發(fā)展機(jī)器人的意義和目的

智能機(jī)器人發(fā)展永遠(yuǎn)在路上。我國(guó)東漢時(shí)期就出現(xiàn)了駕駛車馬車，可以說(shuō)是世界上最早出現(xiàn)的無(wú)人駕駛車，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入第二個(gè)階段開始為工業(yè)服務(wù)，20世紀(jì)機(jī)器人進(jìn)入第三階段即智能機(jī)器人時(shí)代。

人類在最早進(jìn)入現(xiàn)代工業(yè)時(shí)代時(shí)，便將機(jī)器人應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。由于勞動(dòng)力極度短缺，二戰(zhàn)后日本、美國(guó)和德國(guó)大范圍應(yīng)用機(jī)器人替代人工，因此，二戰(zhàn)后的60年代這些國(guó)家就發(fā)展了工業(yè)機(jī)器人。

隨著機(jī)器人的誕生，其越來(lái)越多的應(yīng)用到汽車制造過(guò)程中，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，正朝著工業(yè)4.0的目標(biāo)大步前進(jìn)。目前的機(jī)器人還只是自動(dòng)化的裝置，并不是真的智能機(jī)器人，未來(lái)需要的是真正智能的機(jī)器人。

機(jī)器人是制造強(qiáng)國(guó)的重要工具，機(jī)器人能夠高效的完成焊接、加工、測(cè)量、檢測(cè)等，尤其是我國(guó)，國(guó)家重大裝備制造、例如航空及航天制造等方面離不開智能機(jī)器人，其在室內(nèi)的使用也具有廣泛前景。除此之外，機(jī)器人對(duì)國(guó)家民生工程方面也起到了至關(guān)重要的作用，機(jī)器人能輔助和替代人類完成危險(xiǎn)的工作環(huán)節(jié)，能從事復(fù)雜、重復(fù)性高且耗時(shí)的任務(wù)，在大型工程建造、大型橋梁建造、應(yīng)用維護(hù)、海洋開發(fā)、太空探索及智能制造中都發(fā)揮了極大的作用。機(jī)器人是國(guó)家重大工程建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，是“新基建”建設(shè)中的重要時(shí)代脈絡(luò)。

發(fā)展機(jī)器人最重要的在制造業(yè)，機(jī)器人能夠解決制造業(yè)中的許多人工難點(diǎn)和痛點(diǎn)問(wèn)題，例如人口老齡化、招工困難及制造難，產(chǎn)品迭代更新、小批量、多品種制造等方面的問(wèn)題，同時(shí)也可以有效解決勞動(dòng)力短缺、人口老齡化等問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)今世界各國(guó)都在大力發(fā)展機(jī)器人技術(shù)，如美國(guó)的機(jī)器人計(jì)劃2.0，德國(guó)、歐盟的工業(yè)4.0計(jì)劃、中國(guó)制造2025以及日本的機(jī)器人戰(zhàn)略，以推動(dòng)機(jī)器人向著高端制造、智能制造進(jìn)軍，搶占制高點(diǎn)。

從美國(guó)戰(zhàn)略2.0可以分析，美國(guó)戰(zhàn)略2.0強(qiáng)調(diào)多機(jī)器人之間相互交流和協(xié)作，打造機(jī)器人感知。德國(guó)工業(yè)4.0更多強(qiáng)調(diào)智能工廠，打造智能強(qiáng)國(guó)，在智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠當(dāng)中發(fā)揮機(jī)器人作用，通過(guò)信息物理系統(tǒng)將機(jī)器人融合到生產(chǎn)線中。歐盟期望打造機(jī)器人的協(xié)同，強(qiáng)調(diào)機(jī)器人之間的協(xié)作和面向醫(yī)療、人類生命健康的機(jī)器人及手術(shù)機(jī)器人。

中國(guó)機(jī)器人近十年來(lái)的發(fā)展可以分為兩個(gè)階段，前五年基本上在產(chǎn)業(yè)發(fā)展期，目前已經(jīng)進(jìn)入高端期。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，要把我國(guó)機(jī)器人水平提高上去。因此，我國(guó)需要將國(guó)家機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提高上去，占領(lǐng)更多的市場(chǎng)，發(fā)展機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)的重大戰(zhàn)略需求。“中國(guó)制造2025年”和《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃綱要》等的發(fā)布就是要推進(jìn)智能機(jī)器人發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家重大戰(zhàn)略、國(guó)家重大工程服務(wù)，圍繞機(jī)器人發(fā)展，各地政府和地方出臺(tái)了很多政策，其中就包括深圳市，深圳市在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)力非常明顯。

