智能机器人的技术、产业及未来

机器人是20世纪人类的伟大发明之一,它作为人类的新型工具,在减轻劳动强度、提高生产率、改变生产模式、把人从危险、恶劣的工作环境下解放出来等方面,显示了极大的优越性;它在原子能利用、海洋开发、宇宙探测及社会生活等方面也具有重要的应用价值。机器人的研制应用充分反映了机器进化和生产系统的发展方向,并将对人类的生产和生活方式产生深远的影响。

机器人技术已成为当今应用广泛、发展迅速、最引人瞩目的高科技之一。很多国家都把机器人作为高技术领域的战略目标列入国家计划,各种机器人的研制生产方兴未艾,已成为21世纪先进制造技术的重要部分。

机器人是20世纪出现的新名词,1920年,捷克剧作家Capek在其《罗萨姆万能机器人公司(R.U.R.)剧本中首次提出该词,在捷克语言中,罗萨姆是“理性(Reason)”的意思,它由Rozum转用而来,在古代斯拉夫语中,Robota意思为“强制劳动”,Capek由此创造出新词Robot,意思为“奴隶机器”。

第三, 机器人必须保护自身不受伤害,除非为了保护人类或是人类命令它做出牺牲。

这是给机器人赋予的伦理性纲领,也是对机器人的定义,成为学术界默认的研发原则。

只具有第1项功能的装置是操作机,操作机再加上第2或第3项功能的为准机器人。

第一代是可编程机器人。这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。

第一代是可编程机器人。这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。

第二代是“感知机器人”,又叫做自适应机器人。它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。

第二代是“感知机器人”,又叫做自适应机器人。它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。

第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。1956年在达特茅斯会议上,马文•明斯基提出了他对智能机器的看法:智能机器能够创建周围环境的抽象模型,如果遇到问题,能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义一直影响着智能机器人的研究方向。

第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。1956年在达特茅斯会议上,马文•明斯基提出了他对智能机器的看法:智能机器能够创建周围环境的抽象模型,如果遇到问题,能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义一直影响着智能机器人的研究方向。

智能机器人与工业机器人的根本区别在于,智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。而感知本身,就是人类和动物所具有的低级智能。

智能机器人是一个在感知-思维-效应方面全面模拟人的机器系统,外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场,可以全面地考察人工智能各个领域的技术,研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。

简单来说,智能机器人就是以人工智能决定其行动的机器人。目前研制中的智能机器人智能水平并不高,只能说是智能机器人的初级阶段。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面:一方面是,提高智能机器人的自主性,这是就智能机器人与人的关系而言,即希望智能机器人进一步独立于人,具有更为友善的人机界面。从长远来说,希望操作人员只要给出要完成的任务,而机器能自动形成完成该任务的步骤,并自动完成它。另一方面是,提高智能机器人的适应性,提高智能机器人适应环境变化的能力,这是就智能机器人与环境的关系而言,希望加强它们之间的交互关系。

智能机器人涉及到许多关键技术,这些技术关系到智能机器人的智能性的高低。这些关键技术主要有以下几个方面:

多传感信息耦合技术,多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据,以产生更可靠、更准确或更全面的信息,经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性,消除信息的不确定性,提高信息的可靠性;

导航和定位技术,在自主移动机器人导航中,无论是局部实时避障还是全局规划,都需要精确知道机器人或障碍物的当前状态及位置,以完成导航、避障及路径规划等任务;

路径规划技术,最优路径规划就是依据某个或某些优化准则,在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径;机器人视觉技术,机器人视觉系统的工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示,核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识;

智能控制技术,智能控制方法提高了机器人的速度及精度;人机接口技术,人机接口技术是研究如何使人方便自然地与计算机交流。

多传感信息耦合技术,多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据,以产生更可靠、更准确或更全面的信息,经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性,消除信息的不确定性,提高信息的可靠性;

导航和定位技术,在自主移动机器人导航中,无论是局部实时避障还是全局规划,都需要精确知道机器人或障碍物的当前状态及位置,以完成导航、避障及路径规划等任务;

路径规划技术,最优路径规划就是依据某个或某些优化准则,在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径;机器人视觉技术,机器人视觉系统的工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示,核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识;

