一、机器人技术十大趋势

1、人工智能

2、边缘计算

、网络安全

4、工业互联网

5、云机器人

6、机器人卓越中心(CoE)

7、开放式流程自动化(OPA)

8、事半功倍的轻量化设计

9、可定制的机器人

10、柔软的自愈机器人

二、机器人技术发展进程

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

按照通常的方法，机器人按发展进程一般可分为三代：

第一代的机器人是一种“遥控操作器”；

第二代的机器人是一种按人事先编好的程序对机器人进行控制，使其自动重复完成某种操作的方式；

第三代机器人是智能机器人，它是利用通过各种传感器、测量器等来获取环境的信息，然后利用智能技术进行识别、理解、推理并最后作出规划决策，能自主行动实现预定目标的高级机器人。

机器人分类

机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人：

◆地面军用机器人

地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆.地面军用机器人又可分为自主车辆和半自主车辆。

◆无人机

被称为空中机器人的无人机是军用机器人中发展最快的家族。

◆水下机器人

水下机器人分为有人机器人和无人机器人两大类◆空间机器人

空间机器人是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。

民用机器人：

◆工业机器人

工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机。

◆服务机器人

服务机器人是一种可自由编程的移动装置，它至少应有三个运动轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。

◆娱乐机器人

娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征

◆类人机器人

研制出性能优异的类人机器人，其最大的难关就是双足直立行走。

◆农业机器人

在农业机器人的方面，目前日本居于世界各国之首。

三、机器人技术十大发展趋势

01人工智能

人工智能技术，尤其是机器学习(ML)，是智能工业机器人发展不可或缺的一部分，它可以根据对来自传感器阵列的数据的解释来预测和适应某些情况。某些人工智能技术需要进一步发展，包括计算机视觉、对话平台和上下文感知计算，以将工业自动化和工业机器人技术提升到一个新的水平。神经形态处理器（模拟人脑结构的芯片）将成为下一代机器人的重要组成部分。他们使用相关数据的基本库进行培训，然后通过处理感官输入来教他们自己思考。最终，这些芯片将利用他们获得的技能，使用关联和概率来执行分配的任务

02边缘计算

尽管很多机器人技术可以从云端完成，但安全和延迟问题意味着许多机器人必须能够处理有关其操作环境的实时数据并立即做出响应。由于较低的延迟，边缘计算有可能提高机器人的性能，同时提高安全性，因为边缘比云更安全。当与机器人技术自包含的“感知-决策-行动”固件循环相结合时，边缘计算将使网络攻击更加困难。

0网络安全

广泛实施机器人的主要挑战之一是网络攻击的威胁。机器人，尤其是那些联网的机器人，极易受到“黑客”攻击。让它们不受保护可能会导致对关键应用程序和系统的未经授权的访问，进而可能导致敏感信息的丢失、被盗、破坏或不当使用。“黑客”甚至可以控制机器人并破坏机器人功能以生产有缺陷的最终产品并导致生产停机。因此，机器人制造商被迫在设计和开发阶段专注于安全，并投资于有效的安全解决方案。最新的工业网络安全管理解决方案解决了与工业自动化设备、应用程序和工厂相关的风险。这些解决方案使企业能够遵守行业特定的网络安全法规，例如北美电力可靠性公司关键基础设施保护(NERCCIP)。

04工业互联网

几十年来，工业机器和过程一直受到实时监控，监督控制和数据采集(SCADA)等技术自年代以来就已经存在。然而，工业互联网意味着系统之间的互联程度更高，并假设监控数据将超越工厂边界，由基于云的服务消费和管理。虽然未来工厂和工业4.0令人兴奋，但现有工厂、机器和流程代表了工业互联网的主要机会。最大的短期收益将来自为当今的工业基础设施改造先进的通信和管理功能。

05云机器人

人工智能的进步促进了机器人的发展，使它们成为高度复杂的产品，而不是过去的独立、固定功能的机器。这反过来又增加了机器人可以执行的角色数量。这一发展的核心是云计算，它允许更快速、更安全、更大规模地管理传感、计算和内存。云机器人领域的领导者结合了基础设施和人工智能能力，即亚马逊、谷歌、IBM和微软。除了实现人工智能之外，在机器人技术中使用云还有可能改变技术的使用方式。

06机器人卓越中心(CoE)

机器人CoE负责开发和实施高效、高效并能响应行业需求的机器人解决方案。这些解决方案可确保公司实现其自动化目标。简单来说，CoE收集、评估和管理简化机器人解决方案部署的信息。

07开放式流程自动化(OPA)

传统上，控制器等机器人组件仅与同一家公司生产的产品兼容。例如，西门子控制器只能与西门子产品一起使用，而ABB控制器只能与ABB产品一起使用。各种组织现在都在努力摆脱这些限制，并建立一个开放系统，使机器人组件普遍兼容。这些努力促成了OPA的发展，它允许技术供应商与各种组织合作，以生产可以简化机器人集成的标准、安全和开放的架构，从而产生供应商中立的解决方案。埃克森美孚发起了旨在构建能够转变为商业上可行的OPA系统的原型的计划。它可以通过为具有可适应变化的可扩展系统的机器人组件开发分布式、模块化和基于标准的架构来实现。

08事半功倍的轻量化设计

年代的机器人将更小更轻。这将使它们更灵活、更具成本效益且易于部署。轻量化设计的趋势适用于机器人的身体和大脑。几家公司正在投资优化操作系统、软件和编程。学术界也在为一些最复杂的问题开发解决方案，例如轨迹简化，旨在让机器人更好地在环境中导航。

