標(biāo)題: 對(duì)下一代工業(yè)機(jī)器人的思考 [打印本頁(yè)] 作者: jonney 時(shí)間: 2015-7-23 13:21 標(biāo)題: 對(duì)下一代工業(yè)機(jī)器人的思考 當(dāng)前全球制造業(yè)正處于全新的變革時(shí)期,，未來(lái)制造方式會(huì)徹底改變,，個(gè)性化產(chǎn)品將以高效率,、一定批量化的柔性制造方式生產(chǎn),，機(jī)器人必將在新的制造模式下發(fā)揮不可替代的作用。 * v! y' A6 G6 X4 D# }6 {8 I; c- d + D$ w# E3 u! E; j ~! Y* F* r目前傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人所能完成的工作范圍有限,，無(wú)法適應(yīng)未來(lái)的制造方式,，新一代機(jī)器人更智能,、更靈活,、更易合作、更具有適應(yīng)能力等特性將為未來(lái)工廠帶來(lái)巨大變化,，甚至改變?nèi)蚋?jìng)爭(zhēng)格局,。 3 J$ v6 J& b# i) t5 P v3 a2 ]( H2 z 4 y1 [4 m$ K! b! }6 n1、背景與產(chǎn)業(yè)需求 f0 B; I" M0 ^6 W
$ c: [4 D9 G3 m1 y; J 加速機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展體現(xiàn)了國(guó)家意志和戰(zhàn)略 % `- U3 A+ I) U; E# F! L0 K' [ 3 ], a) w. X. v, Q0 t隨著我國(guó)勞動(dòng)力成本快速上漲,，人口紅利優(yōu)勢(shì)喪失,，這種陳舊的制造模式受到了巨大沖擊，采用機(jī)器人代替勞動(dòng)力已成為中國(guó)新的比較優(yōu)勢(shì),。機(jī)器人已從“備選”成為“必選”,，倒逼中國(guó)加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),、提升制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要路徑,。 7 i* i1 V. n/ b7 s- q 0 d2 q4 } {8 L$ R1 x 傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)的局限性制約了機(jī)器人應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的深層發(fā)展 - J* q7 k- ?( S) n - t$ Z2 G- g& J& O傳統(tǒng)機(jī)器人工作于靜態(tài)、結(jié)構(gòu)化,、確定性的無(wú)人環(huán)境中,，以固定時(shí)序完成重復(fù)性作業(yè)，這種機(jī)器人的工作特點(diǎn)在于空間相對(duì)隔離,、與人非接觸,、預(yù)編程或示教再現(xiàn)控制、需要外部安全保障,。! j4 o1 T S' g! Y4 P" `7 f
0 e: M d3 w5 V- O( Z; u全球化的細(xì)分市場(chǎng),、產(chǎn)品用戶定制化生產(chǎn)模式的回歸，使小批量,、多品種,、短周期,、個(gè)性化成為新興制造業(yè)的顯著特點(diǎn)，也是未來(lái)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式,。柔性制造,、個(gè)性化制造等新興制造模式需要與產(chǎn)業(yè)工人合作作業(yè)的“工友型”、可完成類人的技能作業(yè)機(jī)器人,。& _, y, ~8 J. K. W2 l
- s4 z. _" H. b# |5 c u這些新的巨大需求是傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)不具備的,。可見(jiàn),，傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)的局限性制約了機(jī)器人應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的深層發(fā)展,。+ o- T- o5 Z# e# P& i
8 y& V7 U2 n. n下一代智能機(jī)器人為我國(guó)快速趕超國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)?lái)了機(jī)遇/ R, y' q# V1 }+ p
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美國(guó)在2013年公布的機(jī)器人路線圖中提出了“Robotic Partner”，歐盟在2014年公布的“地平線2020計(jì)劃”提出了“Co-Worker”,，他們均為下一代智能機(jī)器人勾畫出發(fā)展前景,。 ; C2 s. }' _5 _% Z6 f * i* A% @1 H) A, V& Y
而美國(guó)Rethink公司研制的Baxter、德國(guó)宇航中心的Justin,、KUKA-DLR研制的LWR-IV機(jī)器人,、ABB公司的YuMi等則展示出下一代智能機(jī)器人的原型。我國(guó)在下一代智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究上取得了一些初步成果,，但這些研究都是分散的,、自發(fā)的，一無(wú)頂層設(shè)計(jì),，二無(wú)強(qiáng)大資金支持,，目前尚無(wú)科技專項(xiàng)計(jì)劃系統(tǒng)性支持。8 ^% j8 M( Y2 v; n
