一、引言

機(jī)器人系統(tǒng)以功能及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為載體，通過(guò)自主或半自主的感知、移動(dòng)、操作或人機(jī)交互，體現(xiàn)類(lèi)似于人或是生物的智能水平；它能夠擴(kuò)展人在尺度、時(shí)間、空間、環(huán)境、情感、智能以及精度、速度、動(dòng)力等方面所受到的約束和限制，并為人服務(wù)。

中國(guó)作為世界最大的機(jī)器人消費(fèi)國(guó)，除了工業(yè)機(jī)器人連續(xù) 5 年成為世界最大的市場(chǎng)外，服務(wù)機(jī)器人的需求也增長(zhǎng)顯著。各種各樣為了滿(mǎn)足不同需求的特種機(jī)器人、康復(fù)與助老助殘機(jī)器人、醫(yī)療輔助機(jī)器人等服務(wù)機(jī)器人，正在成為推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。

二、主要成果

1. 仿人機(jī)器人技術(shù)不斷突破，進(jìn)入了國(guó)際領(lǐng)先行列

仿人機(jī)器人技術(shù)是智能機(jī)器人研究的熱點(diǎn)，也是一個(gè)國(guó)家機(jī)器人研究水平的標(biāo)志。20 世紀(jì)90年代初到2000年，我國(guó)先后研制出多指關(guān)節(jié)靈巧手、雙足步行機(jī)器人和仿人機(jī)器人“先行者”，逐漸縮小了我國(guó)仿人機(jī)器人研究與世界先進(jìn)水平的差距?！笆濉逼陂g， 我國(guó)自主開(kāi)發(fā)了仿人機(jī)器人“匯童”，標(biāo)志著我國(guó)成為繼日本之后第二個(gè)掌握集機(jī)構(gòu)、控制、傳感器、電源等于一體的仿人機(jī)器人技術(shù)的國(guó)家?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)研制出國(guó)際 領(lǐng)先水平的五指靈巧手，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種形狀物體的識(shí)別、抓取和自主操作；攻克了仿生機(jī)器人動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定控制、高性能手臂一體化部件設(shè)計(jì)制造、自主實(shí)時(shí)控制操作系統(tǒng)研發(fā)、高速視覺(jué)識(shí)別算法等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了具有高度感知與運(yùn)動(dòng)控制能力的仿人機(jī)器人乒乓球?qū)梗３至藝?guó)際領(lǐng)先地位。

2. 從6000米無(wú)纜自治機(jī)器人到7000米載人深潛器，水下機(jī)器人取得重大成就

海洋資源勘探和開(kāi)發(fā)是國(guó)際激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)問(wèn)題之一，水下機(jī)器人是海洋資源勘探和開(kāi)發(fā)的重要工具。20 多年來(lái)，我國(guó)水下機(jī)器人不斷發(fā)展，從 1000 米無(wú)纜自治機(jī)器人到 6000 米無(wú)纜自治機(jī)器人，再到 7000 米載人深潛器，水下機(jī)器人取得了重大成就。我國(guó)成功地研制出首臺(tái)6000 米無(wú)纜自治機(jī)器人“探索號(hào)”，并在太平洋深水處進(jìn)行了大洋探測(cè)實(shí)驗(yàn)。深海試驗(yàn)表明，“探索號(hào)”主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，標(biāo)志著我國(guó)成為繼美、俄、法、英、日之后，擁有整套深潛探測(cè)技術(shù)能力的少數(shù)國(guó)家之一。2002年，我國(guó)啟動(dòng)了7000 米載人深潛器“蛟龍?zhí)枴钡难兄乒ぷ?，其工作范圍可以覆蓋全球海洋區(qū)域的99.8%。2012 年，蛟龍?zhí)枅A滿(mǎn)完成 7062 米的下潛任務(wù)，標(biāo)志著我國(guó)在深海高技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到了領(lǐng)先國(guó)際的先進(jìn)水平。

