器人每小時(shí)噴涂面積可達(dá)1000平方米，且定位精準(zhǔn)、漆膜厚度均勻、噴涂質(zhì)量高；而檢測(cè)機(jī)器人就像“質(zhì)檢員”，可攜帶漆膜厚度與鋼板厚度檢測(cè)儀器，檢測(cè)儲(chǔ)罐鋼板厚度，保障施工質(zhì)量。

此外，防腐作業(yè)機(jī)器人還具有磁力調(diào)節(jié)、變曲率壁面自適應(yīng)、安全防爆和先進(jìn)控制等核心技術(shù)。有了這些特種機(jī)器人，工作人員只需在電腦屏幕前遠(yuǎn)程操作即可掌控現(xiàn)場(chǎng)情況，安全、環(huán)保又高效。

近年來(lái)，我國(guó)特種機(jī)器人發(fā)展快速，前不久，中國(guó)電子學(xué)會(huì)就發(fā)布《2018中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》稱，當(dāng)前特種機(jī)器人已經(jīng)能夠完成定位、導(dǎo)航、避障、跟蹤、場(chǎng)景感知識(shí)別、行為預(yù)測(cè)等任務(wù)。

但讓老百姓感受更深的，則是身邊各類服務(wù)機(jī)器人的“忙碌身影”。掃地機(jī)器人、早教機(jī)器人、跳舞機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人……雖然“長(zhǎng)相”各異，但借助語(yǔ)音理解、視覺識(shí)別等人工智能技術(shù)的嵌入，它們正變得越來(lái)越“聰明”，應(yīng)用場(chǎng)景也越來(lái)越多元，已經(jīng)成為現(xiàn)代人居家生活的“好玩伴”“好幫手”。

工業(yè)機(jī)器人仍是市場(chǎng)的“主角”。據(jù)《2018中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》提供的數(shù)據(jù)顯示，2018年全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)298.2億美元，其中，工業(yè)機(jī)器人占比將近六成。專家表示，汽車制造、金屬制品加工和電子是工業(yè)機(jī)器人傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，近年來(lái)隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和工藝日趨成熟，其應(yīng)用正逐漸向家具家電、五金衛(wèi)浴、食品飲料等領(lǐng)域延伸。

2、機(jī)器人“智商”不斷提高

“機(jī)器人技術(shù)涉及工程材料、機(jī)械控制、傳感器、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、生命科學(xué)等各個(gè)方面。當(dāng)前，機(jī)器人基礎(chǔ)與前沿技術(shù)正在迅猛發(fā)展，相關(guān)學(xué)科在相互交流中加速融合?！惫枮I工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所所長(zhǎng)趙杰說(shuō)。

領(lǐng)域內(nèi)眾多專家認(rèn)為，未來(lái)關(guān)于機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新趨勢(shì)，將主要圍繞人機(jī)協(xié)作、人工智能和仿生結(jié)構(gòu)三個(gè)方面展開。

新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司是國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的著名公司，前不久，它推出的7自由度協(xié)作機(jī)器人受到關(guān)注。它具備更小、更輕、更靈活的構(gòu)造，同時(shí)兼有牽引示教、視覺引導(dǎo)、碰撞檢測(cè)等功能，讓機(jī)器人在布局緊湊、精度要求高的生產(chǎn)線中工作成為可能。

在趙杰看來(lái)，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸由搬運(yùn)、焊接、裝配等操作型任務(wù)向加工型任務(wù)拓展，因此，人機(jī)協(xié)作正在成為工業(yè)機(jī)器人研發(fā)的重要方向之一。他認(rèn)為，人機(jī)協(xié)作可以將人的認(rèn)知能力與機(jī)器人的效率結(jié)合在一起，從而使人能夠更安全、簡(jiǎn)便地使用機(jī)器人。

眼下，人類已不再滿足于機(jī)器人“呆頭呆腦”地“服從命令聽指揮”，其提供的服務(wù)能否讓人“舒服”“滿意”，正在成為新的考量標(biāo)準(zhǔn)。

本屆論壇上，北京理工大學(xué)智能機(jī)器人研究所副所長(zhǎng)段星光詳細(xì)介紹了該校醫(yī)療機(jī)器人的最新研究進(jìn)展。

“手術(shù)機(jī)器人可分為基于路徑規(guī)劃的主動(dòng)型手術(shù)機(jī)器人、基于主從模式的被動(dòng)型手術(shù)機(jī)器人，以及基于人機(jī)協(xié)同的半主動(dòng)型手術(shù)機(jī)器人三個(gè)方向。”段星光說(shuō)，“提高機(jī)器人精度將是手術(shù)機(jī)器人發(fā)展的重中之重?！?/p>

