智能制造机器人的未来发展趋势

在技术挑战面前，各经济强国已经跃跃欲试，纷纷制定发展规划，以图抢占新一代机器人技术的发展先机。

欧盟于2006年启动了针对提升机器人研发能力及商业行为的战略研究规划（Strategic Research Agenda for Robotics in Europe），该规划由国际机器人4大垄断企业之一的德国KUKA公司牵头，联合了欧洲近百所大学和研究机构共同制定（其成员单位分布见图7.25），分别于2008年、2009年进行了修订，并最终形成了CARE规划（Coordination Action for Robotics in Europe）。

图7.25　CARE规划参与单位分布

（源自：http：//robotics.h2214467.stratoserver.net/cms/index.php？idcat=4）

CARE规划列出了机器人5个方面的应用领域：工业（Industry）、专业服务（Professional Service）、家庭服务（Domestic Service）、安全（Security）、空间（Space）；把机器人分成了6大类型：操作机器人（Manipulator Robots）、工人助理机器人（Robotic Co-workers）、物流机器人（Logistics Robots）、安全（防卫）机器人（Security Robots）、科考机器人（Robots Used for Exploration or Inspection）、教学娱乐机器人（Edutainment），并针对每一类机器人提出了详细的短、中、长期发展规划（见图7.26）。

图7.26　欧盟关于新一代工业机器人发展的短、中、长期发展规划

在此战略规划下，欧盟在第六、七个研究与技术开发框架计划（Framework Programs 6 and 7）给予了持续资助。其中FP6以开发新一代柔性驱动装置为主要目标，已取得初步成果；而从2012年开始的SAPHARI项目提出以合作医疗、工作伙伴两个新的机器人应用概念为背景，对人机共存时的本质安全性问题展开全面的研究，提出了以人为中心来设计机器人的机构及控制的理念，并归纳出了7项关键技术（见图7.27）：①柔顺机电设计技术；②安全性技术；③实时认知技术；④以人为中心的任务规划技术；⑤交互控制技术；⑥反应式行为产生技术；⑦人类行为的学习与理解技术。

图7.27　欧盟SAPHARI项目归纳出的新一代机器人核心技术

（源自：http：//www.saphari.eu/）

与之对应，美国在2013年5月也推出了自己的新一代机器人发展路线图，其中关于制造业机器人部分指出：作为支柱性产业的制造业，美国的技术领先优势正在逐步缩小，而作为制造业先进技术代表的机器人与自动化技术的发展则是继续保持美国制造业的领先地位并解决美国技术工人不足问题的关键。在此背景下，产生了如图7.28所示的面向制造业的机器人技术总体路线图。

图7.28　美国2013年5月发布的制造业机器人发展路线

该路线图从“技术研发（Research & Technology）”“核心能力（Critical Capability）”和“制造业应用（Applications）”3个层面阐述了机器人技术发展的总体思路，归纳见表7.5。(www.xing528.com)

表7.5　美国2013版机器人发展路线图中关于工业机器人关键能力需求的15年发展规划

续表

看到近年来工业机器人进口的飞速增长，人们普遍认为，由于中国经济快速发展，同时，劳动力短缺和成本上升，工业机器人的应用将有很大发展。IFR统计中国引进机器人进展见图7.29，IFR统计中国在运行机器人（不包括国产）见图7.30。IFR认为，在2014—2016年间，中国机器人需求将以年15%的速度增长，到2016年年需38 000台。预期中国将出现大批机器人公司，有更多的单位参与技术研究，机器人技术也将有较大的进步，与世界先进水平的差距将缩小。

图7.29　IFR统计中国引进机器人进展

图7.30　IFR统计中国在运行机器人（不包括国产）

毫无疑问，中国的制造业对于机器人的需求将不断提升。从世界范围看，传统的应用领域，如汽车、电器电子等，将进一步普及、扩大机器人应用；同时，一些新的领域也将不断加入需要机器人的队伍之中。这些都将进一步促进机器人产业的发展。

对于工业机器人技术的长远发展，大体可以分为3个阶段。

2020年之前，机器人的定位精度将进一步提高；在一些特殊的领域，自重与持重比率低的机器人将开始应用；传感器将大量应用于机器人和相关机器上。机器的可靠性将不仅依靠可靠性设计和对失效的估计，也开始依靠传感器的监测来自动分析，动态确定现行状态和估测理想性能降低的时间范围。

2020—2030年，工业机器人技术将发生较大的变化。材料、MEMS等技术的发展，将大力支持机器人的发展。可以预计，在2030年之前，工业机器人将是生产系统中的一个灵活的、方便的部件；基于装在人身上和机器人身上的传感器，机器人可以与人协作，从而应用于更加广泛的领域。

更长远看，脑科学的发展，将使意识控制机器成为可能；而智能材料的应用，将改变现有的机器人的结构和控制方法，发展机器人学的理论。