3. 智能化工程機(jī)械從單機(jī)產(chǎn)品到機(jī)群作業(yè)和遠(yuǎn)程維護(hù)，引領(lǐng)了工程機(jī)械行業(yè)技術(shù)升級(jí)

開(kāi)發(fā)以機(jī)器人技術(shù)為核心的智能化工程機(jī)械，是促進(jìn)工程機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要手段。在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)和“863”計(jì)劃等的支持下，工程機(jī)械行業(yè)骨干企業(yè)包括徐工、三一、中聯(lián)、山河、柳工、廈工、天工等重點(diǎn)研發(fā)了一批單機(jī)智能化、機(jī)群智能化工程機(jī)械產(chǎn)品，建立了工程機(jī)械遠(yuǎn)程智能維護(hù)系統(tǒng)，為引領(lǐng)工程機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)和提升工程機(jī)械行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力做出了重要貢獻(xiàn)。

4. 開(kāi)發(fā)出工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品，推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化

工業(yè)機(jī)器人作為制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，“九五”期間，我國(guó)掌握了工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和集成技術(shù)，研制出弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、切割機(jī)器人、仿型噴涂機(jī)器人、平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人、直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人、移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人、移動(dòng)包裝機(jī)器人等一批國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品?！笆晃濉逼陂g，研制出 30 臺(tái) 165 kg 和 2 臺(tái) 210 kg 點(diǎn)焊機(jī)器人產(chǎn)品并成功應(yīng)用于奇瑞汽車(chē)焊裝自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，國(guó)產(chǎn)弧焊機(jī)器人、移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人、包裝搬運(yùn)機(jī)器人等達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。2010 年，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)銷(xiāo)售幾百臺(tái)套，帶動(dòng)幾百億元的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人自動(dòng)化成套生產(chǎn)線(xiàn)銷(xiāo)售額，走出了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的第一步。

5. 特種機(jī)器人從無(wú)到有，特種機(jī)器人品種和應(yīng)用不斷壯大

特種機(jī)器人通常指工作在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人，始終是智能機(jī)器人技術(shù)研究的重點(diǎn)。我國(guó)特種機(jī)器人從無(wú)到有、品種不斷豐富、應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，奠定了特種機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。20 多年來(lái)，我國(guó)先后研制出一大批特種機(jī)器人，并投入使用，如輔助骨外科手術(shù)機(jī)器人和腦外科機(jī)器人成功用于臨床手術(shù)，低空飛行機(jī)器人在南極科考中得到應(yīng)用，微小型探雷掃雷機(jī)器人參加了國(guó)際維和掃雷行動(dòng)，空中搜索探測(cè)機(jī)器人、廢墟搜救機(jī)器人等地震搜救機(jī)器人成功問(wèn)世，細(xì)胞注射微操作機(jī)器人已應(yīng)用于動(dòng)物克隆實(shí)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)首臺(tái)腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)物試驗(yàn)并通過(guò)了鑒定，反恐排爆機(jī)器人已經(jīng)批量裝備公安和武警部隊(duì)等。

三、國(guó)內(nèi)外發(fā)展比較與趨勢(shì)

（一）國(guó)內(nèi)外發(fā)展比較

1. 工業(yè)機(jī)器人

中國(guó)已經(jīng)成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，但是從國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用行業(yè)、應(yīng)用類(lèi)型等方面細(xì)致比較，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的機(jī)器人產(chǎn)品存在顯著差異，國(guó)外機(jī)器人在高端應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在核心零部件生產(chǎn)方面，目前全球機(jī)器人行業(yè)，75% 的精密減速機(jī)被日本的 Nabtesco 和 Harmonic Drive 兩家公司壟斷；而交流伺服電機(jī)及控制器基本被日本、德國(guó)、美國(guó)壟斷，我國(guó)機(jī)器人關(guān)鍵部件不具備競(jìng)爭(zhēng)力。 從機(jī)器人使用密度上來(lái)看，我國(guó)目前工業(yè)機(jī)器人使用密度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全球平均水平，離日本、韓國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家更是有很大差距。

