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智能機器人關鍵技術及應用

文：2017年第一期

機器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志。相對于傳統(tǒng)機器人簡單、重復性勞動來說，智能機器人是更智能化、柔性化、信息化的機器人。狹義上，智能機器人將智能傳感技術與機器人技術相融合，使機器人可以更加準確、完全的感知外部信息，做出正確決策，并基于多傳感器融合信息對環(huán)境進行智能判斷和快速反應。廣義上，在制造業(yè)，通過建立數字化智能無人工廠，將機器人作為核心智能感知和作業(yè)單元，實現與加工、裝配、物流、倉儲等生產作業(yè)系統(tǒng)的泛在感知與無縫集成；在非制造業(yè)，將新興技術與機器人技術深度融合，實現人類在智慧城市享受智慧生活所帶來的極致體驗。因此，智能機器人代表了機器人未來的趨勢和發(fā)展方向。

智能機器人關鍵技術發(fā)展
目前，機器人已經廣泛應用于人類生產和生活中，隨著人工智能、機器人、傳感器技術的不斷發(fā)展，機器人已經由傳統(tǒng)的在線示教工作模式向智能工作模式方向發(fā)展。視覺技術的進步使得機器人可以實現對作業(yè)對象的位置識別、姿態(tài)識別，甚至獲得作業(yè)對象的三維特征；力控制技術的發(fā)展使得機器人對作業(yè)對象有了更精準的觸覺反饋，實現更精細的操作；人工智能的發(fā)展使得機器人可以在動態(tài)環(huán)境下具有更好的規(guī)劃與決策功能，并可以支持多個機器人協同作業(yè)，完成特定任務；人機交互技術的進步使得機器人和操作者之間能夠以語音等方式進行更自然交互；網絡技術的發(fā)展使得機器人成為智慧工廠的智能設備，程故障診斷與設備維護。隨著技術的提升，機器人的功能、性能及可靠性不斷增強，具備更高的柔性和智能，能夠完成復雜的工作和精細作業(yè)，這是機器人在技術上能夠勝任大批量替代人的先決技術條件。

未來智能機器人的關鍵技術發(fā)展主要集中在以下方面：

（1）機器人機構優(yōu)化設計技術

高負重比輕量化手臂、中空手腕設計、一體化關節(jié)、新型仿生機構設計等技術。

（2）高性能運動控制技術

人機安全伺服驅動、軟PLC、動力學控制、高速高精度軌跡規(guī)劃與控制及多機器人協調等技術。

（3）智能人機交互技術

離線編程、三維仿真、VR、聲音和手勢識別、生肌電檢測等技術。

（4）智能感知認知和人工智能技術

視覺識別與定位、力控制技術、遠程故障診斷、語義理解和深度學習等技術。

智能機器人產品主要發(fā)展方向

公共服務機器人
公共服務機器人正在越來越廣泛的被應用，在餐廳、銀行、醫(yī)院、政府等公共場所中，服務機器人正逐步成為更加貼近人類的工具，在應對解決勞動力下降、實現安心安全社會、創(chuàng)建便利和幸福生活等諸多問題中發(fā)揮作用。急需開發(fā)送餐機器人、酒店服務機器人、迎賓展示機器人、導購機器人等系列化產品，在餐廳、酒店、購物中心、展館等行業(yè)實現推廣應用。

醫(yī)療康復機器人
醫(yī)療康復機器人具有精細化、智能化、微創(chuàng)化的特點，可以更精確地診斷癥狀，科學分析病理，降低人工操作失誤，并可以減少患者痛苦，使患者恢復速度加快。由于醫(yī)護人力相對缺乏，醫(yī)用機器人作為新興醫(yī)護手段具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。急需開發(fā)面向醫(yī)療輔助、康復健身等應用的骨科牽引機器人、送藥機器人、遠程醫(yī)療機器人、上下肢康復機器人等系列化產品，在醫(yī)院、康復中心等機構實現示范應用。

養(yǎng)老助殘機器人
全球人口老齡化及傷殘人士的社會保障和服務、醫(yī)療看護人員和設備嚴重不足，對輔助和護理的社會壓力以及高素養(yǎng)醫(yī)護人員的缺乏導致的供需矛盾，從多方面給社會帶來巨大的壓力和挑戰(zhàn)。養(yǎng)老助殘機器人技術與應用將使銀發(fā)一族、傷殘人士獲得更及時的照顧、更貼心的陪護、更科學的康復保健，過上更有尊嚴的生活。急需開發(fā)面向養(yǎng)老助殘應用的智能情感陪護機器人、床椅一體化機器人、護理機器人、助行機器人等系列化產品，在養(yǎng)老院、福利院、家庭等實現示范應用。

新一代機器人
面向新興制造業(yè)的需求，新一代機器人以克服傳統(tǒng)固定基座機器人的局限，提升制造過程的柔性，以柔性裝配、多機器人協調等復雜作業(yè)為目標。國外發(fā)達國家和優(yōu)勢機器人企業(yè)紛紛開展在該領域布局，以搶占未來機器人產業(yè)技術制高點，急需開發(fā)面向電子、醫(yī)藥等新興制造業(yè)的復合型機器人、一體化多關節(jié)柔性機器人、雙臂機器人等系列化產品，實現推廣應用。

工業(yè)機器人智能應用工藝軟件
隨著機器人在工業(yè)應用領域的不斷擴展，客戶產品的不斷升級換代，以及對產品加工工藝和精度要求的不斷提升，對于機器人智能化的要求也越來越高。我國工業(yè)機器人產品與國外的差距主要體現在高端智能應用方面，急需開發(fā)針對于焊接、加工、裝配、噴涂等高端行業(yè)的專用工業(yè)軟件包，完成在典型行業(yè)的產業(yè)化推廣。

智能機器人潛在應用市場
未來，隨著技術的提升，機器人的功能、性能及可靠性不斷增強，具備更高的柔性和智能化，能夠完成各種復雜的任務和精細作業(yè)，所以其應用領域也在由汽車等傳統(tǒng)領域向新興領域不斷進行擴展。

（1）服務行業(yè)：公共服務機器人、醫(yī)療康復機器人及養(yǎng)老助殘機器人

產品特點有：采用視覺、力覺、激光、超聲、紅外等多種傳感器信息融合提高機器人的智能程度，具有自主導航定位、路徑規(guī)劃、自主避障和人機交互等功能。

典型應用有：展示、引導、講解、端物品、人員識別與判斷、醫(yī)療輔助、康復健身及情感陪護等。

（2）新興制造業(yè)：柔性多關節(jié)機器人、復合型機器人及雙臂機器人

產品特點有：滿足安全、快速、易用以及高柔性的操作需求，具有高速度，高精度，小型化等優(yōu)勢。

典型應用有：精密組裝、部件分揀與裝配、生產線自動化上下料、物流運輸、及設備維修、檢測與清潔等。

（3）航空、航天領域：智能工業(yè)機器人協調作業(yè)系統(tǒng)

產品特點有：可以實現對于具有自由曲面的大尺寸工件的三維建模與機器人最優(yōu)作業(yè)軌跡規(guī)劃，完成大尺寸工件的精確作業(yè)，可實現多機器人同時無人化作業(yè)，提高作業(yè)效率。

典型應用有：工作站維修、大部件噴涂、焊接、加工作業(yè)等。

（4）物流運輸領域：室外AGV、重載AGV及激光導引AGV系統(tǒng)

產品特點有：可以實現室內、室外復雜環(huán)境集裝箱等重載物品的自動水平轉運。