對下一代工業(yè)機(jī)器人的思考

jonney · 發(fā)表于 2015-7-23 13:21:23

當(dāng)前全球制造業(yè)正處于全新的變革時期,，未來制造方式會徹底改變，個性化產(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。

目前傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人所能完成的工作范圍有限,，無法適應(yīng)未來的制造方式,，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工廠帶來巨大變化，甚至改變?nèi)蚋偁幐窬帧?br />
1,、背景與產(chǎn)業(yè)需求

加速機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展體現(xiàn)了國家意志和戰(zhàn)略

隨著我國勞動力成本快速上漲,，人口紅利優(yōu)勢喪失，這種陳舊的制造模式受到了巨大沖擊，采用機(jī)器人代替勞動力已成為中國新的比較優(yōu)勢,。機(jī)器人已從“備選”成為“必選”,，倒逼中國加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級,、提升制造業(yè)競爭力的重要路徑,。

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

傳統(tǒng)機(jī)器人工作于靜態(tài)、結(jié)構(gòu)化,、確定性的無人環(huán)境中,，以固定時序完成重復(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,。

全球化的細(xì)分市場,、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、個性化成為新興制造業(yè)的顯著特點(diǎn),，也是未來制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式,。柔性制造、個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,。

這些新的巨大需求是傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)不具備的�,？梢�,，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。

下一代智能機(jī)器人為我國快速趕超國外發(fā)達(dá)國家?guī)砹藱C(jī)遇

美國在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。

而美國Rethink公司研制的Baxter,、德國宇航中心的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,，一無頂層設(shè)計(jì),，二無強(qiáng)大資金支持,，目前尚無科技專項(xiàng)計(jì)劃系統(tǒng)性支持。

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)器人在國外發(fā)達(dá)國家剛剛開始研發(fā)，我國與國外的差距并不大,。這無疑給我們帶來了千載難逢的機(jī)遇,。如果我們能夠抓住這個機(jī)遇，從頂層開始規(guī)劃,，那么我國在下一代智能機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)方面有望快速趕超國外發(fā)達(dá)國家,。

2、下一代工業(yè)機(jī)器人概念和內(nèi)涵

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,。“與人共融”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，包括三個方面的內(nèi)涵：

任務(wù)融合——人與機(jī)器人相互配合共同完成一個指定任務(wù),；

行為融合——人與機(jī)器人在行為上一致、協(xié)調(diào),、互助,；

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,。

3,、行業(yè)面臨多重挑戰(zhàn)

下一代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展瓶頸主要表現(xiàn)為以下兩個層面。

技術(shù)層面

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)。

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,、確定性的無人環(huán)境中完成固定時序,、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)境中完成動態(tài)可變的作業(yè),，對機(jī)器人的傳感、認(rèn)知及規(guī)劃決策能力提出挑戰(zhàn),。

第二,，靈巧作業(yè)。現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人主要針對剛性單一對象,，完成簡單的抓取移動等操作,。新一代工業(yè)機(jī)器人作業(yè)/服務(wù)對象拓展到復(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)，動態(tài)及不確定性更明顯,，對機(jī)器人的材料,、驅(qū)動、控制及學(xué)習(xí)能力提出挑戰(zhàn),。

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)。

產(chǎn)業(yè)層面

我國制造業(yè)每萬名產(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)國家,，不足國際平均水平的一半,，距制造業(yè)強(qiáng)國尚有近10倍的增長空間。

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)等多個行業(yè)將很快成為工業(yè)機(jī)器人需求的領(lǐng)跑者。

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%,。

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。

另一方面,，大量勞動密集型制造企業(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,。

4、四項(xiàng)建議

第一,，以國家科技計(jì)劃為依托,，開展系統(tǒng)謀劃，做好頂層設(shè)計(jì),。

我國應(yīng)牢牢把握需求牽引,，以功能演示與示范應(yīng)用為抓手，針對未來制造業(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)，開展下一代機(jī)器人的核心技術(shù)儲備,，引領(lǐng)市場需求需要,，探索以人工智能為基礎(chǔ)的新的基礎(chǔ)研究。

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。

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,。

通過協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，我國可進(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,。

同時,，我國要進(jìn)一步完善創(chuàng)新型企業(yè)的評價(jià)體系和政策激勵體系，鼓勵創(chuàng)新型企業(yè)加強(qiáng)體制與機(jī)制創(chuàng)新,，堅(jiān)持自主創(chuàng)新,，掌握核心技術(shù)，強(qiáng)化知識產(chǎn)權(quán)保護(hù),，開展專利布局研究,，實(shí)施品牌戰(zhàn)略，鼓勵高校,、科研院所以多種形式參與創(chuàng)新型企業(yè)的建設(shè),。

第三，以商業(yè)模式為中心,，創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā),，帶動服務(wù)性產(chǎn)業(yè)。

實(shí)行創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,，本身就是一個系統(tǒng)工程,，其中商業(yè)模式的創(chuàng)新應(yīng)該值得特別關(guān)注。

每一個新市場,，往往有一個新的商業(yè)模式,。一種新的商業(yè)模式產(chǎn)生以后，又會帶來很多新的關(guān)鍵技術(shù),。新的服務(wù)模式和商業(yè)模式帶動了新產(chǎn)品的研發(fā),，也帶動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國應(yīng)在創(chuàng)新銷售,、服務(wù)模式上下功夫,，提高政府的靈活性。

第四,，以國際合作為手段,，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，促進(jìn)能力的提升,。

自主創(chuàng)新要在全球資源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)開放式創(chuàng)新,，可通過采購、并購獲取關(guān)鍵技術(shù),，也可在基礎(chǔ)研究上開展廣泛的國際合作,，特別是在人工智能等方面。

我們應(yīng)鼓勵外企把研發(fā)中心建到中國,，不懼競爭,。機(jī)器人的市場很大，我們不能固步自封,。我們應(yīng)當(dāng)抱著更開放的市場心態(tài),，在全球化競爭中凸顯優(yōu)勢,，提升能力。
作者：趙杰哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授,、863計(jì)劃智能機(jī)器人主題專家組組長

開心的狼 · 發(fā)表于 2015-7-23 13:31:21

工業(yè)4.0和互聯(lián)網(wǎng)+

Industrial · 發(fā)表于 2015-7-23 20:56:32

工業(yè)機(jī)器人嵌入化,，底基可移動，自身有確定網(wǎng)絡(luò)ID,，外部多監(jiān)控相機(jī)采集,，由強(qiáng)大的云網(wǎng)絡(luò)做模式識別和運(yùn)動路徑規(guī)劃計(jì)算，可達(dá)到機(jī)器人與周邊環(huán)境互動,。