2. 特種機(jī)器人

旋翼飛行機(jī)器人（無(wú)人機(jī)）作為一種具有代表性的特種機(jī)器，一直備受關(guān)注。在民用領(lǐng)域，與美國(guó)相比中國(guó)的無(wú)人機(jī)企業(yè)數(shù)多于美國(guó)，中國(guó)無(wú)人機(jī)企業(yè)以研發(fā)制造為主，而美國(guó)無(wú)人機(jī)企業(yè)主要進(jìn)行創(chuàng)新服務(wù)；在軍用領(lǐng)域，歐美無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及技術(shù)的研究具有代表性。2016 年國(guó)家地區(qū)或軍方新發(fā)布的四個(gè)具有代表性的無(wú)人機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略或路線(xiàn)圖分別為：丹麥的國(guó)家無(wú)人機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略、歐洲通用無(wú)人機(jī)項(xiàng)目——“歐洲中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)”（MALE RPAS）項(xiàng)目定義研究、美國(guó)空軍《小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)飛行計(jì)劃：2016 — 2036 年》以及美國(guó)海軍無(wú)人系統(tǒng)路線(xiàn)圖。

水下機(jī)器人方面，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到 2009 年年底，大約有 461 個(gè)型號(hào)近 6000 臺(tái)遙控水下機(jī)器人在運(yùn)行，全球有超過(guò) 300 家專(zhuān)業(yè)從事遙控水下機(jī)器人研制、生產(chǎn)和售后服務(wù)的企業(yè)。我國(guó)在 6000 米無(wú)纜自治機(jī)器人、7000 米載人深潛器水下機(jī)器人研究方面比肩美國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；我國(guó)水下滑翔機(jī)創(chuàng)造的 91 天續(xù)航時(shí)間和 1884 千米續(xù)航距離，使我國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)具有跨季度的自主移動(dòng)海洋觀測(cè)能力的國(guó)家。

3. 服務(wù)機(jī)器人

在康復(fù)機(jī)器人方面，國(guó)際上具有代表性的研究機(jī)構(gòu)及成果包括法國(guó) KINETEC 公司推出的 Maestra 便攜式手指康復(fù)機(jī)器人、冰島的 Ossur 公司研發(fā)的多種假肢、比利時(shí)布魯塞爾大學(xué)的踝關(guān)節(jié)假肢 AMP-Foot、英國(guó)的 i-Limb 靈巧手、日本 Nabco 公司的 NI-C411 假肢腿、意大利巴勒莫大學(xué)的 SmartLeg 智能假肢腿等。在家政服務(wù)機(jī)器人方面，美國(guó)雖然對(duì)服務(wù)機(jī)器人的研究投入沒(méi)有日本多，但產(chǎn)業(yè)化和公司運(yùn)作做得很成功，在產(chǎn)品定位與開(kāi)拓方面做得比日本和韓國(guó)出色，培育了像 iRrobot 和 WOWWEE 這些專(zhuān)門(mén)做機(jī)器人的公司。而日本 NEC 公司開(kāi)發(fā)的伴侶機(jī)器人 PaPeRo、ZMP 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 Nuvo 管家機(jī)器人、日本 NEC 公司開(kāi)發(fā)了伴侶機(jī)器人 PaPeRo 都具有代表性。

中國(guó)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，服務(wù)機(jī)器人相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量持續(xù)高速增長(zhǎng)，但個(gè)人 / 家庭類(lèi)相關(guān)專(zhuān)利較少。我國(guó)目前在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)還有待成熟，在關(guān)鍵零部件和機(jī)器單體方面和國(guó)外還存在較大差距。雖然在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的研究我國(guó)起步晚，但是在 2015 年提出的《中國(guó)制造 2025》規(guī)劃綱要中，已經(jīng)明確將服務(wù)機(jī)器人列為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。

（二）智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)

