近年来国内外机器人发展 与运用综述我国机器人发展战略之我见姓名： 班级： 学号： 指导教师： 2010-5-29近年来国内外机器人发展与运用综述2前言1920 年，一个捷克作家（K-恰彼克）写了一个剧本Rossum Universal Robot 。剧中有一个长得像人，而且动作也像人，可以整日工作，不知疲倦的机器人名叫罗伯特 robot。此后“robot”这一词就向全世界铺展开来，它体现了人类长期的一种愿望，这种愿望就是创造出一种机器，能够代替人进行各种工作。这种想法成为机器人产生的一种客观的要求。一、国内外机器人技术的发展与运用目前，机器人还没有一个明确的定义，国际标准化组织（ISO）采纳了美国机器人协会给“机器人”下的定义：“一种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程动作的专门系统” 。而机器人的外表不一定像人，或者根本不像人。制造机器人的目的是为了让机器人能具有人的劳动机能，来代替人工作，减轻人的劳动负担。机器人学是一门综合性很强的学科。它与现代科学技术的机械学、机构学、力学、数学、计算机学、控制论、人工智能、电子工程、仿生学、行为学、认知论等都有着密切的联系。这些科学技术的发展推动了机器人学的发展，而机器人学的发展反过来也推动了这些相关科学的发展。1942 年美国科幻巨匠阿西莫夫提出了“机器人三定律” 。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来却成为了学术界默认的研发原则。自从 20 世纪 60 年代人类制造了第一台工业机器人以来，机器人就显示出了极强的生命力。在经过 40 年的飞速发展之后，在工业发达国家，机器人已经广泛应用各领域中。其按用途可分为：工业机器人、海洋开发机器人、极限环境机器人、宇宙开发机器人、军事应用机器人、农牧业机器人、医疗福利机器人、类人机器人、娱乐竞赛机器人等。20 世纪 50 年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人。60 年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用。近些年，国际上工业机器人技术日趋成熟，已经成为制造行业的一种标准设备而在工业界广泛应用。而现在比较著名的工业机器人有瑞典的近年来国内外机器人发展与运用综述3ABB、日本的 FANUC、Yaskwa、德国的 KU 鄄 KA、美国的 AdeptTechnology、意大利的 COMAU 等。据相关统计数据表明，工业机器人主要用于汽车工业及汽车零部件工业，这部分占整个机器人市场的 61%。工业机器人一般由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置等构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。其中，焊接机器人可用于汽车车身装焊、汽车零部件焊接等方面，代替人在恶劣的环境下工作，改善了手工焊、专机焊焊接质量不易保证，生产柔性差的缺点，减轻了人的劳动强度，适应了现代汽车生产的需要。此外，工业机器人还用于喷漆、喷涂，搬运、上下料，加工、装配等各个方面。目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。随着科学技术的发展，人们对个领域的研究不断深入，精益求精，提出了新的要求的目标，所以除了工业机器人，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。（1）水下机器人：美国的 AUSS、俄罗斯的 MT-88、法国的 EPAVLARD 等水下机器人已用于海洋石油开采，海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面，形成了有缆水下机器人（remote operated vehicle）和无缆水下机器人（autonomous under water vehicle）两大类。（2）空间机器人：空间机器人一直是先进机器人的重要研究领域。目前美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人。如美国 NASA 的空间机器人 Sojanor等。Sljanor 是一辆自主移动车，重量为 11.5kg，尺寸 63048mm，有 6 个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关注。（3）核工业用机器人：国外的研究主要集中在机构灵巧，动作准确可靠、反应快、重量轻、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手，以及半自主和自主移动机器人。已完成的典型系统，如美国 ORML 基于机器人的放射性储罐清理近年来国内外机器人发展与运用综述4系统、反应堆用双臂操作器，加拿来大研制成功的辐射监测与故障诊断系统，德国的 C7 灵巧手等。（4）地下机器人：地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两在类。主要研究内容为：机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。目前日、美、德等发达国家已研制出了地下管道和石油、天然气等大型管道检修用的机器人，各种采机器人及自动化系统正在研制中。（5）医用机器人：医用机器人的主要研究内容包括：医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。美国已开展临场感外科（telepresence surgery）的研究，用于战场模拟、手术培训、解剖教学等。