智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)器人（Robot）是一種可以自動(dòng)執(zhí)行操作或者移動(dòng)作業(yè)的機(jī)械裝置，它具有感知、規(guī)劃、決策、控制等功能，能夠完成人類難以完成的任務(wù)和重復(fù)、枯燥、危險(xiǎn)或在惡劣環(huán)境下的工作。

從用途上機(jī)器人可以分為，工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、巡檢機(jī)器人等；從空間上可以分為有陸、海、空等機(jī)器人。其中，工業(yè)機(jī)器人是主力，其次是水下機(jī)器人、空間機(jī)器人等。

不管機(jī)器人有多復(fù)雜，不管是何種類型的機(jī)器人，它都是一個(gè)自動(dòng)化的系統(tǒng)，具備感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)主要就是四部分：本體機(jī)構(gòu)、感知、決策和執(zhí)行技術(shù)。用自動(dòng)化的語(yǔ)言來(lái)描述即機(jī)器人是一個(gè)感知、決策和執(zhí)行的反饋控制系統(tǒng)。

機(jī)器人也涵蓋了許多的交叉學(xué)科，如機(jī)械工程、人工智能、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子、材料以及多學(xué)科交叉融合。機(jī)器人在今天無(wú)處不在，被廣泛應(yīng)用到制造業(yè)、物流業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、人類生活服務(wù)、海洋、航空、航天等領(lǐng)域，其在汽車制造和電子制造中也發(fā)揮了極大的作用。

機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展方向

在裝備制造業(yè)，大型復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)建，例如航空航天器的制造等方面，也需要多機(jī)器人的協(xié)同裝配。除此之外，探月機(jī)器人等空間機(jī)器人近兩年也發(fā)展迅速，因?yàn)楦鲊?guó)都在競(jìng)爭(zhēng)太空資源，還有用于海洋的輔助、打撈、水下探測(cè)等的海洋機(jī)器人，應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的科技考察的科研機(jī)器人，例如珠穆朗瑪峰的攀登等在未來(lái)可使用機(jī)器人進(jìn)行。

2020年新冠疫情爆發(fā)后，醫(yī)療機(jī)器人也將成為未來(lái)機(jī)器人發(fā)展的主攻方向，如開發(fā)出測(cè)溫-診斷智能機(jī)器人、智能消毒機(jī)器人、醫(yī)藥物資搬運(yùn)智能機(jī)器人等疫情應(yīng)急防控機(jī)器人、助力機(jī)器人和防疫機(jī)器人等。腦機(jī)接口機(jī)器人是十大機(jī)器人熱點(diǎn)問(wèn)題之一，軍用機(jī)器人、特種作業(yè)機(jī)器人也是未來(lái)的重大發(fā)展方向。

在科學(xué)雜志發(fā)布的機(jī)器人十大挑戰(zhàn)和方向中，智能機(jī)器人是其中最重要的一個(gè)方向，包括腦機(jī)接口、社會(huì)交互、醫(yī)療、多機(jī)器群等都是智能機(jī)器人的發(fā)展方向。智能機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)、交互兩個(gè)特征，體現(xiàn)出了智能化自主感知功能。機(jī)器人必須具備五大要素：感知、規(guī)劃、決策、運(yùn)動(dòng)、自學(xué)習(xí)，其中智能感知、智能協(xié)作規(guī)劃和智能精準(zhǔn)控制是機(jī)器人的三大核心技術(shù)。

在機(jī)器人智能感知方面。設(shè)計(jì)完整的機(jī)器人視覺(jué)感知系統(tǒng)，打造微傳感、高智能化的感控一體的芯片是十分重要的發(fā)展方向，其中也有諸多的工作要做。其將在機(jī)器人的三維識(shí)別、SLAM技術(shù)，機(jī)器人測(cè)量等方面的應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

在機(jī)器人控制技術(shù)方面。機(jī)器人的柔順控制、機(jī)器人智能控制和多機(jī)器人協(xié)同控制都是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。其應(yīng)用中都體現(xiàn)出了基于深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)的機(jī)器人控制技術(shù)。任務(wù)分配、復(fù)雜任務(wù)精準(zhǔn)配置、網(wǎng)絡(luò)控制和控制彈性，在抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的情況下保證系統(tǒng)有條不紊的工作都是機(jī)器人控制技術(shù)需要研究的內(nèi)容。