1. 傳感技術(shù)發(fā)展迅速

作為機(jī)器人基礎(chǔ)的傳感技術(shù)有了新的發(fā)展，各種新型傳感器不斷出現(xiàn)，例如：超聲波觸覺(jué)傳感器、靜電電容式距離傳感器、基于光纖陀螺慣性測(cè)量的三維運(yùn)動(dòng)傳感器，以及具有工件檢測(cè)、識(shí)別和定位功能的視覺(jué)系統(tǒng)等。多傳感器集成與融合技術(shù)在智能機(jī)器人上獲得應(yīng)用。單一傳感信號(hào)難以保證輸入信息的準(zhǔn)確性和可靠性，不能滿(mǎn)足智能機(jī)器人系統(tǒng)獲取全面、準(zhǔn)確環(huán)境信息以提升決策能力的要求。采用多傳感器集成和融合技術(shù)，可利用傳感信息，獲得對(duì)環(huán)境的正確理解，使機(jī)器人系統(tǒng)具有容錯(cuò)性，保證系統(tǒng)信息處理的快速性和正確性。

2. 運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)

智能機(jī)器人和高級(jí)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)單緊湊，其高性能部件，甚至全部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已向模塊化方向發(fā)展；其驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電機(jī)，向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化發(fā)展，采用高速CPU和32 位芯片、多處理器和多功能操作系統(tǒng)， 提高機(jī)器人的實(shí)時(shí)和快速響應(yīng)能力。機(jī)器人軟件的模塊化簡(jiǎn)化了編程，發(fā)展了離線(xiàn)編程技術(shù)，提高了機(jī)器人控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。

在生產(chǎn)工程系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)器人，使自動(dòng)化發(fā)展為綜合柔性自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化和機(jī)器人化。近年來(lái)，機(jī)器人生產(chǎn)工程系統(tǒng)獲得不斷發(fā)展。汽車(chē)工業(yè)、工程機(jī)械、建筑、電子和電機(jī)工業(yè)以及家電行業(yè)在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，引入高級(jí)機(jī)器人技術(shù)，采用柔性自動(dòng)化和智能化設(shè)備，改造原有生產(chǎn)手段，使機(jī)器人及其生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展呈上升趨勢(shì)。

3. 微型機(jī)器人開(kāi)發(fā)有突破

微型機(jī)器和微型機(jī)器人為 21 世紀(jì)的尖端技術(shù)之一。我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出手指大小的微型移動(dòng)機(jī)器人，可用于進(jìn)入小型管道進(jìn)行檢查作業(yè)。預(yù)計(jì)將生產(chǎn)出毫米級(jí)大小的微型移動(dòng)機(jī)器人和直徑為幾百微米的醫(yī)療機(jī)器人，可讓它們直接進(jìn)入人體器官，進(jìn)行各種疾病的診斷和治療，而不傷害人的健康。微型驅(qū)動(dòng)器是開(kāi)發(fā)微型機(jī)器人的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。它將對(duì)精密機(jī)械加工、現(xiàn)代光學(xué)儀器、超大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代生物工程、遺傳工程和醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)生重要影響。微型機(jī)器人在上述工程中將大有用武之地。

4. 新型機(jī)器人開(kāi)發(fā)有突破

顯遠(yuǎn)或遙現(xiàn)（telepresence或telexistance），被稱(chēng)為臨場(chǎng)感。這種技術(shù)能夠測(cè)量和估計(jì)人對(duì)預(yù)測(cè)目標(biāo)的擬人運(yùn)動(dòng)和生物學(xué)狀態(tài)，顯示現(xiàn)場(chǎng)信息，用于設(shè)計(jì)和控制擬人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)是新近研究的智能技術(shù)，它是一種對(duì)事件的現(xiàn)實(shí)性從時(shí)間和空間上進(jìn)行分解后重新組合的技術(shù)。這一技術(shù)包括三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、多傳感器的交互接口技術(shù)以及高清晰度的顯示技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可應(yīng)用于遙控機(jī)器人和臨場(chǎng)感通信等領(lǐng)域。例如，可從地球上對(duì)火星探測(cè)機(jī)器人進(jìn)行遙控操作，以采集火星表面上的土壤。