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在這種情況下,，下一代智能機(jī)器人的研究難以快速發(fā)展,。下一代智能機(jī)器人在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家剛剛開(kāi)始研發(fā)，我國(guó)與國(guó)外的差距并不大,。這無(wú)疑給我們帶來(lái)了千載難逢的機(jī)遇,。如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，從頂層開(kāi)始規(guī)劃,，那么我國(guó)在下一代智能機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)方面有望快速趕超國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家,。6 Q6 p0 W) Y1 P; u9 h
$ I- Z) e( b9 ^2、下一代工業(yè)機(jī)器人概念和內(nèi)涵1 q; Q6 l6 k( u2 B
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下一代工業(yè)機(jī)器人是一種可融入人類生產(chǎn),、生活環(huán)境、與人優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),、合作互助,，進(jìn)而成為具備可變作業(yè)能力的人類助手型機(jī)器人�,！芭c人共融”是下一代工業(yè)機(jī)器人最本質(zhì)的特征,。所謂與人共融,，是人與機(jī)器人關(guān)系的一種抽象凝練，包括三個(gè)方面的內(nèi)涵：% M9 x0 l; _( u: Z4 E$ S/ K6 G
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任務(wù)融合——人與機(jī)器人相互配合共同完成一個(gè)指定任務(wù),；6 s- E1 Q- H0 v1 `
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行為融合——人與機(jī)器人在行為上一致,、協(xié)調(diào)、互助,； N1 Q, X. e0 F3 z/ k 0 y: ~6 u1 m2 N5 ]6 c* V9 E! c
智能融合——人的智能與機(jī)器人的自主行為能力相融合,，提升機(jī)器人智能水平。 $ @( {% q1 U( i! | 2 O" h& X8 F1 r% U$ Z3,、行業(yè)面臨多重挑戰(zhàn)! q2 H& u. ?7 y% s
4 Z% ?4 {! `2 F( q4 X2 H. t下一代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展瓶頸主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)層面,。 H) L; S* e. \/ F* K( q 0 E1 h1 |" @/ m3 p技術(shù)層面% U- w. I; O4 e, f- y" a7 `9 ]7 g
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盡管機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近60年，但其一直未能脫離基于預(yù)編程/遙操作的自動(dòng)化機(jī)器范疇�,，F(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)要滿足新興制造業(yè)面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn),。( K; x- Y7 q5 z7 |$ @) a
: t% K# l; B L( B" Y第一，感知與決策�,，F(xiàn)有機(jī)器人適用于靜態(tài),、結(jié)構(gòu)化、確定性的無(wú)人環(huán)境中完成固定時(shí)序,、重復(fù)性作業(yè),。新一代工業(yè)機(jī)器人需要在自然（非人工）、不可預(yù)知,、復(fù)雜的有人環(huán)境中完成動(dòng)態(tài)可變的作業(yè),，對(duì)機(jī)器人的傳感、認(rèn)知及規(guī)劃決策能力提出挑戰(zhàn),。 0 Y, D/ g( J4 F- q. ? P0 e2 _. c % N: H, {% n- Q7 S+ ~
第二,，靈巧作業(yè)。現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人主要針對(duì)剛性單一對(duì)象,，完成簡(jiǎn)單的抓取移動(dòng)等操作,。新一代工業(yè)機(jī)器人作業(yè)/服務(wù)對(duì)象拓展到復(fù)雜組合體、軟性物體甚至生物活體,，操作復(fù)雜度更高,，技巧性更強(qiáng)，動(dòng)態(tài)及不確定性更明顯,，對(duì)機(jī)器人的材料,、驅(qū)動(dòng)、控制及學(xué)習(xí)能力提出挑戰(zhàn),。2 [. ~/ x4 z3 h5 J% k
