機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢探析

賈斌　熊小桃　王家豪

摘? 要：隨著工業(yè)4.0時代的到來，機器人行業(yè)如雨后春筍般地迅速成長，機器人在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、人類日常生活中的運用，給我們的生活和生產(chǎn)方式帶來了天翻地覆的變化。該文主要介紹了目前國內(nèi)外在農(nóng)業(yè)和工業(yè)方面機器人發(fā)展情況以及未來機器人的發(fā)展方向。希望能夠使更多的人了解國內(nèi)外機器人水平的差距，吸引更多的人參與到機器人發(fā)展事業(yè)當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機器人;工業(yè)機器人;智能化;柔性化

中圖分類號：TP242? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

20世紀(jì)20年代，機器人的概念誕生于一位作家的科幻小說當(dāng)中，作者稱之為“Robota”，意思為“勞逸，苦工”。之后的幾十年，機器人不斷更新?lián)Q代，從第一代遙控控制的機器人到第二代程序控制的機器人，發(fā)展到今天的智能化機器人，機器人技術(shù)已經(jīng)成熟到可以代替人類方方面面的工作。像德國等西方工業(yè)強國，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，工業(yè)生產(chǎn)方面基本上都配備了整套的機器人自動化生產(chǎn)鏈，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好。而國內(nèi)只有一些工業(yè)巨頭才有相同的生產(chǎn)條件，大部分的公司還是以人工或者半自動化為主的生產(chǎn)模式，這種模式也造成國內(nèi)生產(chǎn)效率跟國外有所差距。

總而言之，機器人技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)了一個工業(yè)時代，代表一個國家的工業(yè)科技水平，重點發(fā)展機器人技術(shù)是一個國家具有重要戰(zhàn)略意義的任務(wù)。

1 機器人的現(xiàn)狀分析

1.1 農(nóng)業(yè)機器人

農(nóng)業(yè)機器人集VR技術(shù)、圖像識別、路徑規(guī)劃、運動控制等技術(shù)于一體，配合或代替人類完成播種，打藥，采摘，收割等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工程中需要完成的工作。目前，國外在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面基本已經(jīng)實現(xiàn)機械化，先進(jìn)的機器人技術(shù)被運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。象美國研制出的施肥機器人，可以檢測土壤成分，并計算分析，準(zhǔn)確施肥;德國研制的除草機器人，可以根據(jù)圖像識別技術(shù)識別雜草，加以清除;法國研制的采摘葡萄機器人，可以準(zhǔn)確識別到葡萄的位置，判斷成熟程度，進(jìn)行采摘。國內(nèi)機器人技術(shù)起步較晚，跟這些發(fā)達(dá)國家尚有差距，但是也取得了不小的成就：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)明的采摘黃瓜機器人，不僅其工作效率是人工的4.5倍，而且可以完成采摘、回收等一整套工作;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)明的荔枝采摘機器人，采用雙目立體視覺獲得荔枝的位置，然后自身進(jìn)行路徑規(guī)劃，最后完成采摘工作，其效率基本上是人工采摘的2倍。

1.2 工業(yè)機器人

世界第一臺工業(yè)機器人誕生于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時的工業(yè)機器人只能完成一些簡單的搬運，裝配，簡單的焊接功能，精度不是很高。工業(yè)機器人發(fā)展到現(xiàn)在的工業(yè)4.0時代，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)實體系統(tǒng)，集現(xiàn)代控制技術(shù)，高端傳感器，成熟的驅(qū)動設(shè)備于一體，這使其在現(xiàn)代工業(yè)制造中大放異彩。德國的庫卡公司的六軸工業(yè)機器人，運動特性，關(guān)節(jié)承受能力和容差性都有很大的優(yōu)勢，受到業(yè)內(nèi)人認(rèn)識廣泛好評;美國波士頓公司發(fā)布的Handle機器人根據(jù)視覺識別技術(shù)自動堆垛，其負(fù)載能力可達(dá)13 kg，最大移動速度能達(dá)到14 km/h，但是仍然能依靠強大的控制能力保持平穩(wěn)。國內(nèi)第一家上市機器人公司新松機器人自動化股份有限公司，曾在2018年平昌冬奧會上用24塊透明冰屏展示的“北京八分鐘”讓人印象深刻。新松在工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)，機械機構(gòu)部分達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，研究范圍也相對比較寬泛，但跟國外尚有兩到三代的差距。