智能控制技术,智能控制方法提高了机器人的速度及精度;人机接口技术,人机接口技术是研究如何使人方便自然地与计算机交流。

在人工智能研究方面,人们一直沿着模拟脑方向做出努力,研究的内容主要包括:

② 探索各种模拟和实现自然智能工作机理(包括认知的机理和决策的机理)的方法与途径;

④ 把智能系统应用于国家经济建设与社会服务各领域,促进科学技术和经济社会发展的智能化。

机器人的能源问题是机器人能否得到广泛应用的基础。要让机器人走出工厂,走出房门,就必须考虑机器人的能源问题。现在的高能电池要么十分昂贵,要么体型巨大,而很多机器人都注定是一个高耗能的机器。因此,能源问题,几乎是机器人的一道门槛。迈不出门槛,机器人就只能是室内插电源线的“室内机器人”。

智能机器人的机动性要求动力源轻、小、出力大。而现有的移动机器人无一例外地拖着“辫子”。以动力源的重量/功率之比为例,目前电池约达到60g/W(连续使用小时),汽油机约为1.3g/W,都不理想,而且使用有局限性。到目前为止,尚未见到改善动力源的有效办法。电机仍然是智能机器人的主要驱动器。要使智能机器人的作业能力与人相当,它的指、肘、肩、腕各关节大致需要3-300Nm的输出力矩和30-60r/min的输出转速。传统伺服电机的重量/功率之比约为30g/W,而人在百米跑和投掷垒球时腿、肩、臂的出力大约为1g/W,相差甚大。

总之,智能机器人性能指标的改进是无止境的,对驱动器的要求也越来越高。什么是客观的衡量标准呢一个容易接受的办法就是把它与人的体能加以比较。从这个角度来看,智能机器人驱动技术目前差距还相当大。

在人们对智能机器人的期望中,都希望机器人能够在极端环境下完成复杂的工作。有的机器人可能需要很小,而且需要完成的工作又极其复杂。这就对现代芯片集成工艺提出了挑战。这种机器人需要集成度更高,运算速度更快,而且能够在极端环境下正常工作的芯片。由于运算器速度的限制,导致许多人类可以轻易完成的任务,而在机器人身上几乎是无法完成的。

其一是芯片制造工艺上的发展。就像前面说的那样,提高芯片的集成化。但是在现在看来,芯片的集成技术似乎发展到了一个瓶颈的地步。微型的芯片似乎已经到了一个很高的地步。

第二种解决方法就是采用物联网的方式来管理机器人。用一个终端服务器来对机器人遇见的问题进行统一运算。这就是把机器人的“脑袋”统一管理,这样就不需要把用于运算的芯片做得很小了。只要网络传输的速度能符合要求就够了。随着物联网的推广,以后给每一个机器人分一个IP地址也不是问题。所以这种解决方法也是很有前景应用价值的。即运算速度的关键问题,就是远程控制通讯问题以及芯片制造工艺问题。

其一是芯片制造工艺上的发展。就像前面说的那样,提高芯片的集成化。但是在现在看来,芯片的集成技术似乎发展到了一个瓶颈的地步。微型的芯片似乎已经到了一个很高的地步。

第二种解决方法就是采用物联网的方式来管理机器人。用一个终端服务器来对机器人遇见的问题进行统一运算。这就是把机器人的“脑袋”统一管理,这样就不需要把用于运算的芯片做得很小了。只要网络传输的速度能符合要求就够了。随着物联网的推广,以后给每一个机器人分一个IP地址也不是问题。所以这种解决方法也是很有前景应用价值的。即运算速度的关键问题,就是远程控制通讯问题以及芯片制造工艺问题。

近年来,传感器技术发展迅速。一些普通的传感器的价格也越来越便宜。但即使这样,运行了先进传感器技术的现代机器人在一些问题上,任然无法达到人类感触外界的能力。

人类的“传感器”很小,一个神经细胞就是人类的传感器。人的身体外部皮肤,几乎处处都可以起到温觉传感器和压力传感器的作用。人类的耳朵结构也不是话筒就可以简单代替的。人类的眼球里,就有很多“光敏传感器”。这些“光敏传感器”协同工作能力,以及两个眼睛的协同工作能力,也不是简单的两个摄像头可以解决得了的。相对于智能生物—人类而言,现有的传感器技术还远远不够。

