對下一代工業機器人的思考

jonney

當前全球制造業正處于全新的變革時期，未來制造方式會徹底改變，個性化產品將以高效率、一定批量化的柔性制造方式生產，機器人必將在新的制造模式下發揮不可替代的作用。

目前傳統工業機器人所能完成的工作范圍有限，無法適應未來的制造方式，新一代機器人更智能、更靈活、更易合作、更具有適應能力等特性將為未來工廠帶來巨大變化，甚至改變全球競爭格局。

1、背景與產業需求

加速機器人技術與產業發展體現了國家意志和戰略
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隨著我國勞動力成本快速上漲，人口紅利優勢喪失，這種陳舊的制造模式受到了巨大沖擊，采用機器人代替勞動力已成為中國新的比較優勢。機器人已從“備選”成為“必選”，倒逼中國加速產業發展，成為實現制造業轉型升級、提升制造業競爭力的重要路徑。
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5 F( T- s5 @( c! @傳統機器人技術的局限性制約了機器人應用和產業的深層發展

3 ~# E% h- K2 b) Z8 k傳統機器人工作于靜態、結構化、確定性的無人環境中，以固定時序完成重復性作業，這種機器人的工作特點在于空間相對隔離、與人非接觸、預編程或示教再現控制、需要外部安全保障。
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全球化的細分市場、產品用戶定制化生產模式的回歸，使小批量、多品種、短周期、個性化成為新興制造業的顯著特點，也是未來制造業的主要生產模式。柔性制造、個性化制造等新興制造模式需要與產業工人合作作業的“工友型”、可完成類人的技能作業機器人。
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這些新的巨大需求是傳統機器人技術不具備的。可見，傳統機器人技術的局限性制約了機器人應用和產業的深層發展。
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. L; ~) B! e5 x4 K! @下一代智能機器人為我國快速趕超國外發達國家帶來了機遇

美國在2013年公布的機器人路線圖中提出了“Robotic Partner”，歐盟在2014年公布的“地平線2020計劃”提出了“Co-Worker”，他們均為下一代智能機器人勾畫出發展前景。
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而美國Rethink公司研制的Baxter、德國宇航中心的Justin、KUKA-DLR研制的LWR-IV機器人、ABB公司的YuMi等則展示出下一代智能機器人的原型。我國在下一代智能機器人關鍵技術的研究上取得了一些初步成果，但這些研究都是分散的、自發的，一無頂層設計，二無強大資金支持，目前尚無科技專項計劃系統性支持。
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: F) J+ Y  b8 ?在這種情況下，下一代智能機器人的研究難以快速發展。下一代智能機器人在國外發達國家剛剛開始研發，我國與國外的差距并不大。這無疑給我們帶來了千載難逢的機遇。如果我們能夠抓住這個機遇，從頂層開始規劃，那么我國在下一代智能機器人技術及產業方面有望快速趕超國外發達國家。

4 M" c9 g# ?! x/ u+ _2、下一代工業機器人概念和內涵
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下一代工業機器人是一種可融入人類生產、生活環境、與人優勢互補、合作互助，進而成為具備可變作業能力的人類助手型機器人。“與人共融”是下一代工業機器人最本質的特征。所謂與人共融，是人與機器人關系的一種抽象凝練，包括三個方面的內涵：
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# }+ C6 P4 @" e! O0 L+ T2 W6 ~( o任務融合——人與機器人相互配合共同完成一個指定任務；

- d, M. m! v+ ^5 |( S& w行為融合——人與機器人在行為上一致、協調、互助；
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6 [& z7 U& Y; b+ F智能融合——人的智能與機器人的自主行為能力相融合，提升機器人智能水平。

* j: x1 J+ b, k$ B- w3、行業面臨多重挑戰

( Z0 V/ f4 j8 I0 X$ B& X下一代工業機器人的發展瓶頸主要表現為以下兩個層面。

技術層面
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盡管機器人技術已經發展了近60年，但其一直未能脫離基于預編程/遙操作的自動化機器范疇。現有的機器人系統要滿足新興制造業面臨著巨大的技術挑戰。

; C0 p' u! l. G8 ?0 P8 n! c* r' R. M第一，感知與決策。現有機器人適用于靜態、結構化、確定性的無人環境中完成固定時序、重復性作業。新一代工業機器人需要在自然（非人工）、不可預知、復雜的有人環境中完成動態可變的作業，對機器人的傳感、認知及規劃決策能力提出挑戰。
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+ b+ d6 f- y7 u/ b$ N第二，靈巧作業。現有工業機器人主要針對剛性單一對象，完成簡單的抓取移動等操作。新一代工業機器人作業/服務對象拓展到復雜組合體、軟性物體甚至生物活體，操作復雜度更高，技巧性更強，動態及不確定性更明顯，對機器人的材料、驅動、控制及學習能力提出挑戰。
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0 X9 P: d+ ~% L) m" G: d/ r第三，人機共融。現有工業機器人在物理空間上基本與人隔離，由專業技術人員操作。新一代工業機器人將深度融入人類生產及生活。人類與機器共享空間、物理接觸。安全及良好的交互體驗至關重要，對機器人與人的雙向信息交流、協同感知、智能融合及行為合作能力提出挑戰。

