中美特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀調(diào)查與分析

陳雨雪

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

中美特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀調(diào)查與分析

陳雨雪

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

文中調(diào)查中美特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，從基本狀況、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)化組織等方面進(jìn)行對(duì)比分析，得出當(dāng)前我國特種機(jī)器人功能和性能檢測標(biāo)準(zhǔn)、零部件標(biāo)準(zhǔn)、核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在空白，國際標(biāo)準(zhǔn)化參與程度較淺等有待改善的地方。

特種機(jī)器人；標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)化組織

特種機(jī)器人是由經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員操作或使用的，輔助或替代人執(zhí)行任務(wù)的服務(wù)機(jī)器人，也稱專業(yè)服務(wù)機(jī)器人。隨著科技的發(fā)展，特種機(jī)器人逐漸運(yùn)用于社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，并且扮演著重要的角色。今年5月，國家標(biāo)準(zhǔn)委、國家發(fā)改委、科技部、工信部等四部委聯(lián)合發(fā)布了《國家機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，為在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和引領(lǐng)作用，指導(dǎo)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展，提供了依據(jù)。同時(shí)，指南給予了特種機(jī)器人的重要位置，并成為機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系的重要支撐。

相對(duì)于一般的工業(yè)機(jī)器人及家用個(gè)人服務(wù)機(jī)器人，特種機(jī)器人的工作環(huán)境和作業(yè)條件更為復(fù)雜，這對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)、控制、電氣安全、自身防護(hù)及環(huán)境兼容性提出了更高要求，這使得特種機(jī)器人在設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)等方面的要求要與其它機(jī)電設(shè)備存在很大區(qū)別。我國目前特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化工作處于起步階段，亟需完善特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系并制定一批特種機(jī)器人的國家標(biāo)準(zhǔn)，以推動(dòng)特種機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的有序發(fā)展。本文擬調(diào)查中美特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，并進(jìn)行對(duì)比分析，數(shù)據(jù)截至2017年6月30日，其中，美國標(biāo)準(zhǔn)選取美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）制定的標(biāo)準(zhǔn)為調(diào)查對(duì)象，中國標(biāo)準(zhǔn)選取國家標(biāo)準(zhǔn)為調(diào)查對(duì)象。

1 中美特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)基本狀況對(duì)比分析

ANSI由美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）、美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）、美國電氣工程師協(xié)會(huì)（AIEE）等5個(gè)工程團(tuán)體組織及3個(gè)政府機(jī)構(gòu)共同成立，是非贏利性質(zhì)的民間標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體，但它實(shí)際上已成為國家標(biāo)準(zhǔn)化中心，協(xié)調(diào)并指導(dǎo)全國標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，給標(biāo)準(zhǔn)制訂、研究和使用單位以幫助，提供國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化情報(bào)[1]。筆者調(diào)研了由其制定的特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)狀況，具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

由ANSI制定的特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)共63項(xiàng)，其中15項(xiàng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，46項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃，2項(xiàng)作廢標(biāo)準(zhǔn)。其中，最早的特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)是2007年由ASTM制定的關(guān)于城市搜救機(jī)器人操作的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)已作廢）。

中國的標(biāo)準(zhǔn)化工作由國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)統(tǒng)一管理，筆者通過該機(jī)構(gòu)網(wǎng)站調(diào)研了中國特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)狀況，具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 中美特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)基本狀況

相比美國，我國針對(duì)特種機(jī)器人的國家標(biāo)準(zhǔn)起步較晚，數(shù)量較少，目前已發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)中，僅有1項(xiàng)特種機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，已立項(xiàng)的國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中，12項(xiàng)特種機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其中，最早的特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)是2010年由全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制定的GB/T 21412.8-2010石油天然氣工業(yè)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作第8部分：水下生產(chǎn)系統(tǒng)的水下機(jī)器人（ROV）接口（此標(biāo)準(zhǔn)等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)）。

在標(biāo)準(zhǔn)自訂/引用情況方面，美國標(biāo)準(zhǔn)均為自訂，中國標(biāo)準(zhǔn)中有1項(xiàng)為引用國際標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布時(shí)間方面，美國在2011～2012年連續(xù)發(fā)布了12項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，2013～2015年則出現(xiàn)空檔期，2016～2017年又發(fā)布了3項(xiàng)，其中2項(xiàng)是對(duì)2007～2008年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。中國在2010年發(fā)布了1項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，2011～2017年出現(xiàn)空檔期（圖2）。