② 初步具有一些物理处理事件的能力。不能把所有的问题都传给“大脑”来处理。

③ 传感器与传感器之间需要能够互相通信。当一个范围内的传感器都接收到信号时,那个范围内的传感器可以经过通信处理后,决定发送一个统一的信号给计算机处理。

到目前为止,现有的大部分机器人和机器的驱动几乎都是依靠电机进行驱动的。我们知道电机可以提供扭矩,可以驱动旋转副。然而人类肢体运动的驱动方式是依靠肌肉的伸缩来完成的。这种驱动方式比电机耗能要低得多。现有的技术中,气压和液压似乎是可以代替人工肌肉来实现伸缩的功能。但是这两种方式都需要气压泵或者液压泵。如果真用气压和液压来驱动机器人,那么要么机器人背着一个气压泵或者液压泵走,要么让机器人脱着一根管子走。这两种方式都不大理想。除非解决了气压泵或者液压泵的重量,体积,以及能耗问题。

必须寻找能够替代气压和液压的东西来解决驱动方式的问题。伸缩的驱动方式在理论上磨损要比旋转的驱动方式要低。现有的智能机器人,比如说日本的一款用来模拟人类表情的机器人。这种机器人的脸上几乎就布满了微型电机。以这种发展趋势看,目前几乎没有完美的解决智能机器人驱动方式的方法。依靠电机的小型化来实现一连串合成且又复杂的动作,必定会增加控制上和能耗上的负担。好比是饮鸩止渴。

现代智能机器人基本能按人的指令完成各种比较复杂的工作,如深海探测、作战、侦察、搜集情报、抢险、服务等工作,模拟完成人类不能或不愿完成的任务,不仅能自主完成工作,而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务,在不同领域有着广泛的应用。

智能机器人在各种具体场合可以为人们提供智能化服务:可以在工业生产流水线上执行一定工作流程任务(比如车钳铣刨等操作、设备保养、产品装配、产品检验、材料供应与管理)的智能机器人,可以完成农业生产特定作业(比如选种、育种、播种、施肥、收割、运输)的智能机器人,可以提供特定社会服务(比如文化教育、景点导游、语言翻译、售票检票、宾馆服务、医疗监护、清洁卫生)的智能机器人,可以执行特定家政服务(比如家庭保安、家务劳作、看护老人、照看婴儿、菜肴烹调、餐具清洗)的智能机器人。

在国防领域中,军用智能机器人得到前所未有的重视和发展。近年来,美英等国研制出第二代军用智能机器人,其特点是采用自主控制方式,能完成侦察、作战和后勤支援等任务,在战场上具有看、嗅等能力,能够自动跟踪地形和选择道路,具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。如美国的Navplab自主导航车,SSV自主地面战车等。在未来的军事智能机器人中,还会有智能战斗机器人、智能侦察机器人、智能警戒机器人、智能工兵机器人、智能运输机器人等等,成为国防装备中新的亮点。

在服务工作方面,世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛应用服务智能机器人,以清洁机器人为例,随着科学技术的进步和社会的发展,人们希望更多地从繁琐的日常事务中解脱出来,这就使得清洁机器人进入家庭成为可能。

日本公司研制的地面清扫机器人,可沿墙壁从任何一个位置自动启动,利用不断旋转的刷子将废弃物扫入自带容器中;车站地面擦洗机器人工作时一面将清洗液喷洒到地面上,一面用旋转刷不停地擦洗地面,并将脏水吸入所带的容器中;工厂的自动清扫机器人可用于各种工厂的清扫工作。

美国的一款清洁机器人“Roomba”具有高度自主能力,可以游走于房间各家具缝隙间,灵巧地完成清扫工作。

日本公司研制的地面清扫机器人,可沿墙壁从任何一个位置自动启动,利用不断旋转的刷子将废弃物扫入自带容器中;车站地面擦洗机器人工作时一面将清洗液喷洒到地面上,一面用旋转刷不停地擦洗地面,并将脏水吸入所带的容器中;工厂的自动清扫机器人可用于各种工厂的清扫工作。