/ L; \& i  m" t2 N產業層面
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9 F! \* X* ~, u我國制造業每萬名產業工人所擁有的工業機器人數量遠低于發達國家，不足國際平均水平的一半，距制造業強國尚有近10倍的增長空間。
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汽車行業將不再是工業機器人的最大需求行業，而電子制造行業、食品藥品行業等多個行業將很快成為工業機器人需求的領跑者。

) g  O$ ~% u- {$ m0 @6 u以電子、生活消費類產品為代表的、在制造產業鏈條中的低技術含量、低產品附加值的制造產業從業人數眾多，但傳統機器人在該領域所能替代人的比例不足20%。
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下一代工業機器人在產業上的需求巨大，但面臨著成本高昂等巨大挑戰。一方面，關鍵核心零部件和大量機器人專用傳感器依賴進口，下一代工業機器人與目前工業機器人同樣面臨成本居高不下的困境。
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/ j3 `$ t- G8 [0 Z" v# i  k另一方面，大量勞動密集型制造企業更加關注投資回報周期，而下一代工業機器人多以雙臂為主、成本更高，這也制約了下一代工業機器人的產業批量應用。
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! \- A% s  v- W: {; Z4、四項建議
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第一，以國家科技計劃為依托，開展系統謀劃，做好頂層設計。
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. o( g9 t1 R) j! I+ j( U+ b我國應牢牢把握需求牽引，以功能演示與示范應用為抓手，針對未來制造業新的需求，研究機器人本質安全、情境認知、任務合作、行為輔助、智能融合等共性核心技術和新興交叉技術帶給機器人的變革性技術，開展下一代機器人的核心技術儲備，引領市場需求需要，探索以人工智能為基礎的新的基礎研究。
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關鍵技術的突破要跳出固有思維，更加注重基礎研究和學科交叉，建立新的觀念。

3 n5 r" X0 i* ]% D4 s第二，整合協同創新資源，完善創新機制，實現機器人可持續發展。
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通過協同創新戰略聯盟，我國可進一步整合創新資源，盡快制定各類科技資源的標準規范，建立促進科技資源共享的政策法規體系，探索產、學、研、用各方利益共享與分配機制，實現產學研用的深度融合。
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同時，我國要進一步完善創新型企業的評價體系和政策激勵體系，鼓勵創新型企業加強體制與機制創新，堅持自主創新，掌握核心技術，強化知識產權保護，開展專利布局研究，實施品牌戰略，鼓勵高校、科研院所以多種形式參與創新型企業的建設。

# k- v; u6 \7 R第三，以商業模式為中心，創新產品研發，帶動服務性產業。
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實行創新驅動發展，本身就是一個系統工程，其中商業模式的創新應該值得特別關注。

每一個新市場，往往有一個新的商業模式。一種新的商業模式產生以后，又會帶來很多新的關鍵技術。新的服務模式和商業模式帶動了新產品的研發，也帶動新興產業發展。我國應在創新銷售、服務模式上下功夫，提高政府的靈活性。
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6 o9 Q/ u7 |9 Q第四，以國際合作為手段，加強基礎研究，促進能力的提升。
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+ ?0 Q- {/ _/ P1 z6 K$ i自主創新要在全球資源的基礎上實現開放式創新，可通過采購、并購獲取關鍵技術，也可在基礎研究上開展廣泛的國際合作，特別是在人工智能等方面。

# z: C) B1 @! X2 `' h+ ?% M* A我們應鼓勵外企把研發中心建到中國，不懼競爭。機器人的市場很大，我們不能固步自封。我們應當抱著更開放的市場心態，在全球化競爭中凸顯優勢，提升能力。
# N4 M8 j6 k( o作者：趙杰 哈爾濱工業大學教授、863計劃智能機器人主題專家組組長
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開心的狼

工業4.0和互聯網+

Industrial

工業機器人嵌入化，底基可移動，自身有確定網絡ID，外部多監控相機采集，由強大的云網絡做模式識別和運動路徑規劃計算，可達到機器人與周邊環境互動。

kb2015

未來得機器人應用將會涵蓋很多方面，國家還需要很多年的技術儲備

落塵1

趙杰~~~只有畢業照才可以見到的人

kulataxi

落塵1 發表于 2015-7-26 09:45
" r( f+ L; Z2 q) b3 o/ ]3 k趙杰~~~只有畢業照才可以見到的人

這是咋回事兒？？

梁nn

技術革命的深度創新

lby228

論文寫的不錯，能忽悠不少資金

小磊stone

學習

初涉池中

確實是這么個道理，國家層面應該回歸到以前的研究所式研發，從創新上加大資金扶持，定期技術交流，爭創先進，這樣才能在段時間超過其它國家