機(jī)器人除了智能感知和智能控制，還需要穩(wěn)定有效的關(guān)節(jié)，機(jī)器人關(guān)節(jié)是其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件。機(jī)器人要完成復(fù)雜的任務(wù)作業(yè)還需要有靈巧的手，無(wú)論是醫(yī)療、工業(yè)、航天，還是海洋機(jī)器人都要用手來(lái)完成復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，因此靈巧的手是機(jī)器人的第四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

基于四大技術(shù)可以把機(jī)器人集成創(chuàng)新，形成機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用，可以打造工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種作業(yè)機(jī)器人，將其應(yīng)用到不同領(lǐng)域。設(shè)計(jì)機(jī)器人的協(xié)同、調(diào)度、柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，在制藥、飲料等行業(yè)應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)，在汽車制造、電子裝配的某些工序等方面使用機(jī)器人替代人工等方面都是未來(lái)的發(fā)展方向。

目前的機(jī)器人還處于工業(yè)1.0、2.0的階段，未來(lái)機(jī)器人應(yīng)該是機(jī)器人3.0，除了具備目前的功能外還要具備情感交互、人機(jī)協(xié)作、自學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、語(yǔ)義分析和自然語(yǔ)言理解等方面的功能，這樣才可以真正成為智能服務(wù)機(jī)器人，未來(lái)還期望機(jī)器人發(fā)展成自主服務(wù)機(jī)器人，進(jìn)階到4.0階段。這其中有大量的工作需要完成，需要將AI技術(shù)，感知能力、記憶能力、學(xué)習(xí)能力、決策能力有機(jī)加入到機(jī)器人，讓機(jī)器人具備一個(gè)智能化、自主網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，形成機(jī)器人大盤。發(fā)展機(jī)器人，人工智能是其中的關(guān)鍵，人工智能三大核心技術(shù)，感知技術(shù)、認(rèn)知技術(shù)、行為控制技術(shù)是決定智能機(jī)器人的未來(lái)。

未來(lái)機(jī)器人的應(yīng)用將面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化制造，基于柔性的自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行小批量、多品種和個(gè)性化的制造。其需要具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特征，具備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的智能制造，形成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造到服務(wù)的全流程智能制造。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造可以滿足個(gè)性化的生產(chǎn)與服務(wù)模式，以及復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境與任務(wù)，是未來(lái)工業(yè)向智能化生產(chǎn)發(fā)展的趨勢(shì)。機(jī)器人將在其中扮演重要作用。

在5G到來(lái)的時(shí)代背景下，在通訊速率提高，寬帶、時(shí)延減少的云空間下，借用5G技術(shù)打造新一代智能網(wǎng)聯(lián)電動(dòng)車、智能無(wú)人飛行器、智能網(wǎng)聯(lián)電動(dòng)車也是未來(lái)城市美好的生活向往，即打造智能網(wǎng)聯(lián)、無(wú)人駕駛、無(wú)人碼頭、機(jī)場(chǎng)。

人機(jī)交互也是非常重要的發(fā)展方向，人機(jī)協(xié)作模式將人的優(yōu)勢(shì)（智慧性、靈巧性）與機(jī)器人優(yōu)勢(shì)（高速率、高精度）深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)柔性作業(yè)，解決機(jī)器人部署成本高、柔性不足的問(wèn)題。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)或者精準(zhǔn)醫(yī)療方面都有極其重要的應(yīng)用場(chǎng)景，它是將人工智能與機(jī)器人有機(jī)結(jié)合的強(qiáng)力紐帶，其中包括語(yǔ)言識(shí)別、物體識(shí)別、語(yǔ)意理解、情感分析、意圖理解以及決策層具備多模態(tài)交互、步態(tài)識(shí)別和交互等。

未來(lái)機(jī)器人發(fā)展一定是網(wǎng)絡(luò)化、自主化、協(xié)作化、靈巧化的，同時(shí)機(jī)器人發(fā)展需要一個(gè)規(guī)劃好的可執(zhí)行性的戰(zhàn)略，還要有創(chuàng)新的環(huán)境和下一代機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，最關(guān)鍵的是要著力培養(yǎng)一批高水平科研帶頭人和產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍人才。