美国的一款清洁机器人“Roomba”具有高度自主能力,可以游走于房间各家具缝隙间,灵巧地完成清扫工作。

瑞典的一款机器人“三叶虫”,表面光滑,呈圆形,内置搜索雷达,可以迅速地探测到并避开桌腿、玻璃器皿、宠物或任何其它障碍物。一旦微处理器识别出这些障碍物,它可重新选择路线,并对整个房间做出重新判断与计算,以保证房间的各个角落都被清扫。

瑞典的一款机器人“三叶虫”,表面光滑,呈圆形,内置搜索雷达,可以迅速地探测到并避开桌腿、玻璃器皿、宠物或任何其它障碍物。一旦微处理器识别出这些障碍物,它可重新选择路线,并对整个房间做出重新判断与计算,以保证房间的各个角落都被清扫。

甚至在体育比赛方面,也得到了很大的发展,近年来在国际上迅速开展起来足球机器人与机器人足球高技术对抗活动,国际上已成立相关的联合会FIRA,许多地区也成立了地区协会,已达到比较正规的程度且有相当的规模和水平。

机器人足球赛目的是将足球(高尔夫球)撞入对方球门取胜。球场上空(2m)高悬挂的摄像机将比赛情况传入计算机内,由预装的软件做出恰当的决策与对策,通过无线通讯方式将指挥命令传给机器人。机器人协同作战,双方对抗,形成一场激烈的足球比赛。在比赛过程中,机器人可以随时更新它的位置每当它穿过地面线截面,双方的教练员与系统开发人员不得进行干预。机器人足球融计算机视觉、模式识别、决策对策、无线数字通讯、自动控制与最优控制、智能体设计与电力传动等技术于一体,是一个典型的智能机器人系统。

现代智能机器人不仅在上述方面有广泛应用,而将渗透到生活的各个方面:像在煤炭工业在矿业方面,考虑到社会上对煤炭需求量日益增长的趋势和煤炭开采的恶劣环境,将智能机器人应用于矿业势在必行。在建筑方面,有高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、擦玻璃机器人、地面抛光机器人等。在核工业方面,主要研究机构灵巧、动作准确可靠、反应快、重量轻的机器人等等。智能机器人的应用领域的日益扩大,人们期望智能机器人能在更多的领域为人类服务,代替人类完成更多更复杂的工作。

在各国的智能机器人发展中,美国的智能机器人技术在国际上一直处于领先地位,其技术全面、先进,适应性也很强,性能可靠、功能全面、精确度高,其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用。欧洲各国在智能机器人的研究和应用方面,特别是在在运用高度智能软件(software)或网络(network)等信息通讯技术之服务型机器人上处于公认的领先地位。日本由于一系列扶植政策,各类机器人包括智能机器人的发展迅速。中国起步较晚,而后进入了大力发展的时期,以期以机器人为媒介物推动整个制造业的改变,推动整个高技术产业的壮大。

回顾历史可以发现,机器人产业有六大驱动因素:1)政策;2)人口结构;3)宏观经济;4)技术;5)人才;6)价格。其中产业政策是先导,价格(即经济性)是需求产生的最重要因素。

在美国,以军用机器人带动的机器人领先应用。到2010年为止,美国在战争机器人研究项目上的投资将达到40亿美元。美国陆军和海军同时雇佣了道德规范领域的英国专家,协助研制不会违反《日内瓦公约》的新型战争机器。这种机器人既能够自主辨别何时、向谁开枪,也不是像电影《终结者》那样超道德的杀人机器。

尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究,忽视应用开发研究的曲折道路,但是美国一直主导全球机器人技术的基础研究,如人工智能与相关之软件技术。美国的机器人技术在国际上仍处于领先地位。其技术全面、先进,适应性也很强。具体表现在:

3) 智能技术发展快,其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用;高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速,主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。

日本是世界上机器人技术发展最快、应用机器人最多的国家,有“机器人王国”之称。相较于欧美积极致力于以军事、航天产业等为背景的开发或创投企业,对日本而言,即使已在工业机器人领域占有优势,对于服务型机器人也仍须积极致力开发。

