機器人的現狀及發展趨勢探析

賈斌　熊小桃　王家豪

摘? 要：隨著工業4.0時代的到來，機器人行業如雨后春筍般地迅速成長，機器人在農業、工業、人類日常生活中的運用，給我們的生活和生產方式帶來了天翻地覆的變化。該文主要介紹了目前國內外在農業和工業方面機器人發展情況以及未來機器人的發展方向。希望能夠使更多的人了解國內外機器人水平的差距，吸引更多的人參與到機器人發展事業當中。

關鍵詞：農業機器人;工業機器人;智能化;柔性化

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0 前言

20世紀20年代，機器人的概念誕生于一位作家的科幻小說當中，作者稱之為“Robota”，意思為“勞逸，苦工”。之后的幾十年，機器人不斷更新換代，從第一代遙控控制的機器人到第二代程序控制的機器人，發展到今天的智能化機器人，機器人技術已經成熟到可以代替人類方方面面的工作。像德國等西方工業強國，在農業生產，工業生產方面基本上都配備了整套的機器人自動化生產鏈，生產效率高，產品質量好。而國內只有一些工業巨頭才有相同的生產條件，大部分的公司還是以人工或者半自動化為主的生產模式，這種模式也造成國內生產效率跟國外有所差距。

總而言之，機器人技術領導了一個工業時代，代表一個國家的工業科技水平，重點發展機器人技術是一個國家具有重要戰略意義的任務。

1 機器人的現狀分析

1.1 農業機器人

農業機器人集VR技術、圖像識別、路徑規劃、運動控制等技術于一體，配合或代替人類完成播種，打藥，采摘，收割等農業生產工程中需要完成的工作。目前，國外在農業生產方面基本已經實現機械化，先進的機器人技術被運用到農業生產中。象美國研制出的施肥機器人，可以檢測土壤成分，并計算分析，準確施肥;德國研制的除草機器人，可以根據圖像識別技術識別雜草，加以清除;法國研制的采摘葡萄機器人，可以準確識別到葡萄的位置，判斷成熟程度，進行采摘。國內機器人技術起步較晚，跟這些發達國家尚有差距，但是也取得了不小的成就：中國農業大學發明的采摘黃瓜機器人，不僅其工作效率是人工的4.5倍，而且可以完成采摘、回收等一整套工作;華南農業大學發明的荔枝采摘機器人，采用雙目立體視覺獲得荔枝的位置，然后自身進行路徑規劃，最后完成采摘工作，其效率基本上是人工采摘的2倍。

1.2 工業機器人

世界第一臺工業機器人誕生于20世紀50年代，當時的工業機器人只能完成一些簡單的搬運，裝配，簡單的焊接功能，精度不是很高。工業機器人發展到現在的工業4.0時代，結合物聯網和網絡實體系統，集現代控制技術，高端傳感器，成熟的驅動設備于一體，這使其在現代工業制造中大放異彩。德國的庫卡公司的六軸工業機器人，運動特性，關節承受能力和容差性都有很大的優勢，受到業內人認識廣泛好評;美國波士頓公司發布的Handle機器人根據視覺識別技術自動堆垛，其負載能力可達13 kg，最大移動速度能達到14 km/h，但是仍然能依靠強大的控制能力保持平穩。國內第一家上市機器人公司新松機器人自動化股份有限公司，曾在2018年平昌冬奧會上用24塊透明冰屏展示的“北京八分鐘”讓人印象深刻。新松在工業機器人的控制系統，機械機構部分達到了國內領先水平，研究范圍也相對比較寬泛，但跟國外尚有兩到三代的差距。

1.3 國內總體發展現狀

中國機器人行業自2012年來發展趨勢良好，許多機器人企業應運而生，國內機器人公司申請專利的數量不斷增長。但是，由于國內機器人行業的知識儲備不足，技術人才稀缺，國內機器人水平仍處于中低端產品開發，較國外的發展水平仍有不小的差距。隨著《中國制造2025》戰略計劃的實施，國家推出了越來越多適合中國國情的扶植激勵政策，大量的人力物力投入機器人制造行業，未來中國的機器人行業也會越來越好。

2 未來發展趨勢

2.1 柔性化

所謂柔性化有2個方面，一方面是運動機理類似于動物，運動方式簡單連貫，動作柔軟。目前，世界的前沿技術都在圍繞這種仿生學展開研究，研究各種動物的運動方式，運動步態，并以此應用到機器人技術上，使機器人運動更加靈敏，降低能耗。美國軍方正在研究的一種微型飛行器“偵查蠅”，運動方式跟蒼蠅類似，體積小，噪聲小，這使它在未來戰爭中能夠更加有效地獲取情報。另一方面是一種柔性關節，市場上現有的工業機器人，因為其自由度的限制，而存在很大的工作盲區，進而導致工作效率不足，加工方式受限。然而，柔性化關節沒有工作盲區，而且在重載的生產環境中可以緩解沖擊，從而減小工作誤差。

2.2 智能化

近些年來，AI技術一直是技術熱點，許多基于AI技術研發的智能語音交互系統已經量產。未來，AI技術在機器人上的應用將會越來越多，結合AI技術的機器人可以自我學習世界上先進的加工技術，結合用戶需求提供優良的加工方案;在加工過程中，它可以自我檢測加工數據，自主決策，修正加工誤差，并及時反饋給操作人員，將錯誤記錄上傳至數據庫，供所有加工機器人學習使用;未來的機器人將擁有更強大的計算能力，更先進的深度學習能力，更智能的人機交互能力，還會結合物聯網技術，組合成整套的加工生態圈，各設備之間實現數據互通，更加便利加工過程。

2.3 低成本

隨著各種新型材料的出現以及傳統材料生產工藝的發展，用于生產機器人的可替代優質材料不斷增加，相應的生產材料成本也隨之降低。另外，越來越多的科技公司也意識到，技術融合帶來的共同進步和盈利才能保證長久的發展，閉門造車終將會被時代淘汰，所以越來越多的科技公司將自己的機器人開發代碼開源化，從而各個科技公司的機器人生產技術不斷優化，技術成本也有很大幅度的下降。總之，結合目前各種方面的形勢來看，研發，制作機器人的成本將會越來越低，機器人在不久的將來將會更平民化。

3 結語

機器人的出現改變了傳統的生產方式。未來，越來越多的機器人將會出現在工業、農業、服務業等各種行業，包括我們日常的生活之中。尤其是在許多簡單重復、枯燥無聊，或者高溫、高壓等人類不適宜進行工作的場所，更高效率、更少失誤地完成人類無法完成的工作，人類將從生產勞作中解脫，這是歷史發展的必然趨勢。我國的機器人技術起步較晚，發展滯后。我們作為當代機器人研究從業者需要意識到自己的不足，全身心投入機器人研發中，帶動國家科技水平的進步，高創新、高質量、高效率地趕超西方工業強國，引領世界。

參考文獻

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