圖2 中美標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)間分布情況

但從在研標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃立項(xiàng)時(shí)間上看，中國從2014～2017年前后立項(xiàng)了12項(xiàng)特種機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃，體現(xiàn)了近年來我國在特種機(jī)器人領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化需求迅速增大。美國從2011～2017年總共立項(xiàng)46項(xiàng)特種機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃，2016～2017年更是出現(xiàn)井噴現(xiàn)象，由此可見特種機(jī)器人領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化需求激增的現(xiàn)象是廣泛存在的（圖3）。

圖3 中美在研標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃立項(xiàng)時(shí)間分布情況

2 中美特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容對(duì)比

美國特種機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要涉及城市搜救機(jī)器人和響應(yīng)機(jī)器人（包括應(yīng)急響應(yīng)機(jī)器人、地面響應(yīng)機(jī)器人、空中響應(yīng)機(jī)器人），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容可分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)：術(shù)語；移動(dòng)性能測試15項(xiàng)：通過碎石、通過沙子、穿越泥漿、通過瀝青、通過受限區(qū)域（斜面、樓梯、連續(xù)顛簸路段、對(duì)稱階梯場地等）、穿過間隙、受限區(qū)域障礙（圍欄等）、持久速率等；通信測試4項(xiàng)：視線范圍內(nèi)的無線電通信、非視線范圍的無線電通信等；操作能力測試22項(xiàng)：抓住物體、放置物體、對(duì)齊邊緣、檢查底部、檢查受限空間內(nèi)部、切割皮帶、保持位置和姿態(tài)、夾緊雪橇等；續(xù)航能力測試3項(xiàng)：電池持久范圍和持續(xù)時(shí)間等；系統(tǒng)測試2項(xiàng)：人機(jī)互動(dòng)、系統(tǒng)配置；傳感測試18項(xiàng)：視覺動(dòng)態(tài)范圍、熱圖像清晰度、音頻語言敏銳度、熱動(dòng)態(tài)范圍、點(diǎn)和變焦相機(jī)、燈光和聲音等。

中國特種機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)涉及的行業(yè)較多，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容可分為4種，其中基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)：術(shù)語、分類符號(hào)標(biāo)志；整機(jī)通用技術(shù)條件4項(xiàng)：康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人、地面廢墟搜救機(jī)器人、鋤草機(jī)器人、輕型有纜遙控水下機(jī)器人；要求與試驗(yàn)方法3項(xiàng)：鋤草機(jī)器人性能規(guī)范及其試驗(yàn)方法、鋤草機(jī)器人安全要求、上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人要求與試驗(yàn)方法；零部件標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)：水下機(jī)器人（ROV）接口、機(jī)械手與液壓系統(tǒng)、攝像照明與云臺(tái)、導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器。

3 特種機(jī)器人領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)比

目前國際上沒有專門的特種機(jī)器人國際標(biāo)準(zhǔn)組織，因此，文中對(duì)中美特種機(jī)器人領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化組織的設(shè)立也進(jìn)行了調(diào)查。

美國在ASTM的E54國土安全應(yīng)用委員會(huì)下設(shè)立了一個(gè)分技術(shù)委員會(huì)E54.09專門研究響應(yīng)機(jī)器人，這也與美國2001年遭受“9●11”恐怖襲擊的背景有關(guān)，目前美國制定的特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)主要出自該分技術(shù)委員會(huì)，因此在專業(yè)領(lǐng)域上也主要集中在國土安全領(lǐng)域。

我國對(duì)特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化的頂層設(shè)計(jì)走在了國際的前列，2015年初，國家標(biāo)準(zhǔn)委批準(zhǔn)成立的全國特種作業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化工作組（SAC/SWG13）是專門從事特種機(jī)器人的全國標(biāo)準(zhǔn)化組織。該工作組正在按計(jì)劃制定國家標(biāo)準(zhǔn)的工作中，工作組歸口的兩項(xiàng)基礎(chǔ)國家標(biāo)準(zhǔn)“特種機(jī)器人分類、符號(hào)與標(biāo)志”“特種機(jī)器人術(shù)語”已結(jié)束征求意見，正在整理送審稿，2017年立項(xiàng)的“康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人通用技術(shù)要求”及“地面廢墟搜救機(jī)器人通用技術(shù)條件”兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃也正按計(jì)劃開展工作。

