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我國下一代機器人技術發展風口在何方

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我國下一代機器人技術發展風口在何方

發布日期:2018-11-28 作者: 點擊:

作為世界第一大工業機器人消費市場,以及第一大服務機器人潛在市場,我國機器人技術創新呈現哪些趨勢、特點?下一代機器人技術發展風口在何方?


機器人是“製造業皇冠頂端的明珠”,其研發、製造、應用是衡量一個國家科技創新和高端製造業水平的重要標誌。近日,聚焦“機器人與智能製造”話題,近百位領域內專家、學者在省自然基金委主辦的第三期燕趙科學論壇上,分享了機器人技術研究的最新進展。


“擁抱觸手可及的機器人時代”成為本次論壇主題,這傳遞出專家學者對機器人技術將獲得更廣泛應用的強烈信心。作為世界第一大工業機器人消費市場,以及第一大服務機器人潛在市場,我國機器人技術創新呈現哪些趨勢、特點?下一代機器人技術發展風口在何方?燕趙科學論壇上,專家學者們展示的新成果、發表的新觀點,從不同側麵勾畫出中國機器人技術發展的未來。


1、機器人應用場景不斷豐富


與人們所理解的模糊的“機器人”概念不同,行業內一般將機器人分為工業機器人、服務機器人、特種機器人三類。其中,工業機器人主要從事焊接、搬運、碼垛、包裝等,服務機器人則在教育、醫療、物流等領域提供服務,特種機器人的優勢是能在應急救援等高危環境下工作。


論壇期間,由河北工業大學張明路教授帶領的“極限環境服役機器人關鍵技術團隊”,向參會的同行業專家、學者展示了其最新研究成果——


一個機器人牢牢吸附在石化儲罐的弧形曲麵外壁上,前進、後退、左轉、右轉,動作十分靈活。隨後,機器人高舉機械臂,噴射出高壓水流,把儲罐上一塊鏽蝕的壁麵清理得幹幹淨淨。


隨著我國大型船舶不斷增多、石化儲罐的大量建設,船舶、儲罐的除鏽、噴漆、檢測等維護施工作業,對人身安全、低成本高效率的要求日趨嚴苛。以往,國內在該領域內的立麵維護作業均是采用人工搭建腳手架的方式進行,不僅效率低、成本高,且對人體健康損害極大。


“經過近兩年的技術攻關,AG娱乐官网針對遠洋船舶、化工儲罐、風電塔筒等大型曲麵外壁的防腐檢測作業需求,通過搭載不同類型機械臂或作業模塊,已成功研發出係列除鏽機器人、噴漆機器人及相關配套裝備,實現了對各類工作表麵的自動化除鏽、檢測、噴漆等作業,不僅填補了國內防腐作業領域應用機器人的空白,技術也已達到國際先進水平。”張明路說。


比如除鏽機器人,使用大功率高壓水噴頭,可大麵積快速清除儲罐鏽蝕的表麵,每小時清除30至35平方米,是人工工作效率的8倍到10倍;相比人工作業每小時噴塗麵積僅400平方米,噴漆機器人每小時噴塗麵積可達1000平方米,且定位精準、漆膜厚度均勻、噴塗質量高;而檢測機器人就像“質檢員”,可攜帶漆膜厚度與鋼板厚度檢測儀器,檢測儲罐鋼板厚度,保障施工質量。


此外,防腐作業機器人還具有磁力調節、變曲率壁麵自適應、安全防爆和先進控製等核心技術。有了這些特種機器人,工作人員隻需在電腦屏幕前遠程操作即可掌控現場情況,安全、環保又高效。


近年來,我國特種機器人發展快速,前不久,中國電子學會就發布《2018中國機器人產業發展報告》稱,當前特種機器人已經能夠完成定位、導航、避障、跟蹤、場景感知識別、行為預測等任務。


但讓老百姓感受更深的,則是身邊各類服務機器人的“忙碌身影”。掃地機器人、早教機器人、跳舞機器人、康複機器人……雖然“長相”各異,但借助語音理解、視覺識別等人工智能技術的嵌入,它們正變得越來越“聰明”,應用場景也越來越多元,已經成為現代人居家生活的“好玩伴”“好幫手”。


