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科普文章

机器人技术带来新景观

  • 发表日期:2014-04-08 【 【打印】【关闭】
  •          机器人一词最早出现于1920年捷克作家卡雷尔·恰佩克的科幻剧本。1961年,第一台真正意义上的工业机器人在美国诞生,在通用汽车公司安装使用。近20年来,机器人相关技术快速发展,机器人不仅在制造领域被广泛利用,而且在医疗、教育、娱乐、家庭服务、应急救援、野外勘测、资源开发、军事装备等领域也大显神通

      从简单重复性作业,到完成高难度脑外科手术等,机器人技术日新月异

      早期工业机器人是通过示教再现的方式来完成简单的重复性作业,即由操作员输入或遥控工业机械臂到达一系列空间位置点,机器人记录位置点并在作业时按顺序依次重复。这种方式不仅适用于批量化的、固定不变的简单搬运、装配等作业,对于实现某些复杂作业也是有效的,因此,在示教再现方式的易用性、安全性方面,仍有很多研究要做,以适应复杂作业、降低系统调试时间、提高工作效率。

      随着制造业对机器人应用的扩展,工业机器人亟须满足高速度、高精度、重载荷、智能化、多机协调等要求,以适应更加复杂、精细、可靠、快节拍的作业。工业机器人与制造工艺、制造过程的融合、辅助系统的配合,也极大影响着制造系统的整体性能。同时,工业机器人从大规模生产线上封闭的工作站延伸到人和机器人紧密协作的共用开放作业空间时,人机协作和安全问题成为近年来新的热点。

      近20年来,机器人相关技术快速发展,机器人不仅在制造领域被广泛应用,而且在医疗、教育、娱乐、家庭服务、应急救援、野外勘测、资源开发、军事装备等领域也发挥重要的作用。在医生的操作下,外科手术机器人已可以完成脑外科、心血管介入、骨科等微创手术,机器人胶囊可进入消化道完成检测,康复机器人可以辅助中风、瘫痪患者进行运动机能康复训练。助行助力机器人、智能假肢则方便了老人、残障人士的工作、生活。机器人足球、仿生机器鱼、仿人机器人等科普教育机器人,吸引了广大青少年对科技的关注,促进了知识传播。伙伴机器人、仿动物机器人、导游机器人也已进入个人娱乐、公共服务领域。吸尘机器人、炒菜机器人等已逐步实用化,并进入家庭。排爆机器人、旋翼直升机、线路巡检机器人等在各类应急处理作业中也已应用。深海作业机器人、火星探索机器人等更在资源勘测、开发、外星探索中发挥了重要作用。而智能化的无人车、无人机、无人舰船、无人潜器等,已成为未来军事装备发展的重要方向。

      机器人技术和系统的研发得到各国政府、科研机构和企业的高度重视

      我国在863计划、自然科学基金、科技重大专项等规划中针对工业机器人、服务机器人相关研发进行了重点部署。高性价比的工业机器人及其与生产工艺、流程深度结合的制造系统,将促进我国产业升级,并缓解劳动力短缺等因素对产业发展的制约。不同形态的服务机器人将为解决老龄化等社会问题、促进社会发展、培育新兴产业方面发挥重要作用。

      美国、欧盟、日本、韩国等国家在机器人领域都开展了广泛研究,但关注领域和优势不尽相同。美国在国防军事、航空航天、生物、医疗、服务等领域,欧盟在工业机器人、生物、医疗、服务等领域,日本在工业机器人、仿人机器人、个人/家用、服务等领域都具有各自的技术优势。

      美国国防部、宇航局、国立卫生研究院等部门支持开展了大量机器人相关研究工作。全球鹰、捕食者、扫描鹰等一系列固定翼无人机,已用于远程侦察和攻击。同时,高空高超声速无人飞行系统等新型无人机也在研发中。自治水下机器人Nereus可深潜10902米完成探测。基于仿鱼推进、水下滑翔等机理的水下机器人也在研发中。为适应山地等复杂道路环境而开发的液压驱动四足机器人BigDogAlphaDog可在草地、雪地、坡地、砾石等不同地面负载150千克,行走20千米以上。具有高速运动能力的四足机器人猎豹、野外六轮无人作战车辆也在研制中。液压驱动双足步行机器人PetmanAtlas不仅显示出良好的柔性和响应能力,而且具有较快的步行速度。小型侦察机器人、各类排爆机器人等地面移动机器人也已在实战中应用。穿戴式下肢骨骼负载器BLEEX可让使用者负重70千克正常行走。火星探索机器人探路者勇气号机遇号好奇号等均成功登陆并开展科研探测,其中好奇号机器人采用了核电池供电,并配有作业臂和摄像头等多种观测仪器。仿人型双臂机器人航天员Robonaut2已送入国际空间站进行舱内服务测试。

      欧盟在第七框架计划内开展了大量合作研究,而各成员国也结合本国需求对机器人研究给予了支持。如欧洲联合研制了无人战斗机NEURON、法国开发了海底机器人阿利斯塔尔、德国宇航中心开发了模块化的用于太空作业的灵巧手。在工业机器人方面,瑞典瑞士的ABB、德国的KUKA等企业具有较强的研发实力。

                                                                              (作者:谭民  王硕 中国科学院自动化研究所  研究员)