4 結(jié)論與展望

文中調(diào)研了中美特種機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，通過分析對(duì)比可知，我國特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)仍存在以下待改善的地方：

（1）特種機(jī)器人可靠性、移動(dòng)性等功能和性能檢測標(biāo)準(zhǔn)暫無，包括整機(jī)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)等方面的功能和性能檢測標(biāo)準(zhǔn)。

（2）特種機(jī)器人用零部件標(biāo)準(zhǔn)較少，包括運(yùn)動(dòng)模塊、執(zhí)行末端、電池、傳感器等基本處于空白。

（3）特種機(jī)器人支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、通信接口標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)時(shí)性通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)尚未涉足，包括研發(fā)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、控制優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)、支撐平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、目標(biāo)識(shí)別、人機(jī)交互等核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）國際標(biāo)準(zhǔn)化參與程度較淺，不利于實(shí)質(zhì)性參與國際標(biāo)準(zhǔn)化、查詢國際資料、跟蹤國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂以及保持與國際標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

我國的特種機(jī)器人市場從2005年前后才開始發(fā)展，目前已經(jīng)初具規(guī)模，雖然與發(fā)達(dá)國家相比還存在差距，但由于特種機(jī)器人需要結(jié)合特定的需求和市場進(jìn)行研發(fā)，因此我國本土企業(yè)更容易結(jié)合本地文化和環(huán)境進(jìn)行市場定位，從而擁有一定的競爭優(yōu)勢。國外特種機(jī)器人公司產(chǎn)業(yè)化歷史也多在5～10年，大量公司仍處于前期研發(fā)階段，這也在時(shí)間上客觀給予中國公司縮小差距的機(jī)會(huì)。此外，特種機(jī)器人更靠近消費(fèi)端，市場空間非常廣闊，加上人口老齡化的加劇以及勞動(dòng)力成本的急劇上升等剛性因素的驅(qū)動(dòng)，我國特種機(jī)器人行業(yè)有著較大的發(fā)展機(jī)遇和發(fā)展空間。

在這樣的背景下，完善特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系更顯重要，它是推動(dòng)國內(nèi)特種機(jī)器人制造企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作的基礎(chǔ)，通過以標(biāo)準(zhǔn)為引領(lǐng)，提高本土企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，才能限制國外企業(yè)的過度擴(kuò)張。四部委發(fā)布的《國家機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》中明確了特種機(jī)器人的14個(gè)種類：包括特種極限機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、康復(fù)輔助機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)（包括農(nóng)林牧副漁）機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、水下機(jī)器人、軍用和警用機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、電力機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、石油化工機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、礦業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、建筑機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、物流機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、安防機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、清潔機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、其他非結(jié)構(gòu)和非家用機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)等。

綜上所述，隨著“中國制造2025”的不斷推進(jìn)，我國特種機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速增長，但是特種機(jī)器人技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失，質(zhì)量檢驗(yàn)嚴(yán)重滯后，當(dāng)前，我國特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化工作仍舊處于起步階段，亟需完善特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系，制定一批特種機(jī)器人的國家標(biāo)準(zhǔn)，有力推動(dòng)特種機(jī)器人產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步有序的發(fā)展。在接下來的特種機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化工作中，可針對(duì)以上存在空白的標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域，加快標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作，在產(chǎn)業(yè)化前期，抓住發(fā)展機(jī)遇，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。此外，標(biāo)準(zhǔn)化是國際交流的一個(gè)工具和手段，建議爭取深度參與國際標(biāo)準(zhǔn)化，組建國際標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)組，來加強(qiáng)國際標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略研究，努力把一些好的國家標(biāo)準(zhǔn)上升為國際標(biāo)準(zhǔn)，提升實(shí)質(zhì)性參與國際標(biāo)準(zhǔn)化的水平。

[1]美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)_百度百科[EB/OL][2017-6-30].

Investigation and Analysis of Current Standard of Special Robots in China and America

CHEN Yu-Xue
（Fujian Province Special Equipment Inspection Institute, Fuzhou 350008, Fujian, China）

According to the survey of special robot national standard of China and the United States, this paper analyzes the status from the aspects such as basic condition, content of standard, standardization organization. Chinese standards of special robot exists some problem as follows: few standards of functional and performance testing, components and parts, the core technology; low participation in the international standardization .

Special Robot; Standard; Standardization Organization

2017-07-20

陳雨雪，女，福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，助理工程師，碩士