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第三,，人機(jī)共融。現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人在物理空間上基本與人隔離,，由專業(yè)技術(shù)人員操作,。新一代工業(yè)機(jī)器人將深度融入人類生產(chǎn)及生活,。人類與機(jī)器共享空間、物理接觸,。安全及良好的交互體驗(yàn)至關(guān)重要,，對(duì)機(jī)器人與人的雙向信息交流、協(xié)同感知,、智能融合及行為合作能力提出挑戰(zhàn),。0 F# W& W5 A0 \) U. g+ \
8 D n' P8 K4 ? 產(chǎn)業(yè)層面0 [% X) L, v+ }: w: B K# K- a9 g/ X
4 k9 _; ?6 U) p3 Q8 N我國(guó)制造業(yè)每萬(wàn)名產(chǎn)業(yè)工人所擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，不足國(guó)際平均水平的一半,，距制造業(yè)強(qiáng)國(guó)尚有近10倍的增長(zhǎng)空間,。 1 v: j9 Y& R$ H t5 I2 S2 U; k5 z ; N( _4 I) G5 u9 D
汽車行業(yè)將不再是工業(yè)機(jī)器人的最大需求行業(yè)，而電子制造行業(yè),、食品藥品行業(yè)等多個(gè)行業(yè)將很快成為工業(yè)機(jī)器人需求的領(lǐng)跑者,。3 f+ S# L# ^6 k% z0 X
2 b$ k) P7 N- U7 h1 a( n# D以電子、生活消費(fèi)類產(chǎn)品為代表的,、在制造產(chǎn)業(yè)鏈條中的低技術(shù)含量,、低產(chǎn)品附加值的制造產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)眾多，但傳統(tǒng)機(jī)器人在該領(lǐng)域所能替代人的比例不足20%,。 0 ~. K6 O O' K# L7 |/ N" m - w% ` S! j* ~; z下一代工業(yè)機(jī)器人在產(chǎn)業(yè)上的需求巨大,，但面臨著成本高昂等巨大挑戰(zhàn)。一方面,，關(guān)鍵核心零部件和大量機(jī)器人專用傳感器依賴進(jìn)口,，下一代工業(yè)機(jī)器人與目前工業(yè)機(jī)器人同樣面臨成本居高不下的困境。 9 M' h/ n$ Q6 _3 a& x& ` / e, J2 y2 F' X- A另一方面,，大量勞動(dòng)密集型制造企業(yè)更加關(guān)注投資回報(bào)周期,，而下一代工業(yè)機(jī)器人多以雙臂為主、成本更高,，這也制約了下一代工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)批量應(yīng)用,。 8 q% K' A* |/ d* o6 _7 J; n 2 P: S! a9 H4 w- D2 M7 a0 z 4、四項(xiàng)建議1 @$ F0 k" m0 W8 D/ G5 v
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第一,，以國(guó)家科技計(jì)劃為依托,，開(kāi)展系統(tǒng)謀劃，做好頂層設(shè)計(jì),。# u/ n9 e& q/ N8 z
- B+ v% W I) G1 M我國(guó)應(yīng)牢牢把握需求牽引,，以功能演示與示范應(yīng)用為抓手，針對(duì)未來(lái)制造業(yè)新的需求,，研究機(jī)器人本質(zhì)安全,、情境認(rèn)知、任務(wù)合作,、行為輔助,、智能融合等共性核心技術(shù)和新興交叉技術(shù)帶給機(jī)器人的變革性技術(shù)，開(kāi)展下一代機(jī)器人的核心技術(shù)儲(chǔ)備,，引領(lǐng)市場(chǎng)需求需要,，探索以人工智能為基礎(chǔ)的新的基礎(chǔ)研究。( [8 J5 v2 p4 {& y) S
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關(guān)鍵技術(shù)的突破要跳出固有思維,，更加注重基礎(chǔ)研究和學(xué)科交叉,，建立新的觀念。" q! V1 G7 a) z8 S0 P+ B9 z3 P" K
& E: h: H3 M$ d3 l+ b( }第二,，整合協(xié)同創(chuàng)新資源,，完善創(chuàng)新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人可持續(xù)發(fā)展,。 3 ~1 _) H3 s" `2 b/ E , g% E+ C- J* T6 Z X
通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟,，我國(guó)可進(jìn)一步整合創(chuàng)新資源，盡快制定各類科技資源的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,，建立促進(jìn)科技資源共享的政策法規(guī)體系,，探索產(chǎn)、學(xué),、研,、用各方利益共享與分配機(jī)制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用的深度融合,。- _- [8 P f; z2 E1 r8 }" ? Y( C
這是咋回事兒？,？