日本积极进行个人、家用与专业服务型机器人的商品化研究,尤其在人型双足步行机器人领域占有领先全球之优势从具有国际性竞争力的汽车、电子/电机产业等企业使用者之严苛的要求,包含机器人售后服务在内的销售实绩与专门技能(know-how)的累积,使得日本工业机器人产业成为全球的领导者。而在经过了日本国内市场激烈的价格竞争后,也获得了国际性的价格竞争力。在技术面上,操纵机构(manipulation)、移动技术等,特别是有关于硬件(hardware)之开发,已具有世界第一的技术开发能力。

2015 年1 月23 日,日本政府公布了《机器人新战略》。该战略首先列举了欧美与中国在机器人技术方面的赶超,以及互联网企业涉足传统机器人产业带来的剧变。这些变化,将使机器人开始应用海量数据实现自律化,使机器人之间的实现网络化,物联网时代也将随之真正到来。日本政府意识到,如果不推出战略规划对机器人技术加以积极推动的话,将威胁日本作为机器人大国的地位。

日本《机器人新战略》提出三大核心目标,即:“世界机器人创新基地”、“世界第一的机器人应用国家”、“迈向世界领先的机器人新时代”(表1)

通过产、学、官合作,增加用户与厂商对接机会等措施,引导创新;推进人才培育、下一代技术开发、国际标准化。

在制造业、服务业、医疗护理、公共建设、农业等领域广泛推广应用;在机器人开发与推广应用过程中,不断完善环境与体制建设。

在物联网时代到来之际,制定机器人互联、自律性采集数据等功能的管理制度与国际标准。

为实现上述三大核心目标,该战略制定了五年计划,旨在确保日本机器人领域的世界领先地位(表2)。日本经济产业省发布的《2012 年机器人产业市场趋势》报告显示,2035 年,日本机器人市场50% 左右的订单来自服务业的需求。这份报告中的服务业,主要包括医疗护理、物流、教育、娱乐、家政等。

而日本《机器人新战略》中将应用领域分为四大部分,即:“制造业”、“服务业”、“医疗护理”、“公共建设”。种种迹象显示,未来,机器人在“服务业”与“医疗护理”中的应用将占据相当大的市场份额。

20世纪70年代初期,由于英国政府科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的Lighthall报告,对工业机器人实行了限制发展的严厉措施,因而机器人工业一蹶不振,在西欧差不多居于末位。但是,国际上机器人蓬勃发展的形势很快使英政府意识到:机器人技术的落后,导致其商品在国际市场上的竞争力大为下降。于是,从20世纪70年代末开始,英国政府转而采取支持态度,推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施,如广泛宣传使用机器人的重要性、在财政上给购买机器人企业以补贴、积极促进机器人研究单位与企业联合等,使英国机器人开始了在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期。

法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列,而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术,特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。 法国机器人的发展比较顺利,主要原因是通过政府大力支持的研究计划,建立起一个完整的科学技术体系。即由政府组织一些机器人基础技术方面的研究项目,而由工业界支持开展应用和开发方面的工作,两者相辅相成,使机器人在法国企业界很快发展和普及。

德国工业机器人的总数占世界第三位,仅次于日本和美国。他们始终坚持技术应用和社会需求相结合的原则。除了像大多数国家一样,将机器人主要应用在汽车工业之外,突出的一点是德国在纺织工业中用现代化生产技术改造原有企业,报废了旧机器,购买了现代化自动设备、电子计算机和机器人,使纺织工业成本下降、质量提高,产品的花色品种更加适销对路。到1984年终于使这一被喻为快完蛋的行业重新振兴起来。与此同时,德国看到了机器人等先进自动化技术对工业生产的作用,提出了1985年以后要向高级的、带感觉的智能型机器人转移的目标。经过近三十年的努力,其智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。

目前,欧盟工业机器人制造业处于全球领先地位。全球约1/3的工业机器人是由欧盟机器人制造商制造的。在未来20年中,机器人市场将会成为全球经济的重要组成部分。

2015年3月25日,欧盟宣布将智能工业作为“数字单一市场战略”的一个优先行动领域,负责推进欧洲“未来工厂”战略计划的欧洲未来工厂研究协会对此表示强烈欢迎。

前苏联(现在主要是在俄罗斯),从理论和实践上探讨机器人技术是从50年代后半期开始的。到了50年代后期开始了机器人样机的研究工作。1968年成功地试制出一台深水作业机器人。1971年研制出工厂用的万能机器人。早在前苏联第九个五年计划(1970年-1975年)开始时,就把发展机器人列入国家科学技术发展纲领之中。到1975年,已研制出30个型号的120台机器人。经过20年的努力,俄罗斯的机器人在数量、质量水乎上均处于世界前列地位。