法、英、意、德等国家联合开展了图像引导型矫形外科（telematics）计划、袖珍机器人（biomed）计划以及用于外科手术的机电手术工具等项目的研究，并已取得一些卓有成效的结果。（6）建筑机器人：日本已研制出 20 多种建筑机器人。如高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、地面抛光机器人、擦玻璃机器人等，并已实际应有和。美国卡内基梅隆重大学、麻省理工学院等都在进行管道挖掘和埋设机器人、内墙安装机器人等型号的研制、并开展了传感器、移动技术和系统自动化施工方法等基础研究。英、德、法等国也在开展这方面的研究。（7）军用机器人：近年来，美、英、法、德等国已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、嗅和角摸能力，能够 自动跟踪地形和选择道路，并且具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。如美国的 Navplab 自主导航车、SSV 半自主地面战车，法国的自主式快速运动侦察车（DARDS），德国 MV4 爆炸物处理机器人等。目前美国 ORNL 正在研制和开发 Abrams 坦克、爱国者导弹装电池用机器人等各种用途的军用机器人、美国战斗机械狗等。二、我国机器人产业面临的挑战与发展战略目前国内外机器人技术正朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集近年来国内外机器人发展与运用综述5中在工业机器人操作机结构的优化设计技术，机器人控制技术，多传感系统，一体化技术，遥感及监控技术，虚拟机器人技术，多智能体调控技术，微型和微小机器人技术，软件机器人技术，仿生和仿人技术等这些方面。工业机器人性能不断提高，机械结构模块化、重构化，控制系统标准化、网络化。21 世纪，机器人化机械开始兴起，机器人技术成为影响我国发展的一个至关重要的因素，所以机器人技术的发展与应用对我国至关重要。随着新兴应用领域的不断发展及传统汽车产业的需求，我国机器人的需求不断增加，特别是制造业的发展使机器人的应用保持稳定增长的势头。中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，随着产业结构调整升级不断深入和国际制造也中心向中国转移，我国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，然而，我国自己工业机器人的发展却存在很多不利因素，限制了我国机器人的应用。首先，近年来我国引进了大量的先进技术，对提升我国的科研水平起到了重要的作用，但是我国的行业自主创新意识和能力不强，加之我国机器人技术的研究起步晚，技术储备和发达国家有很大的差距，所以我国自主创新的能力相对较弱，机器人研发的水平与机器人需求不能很好的适应，导致我国绝大部分的机器人需要国外进口，这使我国的发展在一定程度上对国外的技术产生了依赖性，受到了技术制约。所以我国应着重培养机器人方面的创造型人才，为国家以后发展储备一直比较强大的队伍，使我国的机器人技术可以稳步长足发展。其次，我国进口的工业机器人主要来自日本，2004 年日本对华出口的机器人占我国进口的工业机器人的一半，其他欧洲品牌机器人，如ABB、KUKA、COMAU 等，占据市场的另一半。 近年随着我国经济快速增长，特别是汽车业的高速发展，每年新增工业机器人的台数和总量都在快速增长。在我国制造业从劳动密集型向现代化方向发展的同时，机器人保有量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。我国机器人需求的不断增长与我国机器人的开发生产技术相对较弱、产业化规模小形成的强烈的反差，这为我国机器人产业化提供了很大的发展空间。面对中国这样庞大的市场，每一个机器人供应商都有着非常大的用武之地。 目前，我国的不少机器人实现了小批量生产，但是规模小，不能形成自己的品牌，一些基础零部件的制造在能力低，精近年来国内外机器人发展与运用综述6度差，造成一些关键的零部件依赖进口，造成我国一些产品制造的成本提高，使市场价格上涨，影响了机器人的推广，从而一定程度抑制了机器人应用的推广。另外，由于我国人口众多，劳动力廉价，所以让你们运用机器人代替人类工作的意识不强；并且如果机器人迅速席卷，大量的工作由机器人来做，会导致劳动力需求下降，那么中国 13 亿人口将有很大一部分没有工作可做，失去生活来源，这种情况也在某程度上使机器人的广泛运用受到了抑制。中国机器人产业现在正处于关键的转折点。鉴于以上种种因素，第一，政府应增大对机器人技术研究的鼓励政策和经济支持，重视基础项目的研究；第二，鼓励机器人产业发展，投资支持机器人的研究开发，并进行重点突破；第三，鼓励企业应用自己民族的机器人产品，从而摆脱对进口机器人的依赖性，发展自己民族的机器人产业，并且开拓国外机器人市场；第四，鼓励基础部件的开发研究，降低机器人开发的成本，促进机器人产业化、规模化生产，降低机器人市场价格，使机器人更易于被接受，能广泛的应用到生活中去，而不是对家用机器人等望而却步；第五，对机器人前沿科技的研究给予大力支持，加强国际合作，学习他国的先进技术，提升本国自主研制开发能力；第六，重点培养专业人才，加强研制队伍实力。21 世纪对我国机器人产业的发展既是机遇又是挑战，我们要认清现状和发展方向，确定明确的发展目标，制订和执行积极可行的发展对策，这样才能使中国的机器人事业抓好机遇，有长足的发展和进步。主要参考文献：题名：我国机器人学的发展战略作者：蔡自兴题名：工业机器人何时能有中国国籍作者：李瑞峰 近年来国内外机器人发展与运用综述7题名：2011 年我国各类工业机器人市场保有量将达 48,600 台