形狀記憶合金（SMA）被譽(yù)稱(chēng)為智能材料。SMA 的電阻隨溫度的變化而改變，導(dǎo)致合金變形，可用來(lái)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，完成傳感和驅(qū)動(dòng)功能。可逆形狀記憶合金（RSMA）也在微型機(jī)器人上得到了應(yīng)用。

多自主機(jī)器人系統(tǒng)（MARS）是近年來(lái)開(kāi)始探索的又一項(xiàng)智能技術(shù)，它是在單體智能 機(jī)器發(fā)展到需要協(xié)調(diào)作業(yè)的條件下產(chǎn)生的。多個(gè)機(jī)器人具有共同的目標(biāo)，完成相互關(guān)聯(lián)的動(dòng)作或作業(yè)。MARS 的作業(yè)目標(biāo)一致，信息資源共享，各個(gè)局部（分散）動(dòng)作的主體在全局環(huán)境下感知、行動(dòng)、受控和協(xié)調(diào)，是群控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展。在諸多新型智能技術(shù)中， 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別、檢測(cè)、控制和規(guī)劃方法的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用占有重要的地位。基于專(zhuān)家系統(tǒng)的機(jī)器人規(guī)劃獲得新的發(fā)展，除了用于任務(wù)規(guī)劃、裝配規(guī)劃、搬運(yùn)規(guī)劃和路徑規(guī)劃外，還用于自動(dòng)抓取方面。

5. 移動(dòng)機(jī)器人自主性逐步提高

近年來(lái)，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究受到重視，自主式移動(dòng)機(jī)器人是研究最多的一種。自主機(jī)器人能夠按照預(yù)先給出的任務(wù)指令，根據(jù)已知的地圖信息做出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過(guò)程中，不斷感知周?chē)植凯h(huán)境信息，自主地做出決策，引導(dǎo)自身繞開(kāi)障礙物，安全行駛到達(dá)指定目標(biāo)，并執(zhí)行要求的動(dòng)作與操作。移動(dòng)機(jī)器人在工業(yè)和國(guó)防上具有廣泛的應(yīng)用前景，如清洗機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、巡邏機(jī)器人、防化偵察機(jī)器人、水下自主作業(yè)機(jī)器人、飛行機(jī)器人等。

四、需求與展望

（一）智能機(jī)器人發(fā)展的重點(diǎn)方向

首先，針對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，重點(diǎn)發(fā)展面向裝備制造業(yè)的 6 類(lèi)機(jī)器人系統(tǒng)，包括新一代與人合作型機(jī)器人系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)引機(jī)器人系統(tǒng)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)、激光加工機(jī)器人系統(tǒng)、真空機(jī)器人系統(tǒng)、潔凈機(jī)器人系統(tǒng)等的研發(fā)。

其次，在特種機(jī)器人類(lèi)別中，優(yōu)先發(fā)展旋翼飛行機(jī)器人、水下機(jī)器人、空間機(jī)器人等幾種具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)的特種機(jī)器人。

再次，在服務(wù)機(jī)器人類(lèi)別中，優(yōu)先發(fā)展面向醫(yī)療的脊柱微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)、面向康復(fù)的手部康復(fù)及行為輔助機(jī)器人系統(tǒng)、面向助殘的智能假肢機(jī)器人系統(tǒng)以及面向老年維護(hù)的家政服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)等 4 種機(jī)器人。

最后，面向工業(yè) 4.0 新型制造體系的需求，研發(fā)智能化設(shè)備與裝置、全覆蓋管控一體化網(wǎng)絡(luò)、新型數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、分布式智能控制系統(tǒng)、智能決策與管理系統(tǒng)、支撐制造產(chǎn)品全生命周期管理的信息服務(wù)平臺(tái)，研發(fā)面向航空、軍工、汽車(chē)、自動(dòng)化儀表、高端電子等典型行業(yè)的基于機(jī)器人的智能化柔性裝配和制造生產(chǎn)系統(tǒng)。