国家有目的地把提高科学技术进步当作推动社会生产发展的手段,来安排机器人的研究制造;有关机器人的研究生产、应用、推广和提高工作,都由政府安排,有计划、按步骤地进行。

在韩国,机器人被列为新世纪优先发展的十大产业之一。韩国政府2008年12月13日宣布,韩国计划在2020年前投入100万亿韩元(968亿美元)提高智能机器人技术和生产能力。在会议上宣布了分为三个阶段的发展规划,在能够帮助操持家务的家用机器人之后,企业将开发人们希望购买的机器人和机器人伴侣。为此,政府将提供资助对两万名专业人士进行教育和培训并在首尔附近建立机器人产业园区。韩国的目标是要成为全球第三大机器人生产国家,每年占全球总产值约15%;第一阶段先在萌芽期市场中促进机器人的需求,第二阶段将开发多款可帮助人们之机器人,第三阶段要使机器人成为与人合作共存之伴侣。

产业推动分为五大领域,分别是:基于需求之产品研发、基础技术研发、产业群聚、法令制定、新市场开创与可能风险对应。在产业群聚方面有四个技术分项,分别为机器人零组件、软件、系统整合与商品化。

近些年来,我国不断出台新的政策支持装备制造业的发展,工业机器人作为高端装备制造中的智能制造装备得到了国家政策的持续支持。我国工业机器人的市场主要集中在汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业。过去五年,我国机器人市场增速远远快于同期世界平均水平。2014年,我国超越日本成为全球最大的工业机器人市场。目前市场发展稳定,汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域,随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移,我国的机器人市场会进一步加大,市场扩展的速度也会进一步提高。未来工业机器人在我国其他行业的应用也将逐步展开。从国内机器人的应用来看,汽车、电子工业仍是主要的应用领域。随着技术的进步,工业机器人在军事、精细外科和危险作业等领域的应用也将逐步展开,而在这些领域,工业机器人具有不可替代的作用。

2012年4月,科技部出台《智能制造科技发展“十二五”专项规划》和《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》,提出“十二五”期间将重点培育发展工业和服务机器人新兴产业,并明确支持工业机器人行业发展,包括攻克工业机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等核心部件的共性技术,自主研发工业机器人工程化产品,实现工业机器人及其核心部件的技术突破和产业化。

2013年2月,发改委、财政部、工信部共同发布《关于组织实施2013年智能制造装备发展专项的通知》,要求继续组织实施智能制造装备发展专项,重点支持数字化车间、智能测控系统与装备的研发应用以及智能制造系统在典型领域的示范应用项目。随着政策和补助的落实,将进一步推进智能制造装备的研发和应用,以带动产业发展。

2013年4月,由中国机械工业联合会牵头,中国机器人产业联盟在北京成立。“中国机器人产业联盟”是我国机器人产业全国性产、学、研、用行业协同工作平台,产业联盟成立后,将依托中国机械工业联合会成熟的行业工作体系,通过统筹行业资源,拓展应用行业合作渠道等,加快机器人产业化发展进程,服务国民经济转型升级的迫切需要。

智能机器人具有广阔的发展前景,目前机器人的研究正处于第三代智能机器人阶段,尽管国内外对此的研究已经取得了许多成果,但其智能化水平仍然不尽人意。未来的智能机器人应当在以下几方面着力发展:

1) 面向任务。由于目前人工智能还不能提供实现智能机器的完整理论和方法,已有的人工智能技术大多数要依赖领域知识,因此当我们把机器要完成的任务加以限定,及发展面向任务的特种机器人,那么已有的人工智能技术就能发挥作用,使开发这种类型的智能机器人成为可能;

2) 传感技术和集成技术。在现有传感器的基础上发展更好、更先进的处理方法和其实现手段,或者寻找新型传感器,同时提高集成技术,增加信息的融合;

