我國工業(yè)機(jī)器人起步于上世紀(jì)70年代初，但因勞動力資源豐富、技術(shù)落后等原因使其發(fā)展十分緩慢。上世紀(jì)80年代中期，隨著我國改革開放逐步深入，開始大力發(fā)展機(jī)器人。“七五”計劃中，機(jī)器人被列為國家重點(diǎn)科研規(guī)劃，“863”計劃啟動時便設(shè)立了“智能機(jī)器人主題”。近二十年來，我國機(jī)器人技術(shù)取得了顯著進(jìn)步，1000米水下機(jī)器人、6000米水下機(jī)器人、高壓水切割機(jī)器人、機(jī)器人自動化汽車沖壓線、激光加工機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人、重載鍛造操作機(jī)器人、多足步行機(jī)器人、人形機(jī)器人等相繼問世。我國機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，已從汽車、電子等制造行業(yè)，逐步向食品、醫(yī)療、服務(wù)和國防等領(lǐng)域擴(kuò)展。“進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著勞動力成本的大幅上漲，我國制造業(yè)對機(jī)器人的需求不斷加大，未來我國的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、社會老齡化應(yīng)對、國防裝備升級均需要大量的機(jī)器人。”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究專家羅百輝表示，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已取得了一定程度的進(jìn)步，在機(jī)器人整機(jī)設(shè)計與制造方面積累了一定經(jīng)驗，形成了一支較為龐大的基礎(chǔ)研發(fā)隊伍。我國工業(yè)機(jī)器人本體制造技術(shù)較為成熟，但與龐大的市場需求形成鮮明對比的是，我國機(jī)器人技術(shù)總體發(fā)展仍相對落后，國內(nèi)機(jī)器人市場絕大部分為國外公司所占據(jù)，僅瑞士abb、日本發(fā)那科及安川電機(jī)、德國kuka四家公司就已占據(jù)國內(nèi)市場大部分份額。目前，國內(nèi)機(jī)器人核心技術(shù)缺失，減速器、驅(qū)動與控制等核心部件主要依賴外購。機(jī)器人自主設(shè)計與創(chuàng)新能力不足是我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

一般來說，智能機(jī)器人包括機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)本體、驅(qū)動傳動、能源動力、感知等系統(tǒng)。機(jī)器人核心部件包括伺服電機(jī)、減速器及控制器、驅(qū)動器及傳感器。

諧波減速器一般用于輕型機(jī)器人或機(jī)器人腕部關(guān)節(jié)，由波發(fā)生器、柔輪和鋼輪組成，具有減速比大、齒隙小、精度高，零部件少、安裝方便及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。目前，國際上諧波減速器市場幾乎被日本Harmonic公司壟斷，因此該公司具有定價權(quán)。國內(nèi)諧波減速器研究起步較早，如北京諧波傳動技術(shù)研究所早在上世紀(jì)六、七十年代便開始了諧波減速器的研究。由于市場問題，該項研究進(jìn)展較慢，但積累了較多的研發(fā)經(jīng)驗。近年來，國產(chǎn)諧波減速器開始迅速發(fā)展，國產(chǎn)諧波減速器開始在國產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品上得到越來越多的應(yīng)用。

RV減速器一般用于機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)，用于傳遞較大的扭矩。目前，該領(lǐng)域的國際市場也被日本的Nabtesco公司所壟斷。國內(nèi)在RV減速器制造的一些關(guān)鍵技術(shù)上還有待提高，比如，針孔殼要求確保數(shù)十個半圓孔的圓度及同心度。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般包括伺服層、主控層及操作層，其中伺服層包括伺服電機(jī)、驅(qū)動器等，主控層包括控制器、編碼器、力傳感器等。目前，國內(nèi)機(jī)器人在伺服層和主控層的核心技術(shù)上均存在一定程度的制約。

控制系統(tǒng)方面，歐系機(jī)器人一般采用倫茨、博世力士樂等控制系統(tǒng)，其具有過載能力強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)好、驅(qū)動器開放性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；但價格昂貴，日系機(jī)器人一般采用安川、松下、三菱等品牌的控制系統(tǒng)，相對歐系控制系統(tǒng)來說動態(tài)性能偏弱，但具有價格優(yōu)勢。近年，一些國產(chǎn)控制系統(tǒng)中也逐漸開始在工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品上得到應(yīng)用。

羅百輝說，機(jī)器人理論及關(guān)鍵技術(shù)研究是我國工程領(lǐng)域長期面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)，需要解決機(jī)器人與作業(yè)任務(wù)和環(huán)境的適應(yīng)性、人機(jī)交互與自律協(xié)同控制、信息采集與傳輸機(jī)制等科學(xué)問題，突破減速器、感知驅(qū)動與控制等關(guān)鍵技術(shù)及核心部件等技術(shù)瓶頸，確保我國在下一輪機(jī)器人發(fā)展大潮中處于不敗之地，機(jī)器人理論與關(guān)鍵技術(shù)研究是國家的重大戰(zhàn)略需求。