具體的機(jī)器人系統(tǒng)與相關(guān)應(yīng)用行業(yè)及技術(shù)的關(guān)系如圖 1 所示。

（二）智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)

與各類(lèi)機(jī)器人系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，我國(guó)發(fā)展智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)包括：

1. 機(jī)器人本體及關(guān)鍵零部件技術(shù)

面向未來(lái)智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展需求，研究開(kāi)發(fā)伺服電機(jī)技術(shù)和減速機(jī)技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)新型材料（形狀記憶合金、化合物等）技術(shù)、視覺(jué)和激光等新型感知技術(shù)，為智能機(jī)器人能力的進(jìn)一步提升提供原動(dòng)力。

2. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

面向新工業(yè)革命的需求，研發(fā)下一代工業(yè)機(jī)器人及機(jī)器人操作系統(tǒng)，在柔順機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)、非結(jié)構(gòu)環(huán)境理解、實(shí)時(shí)認(rèn)知技術(shù)、人機(jī)協(xié)同任務(wù)規(guī)劃技術(shù)、自適應(yīng)與可重構(gòu)裝配技術(shù)、安全性技術(shù)等方面進(jìn)行技術(shù)變革，通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的信息技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的融合，促進(jìn)機(jī)器人綜合能力的提升，實(shí)現(xiàn)與人的緊密協(xié)作，提升制造系統(tǒng)的智能化， 滿(mǎn)足新工業(yè)革命對(duì)個(gè)性化制造模式的要求，其核心技術(shù)路線(xiàn)圖如表 1 所示。

3. 特種機(jī)器人技術(shù)

發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋探測(cè)技術(shù)，研發(fā)面向資源勘探、捕撈救援、環(huán)境監(jiān)測(cè)等需求的系列化海洋裝備，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提供我國(guó)在深遠(yuǎn)海國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的技術(shù)支撐與能力保障；研發(fā)國(guó)防建設(shè)急需的無(wú)人化機(jī)器人裝備，包括面向海陸空單一環(huán)境和多棲環(huán)境的無(wú)人偵查及作戰(zhàn)機(jī)器人系統(tǒng)、增強(qiáng)單兵能力的助力機(jī)器人、智能光電系統(tǒng)等；研發(fā)面向極地科考、核電站巡檢、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等需求的特種機(jī)器人系統(tǒng)，其核心技術(shù)路線(xiàn)圖如表 2 所示。

4. 服務(wù)機(jī)器人技術(shù)

研究開(kāi)發(fā)可在特定環(huán)境下（如家庭、醫(yī)院、賓館等）為非專(zhuān)業(yè)人員提供服務(wù)的智能機(jī)器人技術(shù)。針對(duì)醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人，為了豐富傳統(tǒng)醫(yī)療康復(fù)手段、提升醫(yī)療康復(fù)水平，研究高靈巧度的操作手臂、基于醫(yī)學(xué)影像引導(dǎo)的手術(shù)操作系統(tǒng)、基于傳感器的健康數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、定量診斷和評(píng)估系統(tǒng)、機(jī)器人行為的安全保障系統(tǒng)，研制專(zhuān)科型手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、穿戴式智能假肢機(jī)器人系統(tǒng)、特殊需求人群的個(gè)性化護(hù)理機(jī)器人、人體腔道介入機(jī)器人等，其核心技術(shù)路線(xiàn)圖如圖 4 所示。

此外，與機(jī)器人相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)、基礎(chǔ)教育等相關(guān)內(nèi)容也是未來(lái)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

5. 共融機(jī)器人技術(shù)