河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授郭士杰長(zhǎng)期從事高科技養(yǎng)老助殘、無(wú)束縛健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面研究，在柔性皮膚觸覺傳感器、護(hù)理機(jī)器人、預(yù)防摔倒的柔性助力裝置、無(wú)束縛睡眠呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等方面，已有多項(xiàng)研究在實(shí)驗(yàn)室做出成品。

“我們做出了應(yīng)用柔性皮膚觸覺傳感器的RIBA系列護(hù)理機(jī)器人，它可以把人從椅子上抱到沙發(fā)、馬桶上，而且跟人接觸時(shí)，柔軟的皮膚讓人感覺很舒服。預(yù)防摔倒的柔性助力裝置是一種外骨骼機(jī)器人，外形像個(gè)褲子，老人穿上它，抬腿走路時(shí)會(huì)獲得助力，還能防止摔倒。智能護(hù)理床，不僅能測(cè)出使用者的心跳、呼吸等健康狀況指標(biāo)，還能夠調(diào)整人的睡姿，避免人打呼嚕、生褥瘡。”郭士杰說(shuō)。

專家認(rèn)為，機(jī)器人發(fā)展必將經(jīng)歷一個(gè)“智能+”的迭代過(guò)程，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)與機(jī)器人的深度融合，機(jī)器人的“智商”會(huì)越來(lái)越高，將真正實(shí)現(xiàn)由“機(jī)器”向“機(jī)器人”的重大轉(zhuǎn)變。

3、發(fā)力核心零部件技術(shù)

偌大的空間里，上百臺(tái)“機(jī)械手臂”來(lái)回?cái)[動(dòng)，錯(cuò)落有致地快速工作著。這樣的場(chǎng)景，在我國(guó)東部沿海的眾多制造業(yè)集聚區(qū)隨處可見。

有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)已進(jìn)入高速增長(zhǎng)期，其中，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)連續(xù)6年成為全球第一大應(yīng)用市場(chǎng)，約占全球市場(chǎng)的1/3。而隨著我國(guó)人口結(jié)構(gòu)調(diào)整以及勞動(dòng)力成本上升，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求還將保持較高增長(zhǎng)，未來(lái)有望占到全球機(jī)器人市場(chǎng)的一半份額。

專家表示，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的上游是核心零部件、中游是機(jī)器人本體、下游是系統(tǒng)集成商，而國(guó)內(nèi)企業(yè)則多數(shù)集中在下游環(huán)節(jié)。

“目前，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人三大核心零部件控制器、伺服電機(jī)、減速機(jī)是制約機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要瓶頸?！壁w杰說(shuō)。

專家介紹，控制器就像機(jī)器人的大腦，可以發(fā)布和傳遞動(dòng)作指令，主要包括硬件和軟件兩部分：硬件就是工業(yè)控制板卡，包括一些主控單元、信號(hào)處理部分等電路，國(guó)產(chǎn)品牌已經(jīng)掌握；軟件則主要是控制算法、二次開發(fā)等，國(guó)產(chǎn)品牌在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、易用性等方面還有差距。

伺服電機(jī)在機(jī)器人中用作執(zhí)行單元，是影響機(jī)器人工作性能的主要因素。伺服電機(jī)主要分為步進(jìn)、交流和直流，機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用最多的是交流伺服，約占65%伺服電機(jī)與控制器關(guān)聯(lián)緊密。這一領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，國(guó)產(chǎn)伺服系統(tǒng)自主配套能力正不斷提升，但仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

對(duì)此，專家建議，對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的支持，不應(yīng)只關(guān)注機(jī)器人整機(jī)產(chǎn)品，還要加大對(duì)機(jī)器人核心零部件以及制造加工設(shè)備的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化支持力度。

“發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)不可貪大求全，一些地方政府或園區(qū)要注重引導(dǎo)，結(jié)合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)特色和市場(chǎng)需求，有針對(duì)性地布局機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)需求的良性互動(dòng)，而不是看什么熱就做什么?！壁w杰說(shuō)。

隨著我國(guó)機(jī)器人研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸趨于理性，在此情況下，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將面臨一個(gè)優(yōu)勝劣汰的過(guò)程，一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、有實(shí)力的科技企業(yè)優(yōu)勢(shì)將更加明顯。通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)化的頂層設(shè)計(jì)，我國(guó)機(jī)器人生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈條將日益完備。