09可定制的机器人

尽管机器人已经在不同的行业中流行起来，但设计和建模机器人是乏味、繁琐且昂贵的。此外，在后期适应较小的更改或修改可以进一步延长该过程。作为回应，制造商正试图创建可定制的机器人原型。例如，初创公司大象机器人（ElephantRobotics）开发了一种低成本的智能机械臂，具有六个自由度，可以适应多种场景和应用。

10柔软的自愈机器人

软机器人由软材料或聚合物制成，而不是传统的金属。这些材料赋予机器人有机特征，复制肌肉的工作方式。正在研究使它们能够自我修复，这将使它们更加灵活和适应性强。自我修复机器人仍处于起步阶段，但预计将继续研究以改进技术。

三、我国机器人技术发展现状及未来前景

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。

但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。

我国的智能机器人和特种机器人在“86”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种。

在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。

四、“十五”目标及主要研究内容

1．目标

根据国内外机器人发展的经验、现状及近几年的动态，结合当前国内经济发展的具体情况，“十五”期间机器人技术应重点开展智能机器人、机器人化机械及其相关技术的开发及应用；开展以机器人为基础的重组装配系统及其相关技术的开发研究及加强多传感器融合及决策、控制一体化技术及应用的研究。重点解决我国已研制应用多年的示教再现型工业机器人的产业化前期关键技术，大力推进其产业化进程，力争在“十五”末期实现喷涂、焊接、装配等机器人的产业化。

2．主要研究内容

（1）示教再现型工业机器人产业化技术研究

①关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。

②柔性仿形喷涂机器人开发：柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发，整机安全防爆、防护技术开发，高速喷杯喷涂工艺研究。

③焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。

④弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。

⑤焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。

⑥电子行业用装配机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。

⑦批量生产机器人所需的专用制造、装配、测试设备和工具的研究开发。

（2）智能机器人开发研究

①遥控加局部自主系统构成和控制策略研究包括建模－遥控机器人模型，人行为模型，人控制动态建模，图形仿真建模，虚拟工具和虚拟传感器建模；以人为主体的人机共享规划与控制；局部自治控制；多传感融合技术；双向力反应控制；知识库的建立，学习与推理方法；人机交互的高级控制技术；虚拟现实（VR）控制与真实世界控制的相互关系；监控系统的结构。

②智能移动机器人的导航和定位技术研究包括导航和定位系统的系统结构；在结构环境或非结构环境中导航和定位方法研究；感知系统的传感器和信息处理系统的构成；根据传感器数据建立环境模型的方法；模糊逻辑的推理方法用于移动机器人导航的研究。

③面向遥控机器人的虚拟现实系统包括人机交互图形生成及其程序设计；遥控机器人（载体和机械手）几何动态图形建模；遥控操作环境图形建模；遥控机器人操作与数据的获取；虚拟传感器及基于虚拟传感器的双向力反应、反馈控制；面向任务的虚拟工具；基于虚拟现实的遥控操作的理论与方法；基于VR模型操作和真实世界操作的可切换、相容性和可交换性；VR监控系统。

④人机交互环境建模系统包括CAD建模中的人机交互技术；求知模型工件的反示过程中的交互技术；机器人与环境的布局及功能验证中的交互技术；传感器数据处理中的交互技术；机器人标定、运动学建模、动力学建模中的交互技术。

⑤基于计算机屏幕的多机器人遥控技术包括三维立体视觉建模；模型的计算机显示；遥控机器人模型的控制；人机接口；网络通讯。

（）机器人化机械研究开发

①并联机构机床（VMT）与机器人化加工中心（RMC）开发研究包括VMT与RMC智能化结构实现技术；VMT与RMC关键传动实现技术；VMT与RMC加工、装配、摆放、涂胶、检测作业技术；VMT与RMC监控检测技术开发；VMT与MRC智能化开式CMC控制系统开发；系统软件和应用软件开发；智能化机构、材料机电一体化技术；作业状态变量智能化传感技术；机电一体化的多功能及灵巧作业终端；通用智能化开式CNC控制硬软件系统；并联机构运动学及动力学理论；RMC智能控制理论；VMT与RMC典型应用工程开发。

②机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备包括散料输送系统监控和遥控操作的传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；机器人运动规划在等量堆取料、自主操作中的应用；基于广域网的远程实时通讯；具有监测和管理功能的故障诊断系统。

（4）以机器人为基础的重组装配系统

①开放式模块化装配机器人包括通用要素的提取；专用件标准化；装配机器人模块CAD设计；通用主流计算机构造的控制器；人机界面方式；网络功能。

②面向机器人装配的设计技术包括数字化装配与CAD集成技术；产品机器人化装配规划生成技术；产品可装配性模糊评价。

③机器人柔性装配系统设计技术其中单元技术：供料系统智能化设计、末端执行器快速执行、物流传输及其控制与通讯；集成技术：柔性装配线仿真软件、管理系统。

④可重构机器人柔性装配系统设计技术开展基于任务和环境的动态重构机器人柔性装配系统理论研究；系统基于自治体（Agent）的分布式控制技术及系统各单元体间的协作规划。

⑤装配力觉、视觉技术包括高精度、高集成化六维腕力传感技术；视觉识别与定位技术。

⑥智能装配策略及其控制包括装配状态实时检测和监控；装配顺序和路径智能规划及控制技术。

（5）多传感器信息融合与配置技术

①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。

②机电一体化智能传感器包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统；机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。

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