近幾年來(lái)，隨著世界發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛將機(jī)器人作為國(guó)家計(jì)劃進(jìn)行了細(xì)致的梳理和規(guī)劃， 對(duì)于智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的分析與預(yù)測(cè)在全世界得到了熱烈討論。美國(guó)于 2011年啟動(dòng)的先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃（the Advanced Manufacturing Partnership，AMP）中明確指出：“下一代機(jī)器人將與人類(lèi)操作者緊密合作，為產(chǎn)業(yè)工人、健康服務(wù)者、士兵、手術(shù)醫(yī)生以及宇航員等完成復(fù)雜任務(wù)提供新的能力”，這是迄今為止國(guó)家級(jí)計(jì)劃中對(duì)下一代機(jī)器人功能內(nèi)涵的最清晰描述。歐盟在第七框架計(jì)劃（2007 — 2013）中歸納出下一代機(jī)器人的核心特征：安全、自主的“人—機(jī)器人—物理世界”的交互，并給出了其所包含的 7 方面共性關(guān)鍵技術(shù)。在 2013 年 4 月德國(guó)推出的工業(yè) 4.0 計(jì)劃中也明確指出，智能工廠(chǎng)、智能生產(chǎn)是第四次工業(yè)革命的主題；而這種“智能”的物理實(shí)體就是機(jī)器人，通過(guò)智能機(jī)器人、機(jī)器設(shè)備以及人之間的相互合作，提高生產(chǎn)過(guò)程的智能性。

除了上述國(guó)家級(jí)的規(guī)劃，作為傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的使用大戶(hù)、也是使用期最長(zhǎng)的用戶(hù)， 美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM）給出了下一代機(jī)器人的發(fā)展期望。GM 明確指出，下一代制造業(yè)的使能技術(shù)是具有人的能力的機(jī)器人。

2008 年起，中國(guó)科學(xué)院開(kāi)始組織全院力量論證新一代機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向，經(jīng)過(guò)五年的調(diào)研、討論與總結(jié)，提出未來(lái)的新一代智能機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)該從更多方面模仿人，尤其是，機(jī)器人與人之間應(yīng)該更多地表現(xiàn)出一種和諧共存、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的合作伙伴關(guān)系，即與人共融是新一代機(jī)器人系統(tǒng)的最本質(zhì)特征。2016 年，國(guó)家自然科學(xué)基金委發(fā)布了“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃，旨在推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。

五、結(jié)束語(yǔ)

信息技術(shù)的快速發(fā)展，促使工業(yè)機(jī)器人必須提高運(yùn)動(dòng)能力和快速編程能力，實(shí)現(xiàn)快速高精度的三點(diǎn)定位；人工智能和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)器人提供強(qiáng)大的“后腦”，促進(jìn)其智能水平的提高；材料科學(xué)的發(fā)展，使機(jī)器人使用人造肌肉成為可能，制成所謂“軟件機(jī)器人”，帶來(lái)機(jī)器人領(lǐng)域的革命；與腦科學(xué)的結(jié)合，可以使機(jī)器人的一些行為直接受控于人；與生命科學(xué)的結(jié)合，將產(chǎn)生類(lèi)生命機(jī)器人。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的涌現(xiàn)，能夠與作業(yè)環(huán)境、人和其他機(jī)器人自然交互、自主適應(yīng)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境并協(xié)同作業(yè)的機(jī)器人，即共融機(jī)器人的概念被提出。未來(lái)，智能機(jī)器人必將朝著共融機(jī)器人的方向發(fā)展，能與人合作的機(jī)器人將是理想的作業(yè)裝備，而與人共融的程度，將是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要坐標(biāo)。

在智能機(jī)器人蓬勃發(fā)展的同時(shí)，我們應(yīng)針對(duì)當(dāng)前智能機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，分析機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用前景，明確機(jī)器人基礎(chǔ)領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展需求與面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，尋求解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)所需要的技術(shù)路徑與手段；橫向?qū)Ρ葒?guó)外的相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合我國(guó)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀，制定符合我國(guó)國(guó)情的智能機(jī)器人發(fā)展路線(xiàn)圖，為后續(xù)智能機(jī)器人研究提供系統(tǒng)、明確的發(fā)展目標(biāo)，為相關(guān)科技政策的制定提供政策建議，為相關(guān)項(xiàng)目的布局和規(guī)劃提供依據(jù)。