智能機(jī)器人技術(shù)走向何方

機(jī)器人技術(shù)涉及眾多領(lǐng)域，具有多學(xué)科交叉和融合等特點(diǎn)。機(jī)器人正在逐步發(fā)展成為具有感知、認(rèn)知和自主行動能力的智能化裝備，是數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、材料科學(xué)、自動控制、計算機(jī)、人工智能、光電、通訊、傳感、仿生學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)綜合的成果，其發(fā)展水平體現(xiàn)了國家高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力。我國現(xiàn)階段機(jī)器人的發(fā)展需要智能和自主作業(yè)能力的提升、人機(jī)交互能力的改善、安全性能的提高，解決制約“人-機(jī)交互”、“人-機(jī)合作”、“人-機(jī)融合”的瓶頸，突破三維環(huán)境感知、規(guī)劃和導(dǎo)航、類人的靈巧操作、直觀的人機(jī)交互、行為安全等關(guān)鍵技術(shù)。

智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的三個目標(biāo)：

第一，加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人整機(jī)設(shè)計理論與方法研究，尋求新思維，突破驅(qū)動、傳動、感知與控制等核心基礎(chǔ)部件的技術(shù)瓶頸，提升機(jī)器人操作的靈活性、在線的感知能力；

第二，加強(qiáng)服務(wù)機(jī)器人的研究，提升機(jī)器人理解人的行為和抽象指令、人機(jī)溝通與協(xié)調(diào)合作能力，建立機(jī)器人安全機(jī)制；

第三，針對在核輻射、軍事戰(zhàn)場、自然和人為災(zāi)害等危險甚至不可達(dá)區(qū)域執(zhí)行任務(wù)的需要，開展特種機(jī)器人的研究，解決在線實(shí)時人機(jī)交互、動態(tài)未知環(huán)境中自主作業(yè)等問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人共處同一環(huán)境空間互助作業(yè)，為開發(fā)國家亟需的現(xiàn)代機(jī)器人提供科學(xué)理論和關(guān)鍵性技術(shù)支撐。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)，我國智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展需要針對現(xiàn)代機(jī)器人出現(xiàn)的“人-機(jī)交互”、“人-機(jī)合作”、“人-機(jī)融合”等發(fā)展趨勢，解決三個主要科學(xué)問題。

第一，揭示機(jī)器人與非結(jié)構(gòu)化環(huán)境、不確定性作業(yè)任務(wù)的適應(yīng)性規(guī)律，為現(xiàn)代機(jī)器人創(chuàng)新與設(shè)計提供理論基礎(chǔ)；第二，揭示機(jī)器人理解人的行為和抽象指令的機(jī)理，為智能機(jī)器人構(gòu)建人機(jī)溝通及安全機(jī)制提供理論依據(jù)；第三，揭示人機(jī)交互與自律協(xié)同控制原理，為機(jī)器人人機(jī)協(xié)調(diào)合作提供技術(shù)支撐。

此外，一些有較強(qiáng)應(yīng)用前景的新型特種機(jī)器人設(shè)計技術(shù)也值得關(guān)注，如：海底管道安裝、檢修與維護(hù)機(jī)器人；海底石油管道泄漏搶險機(jī)器人；海底打撈與作業(yè)機(jī)器人；地震搜救與作業(yè)機(jī)器人；井噴救災(zāi)機(jī)器人；核電維護(hù)和退役與救災(zāi)機(jī)器人；消防救援機(jī)器人；外星探測與作業(yè)機(jī)器人；山地運(yùn)載機(jī)器人；自主步行作戰(zhàn)機(jī)器人；移動式制造機(jī)器人系統(tǒng)；多指多臂多智能體制造機(jī)器人系統(tǒng)；康復(fù)、健身、醫(yī)療、家庭護(hù)理機(jī)器人；別墅區(qū)安保機(jī)器人；人機(jī)合作建筑作業(yè)機(jī)器人等。

未來充滿希望

機(jī)器人已從早期的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展為種類繁多的現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。雖然工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于各大門類工業(yè)領(lǐng)域，但主要在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中執(zhí)行各類確定性任務(wù)，面臨操作靈活性不足、在線感知實(shí)時作業(yè)弱等問題；服務(wù)機(jī)器人是應(yīng)對未來全球人口老齡化趨勢加劇的核心手段，存在無法接受抽象指令、難與人有效溝通、人機(jī)協(xié)調(diào)合作能力不足、安全機(jī)制欠缺等問題；特種機(jī)器人是代替人類在極地、深海、外星、核輻射、軍事戰(zhàn)場、自然和人為災(zāi)害等危險甚至不可達(dá)區(qū)域執(zhí)行任務(wù)的重要手段，存在依賴離線編程、在動態(tài)未知環(huán)境中依賴人類遠(yuǎn)程操作等問題。機(jī)器人在智能和自主方面與人存在巨大差距，機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展必然要尋求作業(yè)能力的提升、人機(jī)交互能力的改善、安全性能的提高。當(dāng)前，機(jī)器人正在從“傳統(tǒng)機(jī)器人”走向“現(xiàn)代機(jī)器人”，呈現(xiàn)出“人-機(jī)”交互、“人-機(jī)”合作、“人-機(jī)”融合等明顯的技術(shù)特征�，F(xiàn)代機(jī)器人需要在三維環(huán)境中感知、規(guī)劃和導(dǎo)航、類人的靈巧操作、直觀的人機(jī)交互、行為安全等理論與技術(shù)方面突破與發(fā)展。

我國機(jī)器人市場容量巨大、多樣，這是國外機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展不具備的獨(dú)特優(yōu)勢，正如我國消費(fèi)電子、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的國產(chǎn)品牌正不斷實(shí)現(xiàn)對國外行業(yè)巨頭的超越，我國機(jī)器人行業(yè)也會在不久的將來創(chuàng)造新的奇跡。