1.3 國內(nèi)總體發(fā)展現(xiàn)狀

中國機器人行業(yè)自2012年來發(fā)展趨勢良好，許多機器人企業(yè)應(yīng)運而生，國內(nèi)機器人公司申請專利的數(shù)量不斷增長。但是，由于國內(nèi)機器人行業(yè)的知識儲備不足，技術(shù)人才稀缺，國內(nèi)機器人水平仍處于中低端產(chǎn)品開發(fā)，較國外的發(fā)展水平仍有不小的差距。隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略計劃的實施，國家推出了越來越多適合中國國情的扶植激勵政策，大量的人力物力投入機器人制造行業(yè)，未來中國的機器人行業(yè)也會越來越好。

2 未來發(fā)展趨勢

2.1 柔性化

所謂柔性化有2個方面，一方面是運動機理類似于動物，運動方式簡單連貫，動作柔軟。目前，世界的前沿技術(shù)都在圍繞這種仿生學(xué)展開研究，研究各種動物的運動方式，運動步態(tài)，并以此應(yīng)用到機器人技術(shù)上，使機器人運動更加靈敏，降低能耗。美國軍方正在研究的一種微型飛行器“偵查蠅”，運動方式跟蒼蠅類似，體積小，噪聲小，這使它在未來戰(zhàn)爭中能夠更加有效地獲取情報。另一方面是一種柔性關(guān)節(jié)，市場上現(xiàn)有的工業(yè)機器人，因為其自由度的限制，而存在很大的工作盲區(qū)，進(jìn)而導(dǎo)致工作效率不足，加工方式受限。然而，柔性化關(guān)節(jié)沒有工作盲區(qū)，而且在重載的生產(chǎn)環(huán)境中可以緩解沖擊，從而減小工作誤差。

2.2 智能化

近些年來，AI技術(shù)一直是技術(shù)熱點，許多基于AI技術(shù)研發(fā)的智能語音交互系統(tǒng)已經(jīng)量產(chǎn)。未來，AI技術(shù)在機器人上的應(yīng)用將會越來越多，結(jié)合AI技術(shù)的機器人可以自我學(xué)習(xí)世界上先進(jìn)的加工技術(shù)，結(jié)合用戶需求提供優(yōu)良的加工方案;在加工過程中，它可以自我檢測加工數(shù)據(jù)，自主決策，修正加工誤差，并及時反饋給操作人員，將錯誤記錄上傳至數(shù)據(jù)庫，供所有加工機器人學(xué)習(xí)使用;未來的機器人將擁有更強大的計算能力，更先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)能力，更智能的人機交互能力，還會結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，組合成整套的加工生態(tài)圈，各設(shè)備之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，更加便利加工過程。

2.3 低成本

隨著各種新型材料的出現(xiàn)以及傳統(tǒng)材料生產(chǎn)工藝的發(fā)展，用于生產(chǎn)機器人的可替代優(yōu)質(zhì)材料不斷增加，相應(yīng)的生產(chǎn)材料成本也隨之降低。另外，越來越多的科技公司也意識到，技術(shù)融合帶來的共同進(jìn)步和盈利才能保證長久的發(fā)展，閉門造車終將會被時代淘汰，所以越來越多的科技公司將自己的機器人開發(fā)代碼開源化，從而各個科技公司的機器人生產(chǎn)技術(shù)不斷優(yōu)化，技術(shù)成本也有很大幅度的下降。總之，結(jié)合目前各種方面的形勢來看，研發(fā)，制作機器人的成本將會越來越低，機器人在不久的將來將會更平民化。

3 結(jié)語

機器人的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。未來，越來越多的機器人將會出現(xiàn)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)等各種行業(yè)，包括我們?nèi)粘５纳钪小Ｓ绕涫窃谠S多簡單重復(fù)、枯燥無聊，或者高溫、高壓等人類不適宜進(jìn)行工作的場所，更高效率、更少失誤地完成人類無法完成的工作，人類將從生產(chǎn)勞作中解脫，這是歷史發(fā)展的必然趨勢。我國的機器人技術(shù)起步較晚，發(fā)展滯后。我們作為當(dāng)代機器人研究從業(yè)者需要意識到自己的不足，全身心投入機器人研發(fā)中，帶動國家科技水平的進(jìn)步，高創(chuàng)新、高質(zhì)量、高效率地趕超西方工業(yè)強國，引領(lǐng)世界。

參考文獻(xiàn)

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