丁希侖空間機器人專家

■ 丁希侖

長江學(xué)者特聘教授

北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師

：您長期從事機器人方面的研究，并取得了豐碩成果，請您簡單介紹一下機器人研制的關(guān)鍵技術(shù)。

丁希侖：一般的機器人由機器人機構(gòu)、驅(qū)動、傳感與控制系統(tǒng)等構(gòu)成。機器人的研制技術(shù)涉及材料、機械、電子、通信、人工智能與控制等多學(xué)科領(lǐng)域。以工業(yè)機器人為例，其研制的關(guān)鍵技術(shù)包括輕量化高速精密機器人傳動系統(tǒng)的設(shè)計與制造、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與制造以及人機交互技術(shù)等。

：目前，國內(nèi)外機器人的研制和應(yīng)用狀況如何？我國機器人研制與國外的主要差距表現(xiàn)在哪些方面？還需要突破哪些關(guān)鍵技術(shù)和難點？

丁希侖：目前，受以中國為代表的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 “機器換人”的巨大市場需求帶動，國際上工業(yè)機器人發(fā)展迅速，但大部分工業(yè)機器人市場都被瑞典ABB、德國庫卡(KUKA)、日本發(fā)那科（FANUC）和日本安川（YASKAWA）等4大巨頭所占據(jù)。

由于我國的工業(yè)機器人研制和發(fā)展起步較晚，在包括無故障運行時間、定位精度等工業(yè)機器人技術(shù)指標(biāo)上與國外有不少差距，造成這些差距的原因主要在于國內(nèi)機器人的關(guān)鍵零部件（如減速機、伺服電機等）制造技術(shù)水平低，好的產(chǎn)品大都要靠國外進(jìn)口，這樣就增加了研制成本，削弱了價格競爭力。

另外，國際上以美國波士頓動力公司研制的大狗機器人、Intuitive Surgical公司研發(fā)的達(dá)芬奇醫(yī)療外科手術(shù)機器人系統(tǒng)、LMT和Ekso合作研發(fā)的軍用機器人外骨骼Mantis等為代表的特種機器人技術(shù)的發(fā)展也很快，已獲得成功應(yīng)用。而我國與之相對應(yīng)的機器人研制技術(shù)水平還有一定的差距，需要在足式機器人動態(tài)行走、多臂機器人協(xié)調(diào)控制與精細(xì)操作、多源信息融合的人機交互等關(guān)鍵技術(shù)問題上取得突破。

丁希侖：空間機器人能夠在太空極端惡劣的環(huán)境下作業(yè)，其研制將大大拓展人類探索、開發(fā)和利用宇宙空間的能力。從面向空間站作業(yè)的冗余度雙臂機器人系統(tǒng)到六足腿輪式星球探測機器人，我們北京航空航天大學(xué)空間機器人實驗室在空間機器人的研究和設(shè)計方面具有很好的技術(shù)積累。其中所取得的雙臂協(xié)調(diào)操作技術(shù)成果將在我國的空間站作業(yè)雙臂機器人系統(tǒng)和空間站服務(wù)機器人宇航員等研制上發(fā)揮重要作用，而腿輪式復(fù)合多模式行走和腿臂融合操作技術(shù)將對我國未來的星球探測機器人研制產(chǎn)生重要影響。

對未來的空間機器人，我們設(shè)想可以擁有多種行走模式和作業(yè)功能，而且機器人能夠以團(tuán)隊協(xié)作的方式在外星球上進(jìn)行探索作業(yè)、基地搭建和資源開發(fā)。

：工業(yè)機器人和空間機器人的研制技術(shù)有哪些共同之處和差異？未來的機器人研究應(yīng)該朝怎樣的方向發(fā)展？

丁希侖：在機器人機構(gòu)傳動與驅(qū)動、感知與控制等關(guān)鍵組成部件的研制技術(shù)上，工業(yè)機器人和空間機器人有著相同或相似之處，但由于空間機器人的作業(yè)環(huán)境（微重力、真空、高低溫等）和任務(wù)與工業(yè)機器人有著很大的不同，所以空間機器人在關(guān)節(jié)設(shè)計（如固體潤滑、熱保護(hù)等）、操作模式（如微重力下對漂浮物體的抓持）、通訊與控制（如大通信時延的遙操作、未知環(huán)境下的自主控制等）等方面與工業(yè)機器人有明顯差異，這也是空間機器人的研究特色所在。

設(shè)計研制可與人類操作者密切配合的下一代機器人Co-Worker成為工業(yè)機器人的發(fā)展方向。

未來的機器人將向著可組合重構(gòu)（如變形金剛）和高度智能化方向發(fā)展，并能夠?qū)崿F(xiàn)與人類社會的高度融合。