3) 机器人网络化,利用通信网络技术将各种机器人连接到计算机网络上,并通过网络对机器人进行有效的控制;

4) 智能控制中的软计算方法。与传统的计算方法相比,以模糊逻辑、基于概率论的推理、神经网络、遗传算法和混沌为代表的软计算技术具有更高的鲁棒性、易用性及计算的低耗费性等优点,应用到机器人技术中,可以提高其问题求解速度,较好地处理多变量、非线) 机器学习

基于智能科学与技术所制造的“智能机器”的发展前景,一个不可回避的问题是人的智能与机器智能之间的关系,人类与智能机器之间的未来关系。

:随着人们对于人类智能的认识不断深入,人们总有一天会一览无余地掌握人类智能的全部奥秘;与此相伴,随着信息技术的进步(包括尺寸越来越小的纳米信息技术、工作速度越来越快的量子信息技术和性能越来越精巧的生物信息技术等),人们总有一天可以制造出在结构上比人脑更加复杂的人工脑(它所拥有的人工神经元数目以及神经元之间的连接数目都远远超过人脑的水平)。因此人工智能机器的智力不但可以同人类智能媲美(控制论的创始人维纳曾经说过:在人类智能与机器智能之间,没有不可逾越的鸿沟),而且将可以远远胜过人类大脑的智力。到那时,按照优胜劣汰的种间竞争法则,人类终将被人工智能机器所淘汰,人工智能机器将不可避免地成为人类自身的掘墓人。

:虽然人类对于人类大脑的认识将不断深入,虽然人造技术系统的工作速度、工作精度、工作质量等指标将做得越来越好,但是人类不可能穷尽人类大脑的奥秘(人类大脑不可能彻底研究清楚自己大脑的奥秘,就如同人们不可能自己把自己举起来一样)。况且,人类的大脑本身还在不断地向更加复杂的方向进化和发展。人工智能对于人类自身智力奥秘的探究和揭示的过程就像一个“动态极限逼近”的过程:人工智能机器的智能水平可以越来越接近于人类自身的智力水平,但不可能等同,更不可能超越;而人类自身的智力水平也会在实践中不断走向更高的水平。因此,人类可以制造越来越聪明的机器,但不可能制造出在整体上(而不只是局部上)比人类自己还更聪明的机器。

我们认为,人类是一类有生命的系统,人类的智能不断动态发展的进程,永远不会停止在一个发展水平上;智能机器人是无生命的系统,其智能只是人类设计者所赋予的在一定范围内的智能,没有能力再自主地生成其他新的自主的智能。虽然人类总有一天可以制造出比人类大脑更复杂(神经元数量更多、神经元之间的连接更复杂)的人工大脑,但问题是,人类大脑不只是结构复杂,而且工作机制巧妙。我们说,人工大脑的智力不可能全面超过人类大脑的智力水平,主要不是指结构复杂方面而是指工作机制的巧妙方面。这正是人工智能可以努力趋近却不可能超越的那个极限。

由于现有的智能机器人的智能水平还不够高,因此在今后的发展中,努力提高各发面的技术及其综合应用,大力提高智能机器人的智能程度,提高智能机器人的自主性和适应性,是智能机器人发展的关键。同时,智能机器人涉及多个学科的协同工作,不仅包括技术基础,甚至还包括心理学、伦理学等社会科学,让智能机器人完成有益于人类的工作,使人类从繁重、重复、危险的工作中解脱出来,就像科幻作家阿西莫夫的“机器人学三则”一样,让智能机器人真正为人类利益服务,而不能成为反人类的工具。相信在不远的将来,各行各业都会充满形形色色的智能机器人,科幻小说中的场景将在科学家们的努力下逐步成为现实,很好地提高人类的生活品质和对未知事物的探索能力。

我国的智能机器人发展还落后于世界先进水平,而智能机器人又是高科技的集中体现,具有重要的发展价值,因此我国在智能机器人领域要认清形势、明确发展发现和目标,采取符合我国国情的可行发展对策,努力缩小与世界领先水平的差距,早日让智能机器人全面为社会的发展服务。相信经过政府的重视和投入,科技工作者的不懈奋斗,我国的智能机器人发展水平能达到新的高度。

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