工業機器人仍是市場的“主角”。據《2018中國機器人產業發展報告》提供的數據顯示,2018年全球機器人市場規模將達298.2億美元,其中,工業機器人占比將近六成。專家表示,汽車製造、金屬製品加工和電子是工業機器人傳統的應用領域,近年來隨著工業機器人技術和工藝日趨成熟,其應用正逐漸向家具家電、五金衛浴、食品飲料等領域延伸。


2、機器人“智商”不斷提高


“機器人技術涉及工程材料、機械控製、傳感器、自動化、計算機、生命科學等各個方麵。當前,機器人基礎與前沿技術正在迅猛發展,相關學科在相互交流中加速融合。”哈爾濱工業大學機器人研究所所長趙傑說。


領域內眾多專家認為,未來關於機器人技術的創新趨勢,將主要圍繞人機協作、人工智能和仿生結構三個方麵展開。


新鬆機器人自動化股份有限公司是國內機器人產業的著名公司,前不久,它推出的7自由度協作機器人受到關注。它具備更小、更輕、更靈活的構造,同時兼有牽引示教、視覺引導、碰撞檢測等功能,讓機器人在布局緊湊、精度要求高的生產線中工作成為可能。

在趙傑看來,機器人的應用領域已逐漸由搬運、焊接、裝配等操作型任務向加工型任務拓展,因此,人機協作正在成為工業機器人研發的重要方向之一。他認為,人機協作可以將人的認知能力與機器人的效率結合在一起,從而使人能夠更安全、簡便地使用機器人。


眼下,人類已不再滿足於機器人“呆頭呆腦”地“服從命令聽指揮”,其提供的服務能否讓人“舒服”“滿意”,正在成為新的考量標準。


本屆論壇上,北京理工大學智能機器人研究所副所長段星光詳細介紹了該校醫療機器人的最新研究進展。


“手術機器人可分為基於路徑規劃的主動型手術機器人、基於主從模式的被動型手術機器人,以及基於人機協同的半主動型手術機器人三個方向。”段星光說,“提高機器人精度將是手術機器人發展的重中之重。”


河北工業大學機械工程學院教授郭士傑長期從事高科技養老助殘、無束縛健康狀態監測方麵研究,在柔性皮膚觸覺傳感器、護理機器人、預防摔倒的柔性助力裝置、無束縛睡眠呼吸監測係統等方麵,已有多項研究在實驗室做出成品。


“AG娱乐官网做出了應用柔性皮膚觸覺傳感器的RIBA係列護理機器人,它可以把人從椅子上抱到沙發、馬桶上,而且跟人接觸時,柔軟的皮膚讓人感覺很舒服。預防摔倒的柔性助力裝置是一種外骨骼機器人,外形像個褲子,老人穿上它,抬腿走路時會獲得助力,還能防止摔倒。智能護理床,不僅能測出使用者的心跳、呼吸等健康狀況指標,還能夠調整人的睡姿,避免人打呼嚕、生褥瘡。”郭士傑說。


專家認為,機器人發展必將經曆一個“智能+”的迭代過程,隨著人工智能、大數據等技術與機器人的深度融合,機器人的“智商”會越來越高,將真正實現由“機器”向“機器人”的重大轉變。


3、發力核心零部件技術


偌大的空間裏,上百台“機械手臂”來回擺動,錯落有致地快速工作著。這樣的場景,在我國東部沿海的眾多製造業集聚區隨處可見。


有數據顯示,我國機器人市場已進入高速增長期,其中,工業機器人市場連續6年成為全球第一大應用市場,約占全球市場的1/3。而隨著我國人口結構調整以及勞動力成本上升,我國對工業機器人的需求還將保持較高增長,未來有望占到全球機器人市場的一半份額。


專家表示,機器人產業的上遊是核心零部件、中遊是機器人本體、下遊是係統集成商,而國內企業則多數集中在下遊環節。


“目前,我國的工業機器人三大核心零部件控製器、伺服電機、減速機是製約機器人產業的主要瓶頸。”趙傑說。


專家介紹,控製器就像機器人的大腦,可以發布和傳遞動作指令,主要包括硬件和軟件兩部分:硬件就是工業控製板卡,包括一些主控單元、信號處理部分等電路,國產品牌已經掌握;軟件則主要是控製算法、二次開發等,國產品牌在穩定性、響應速度、易用性等方麵還有差距。


伺服電機在機器人中用作執行單元,是影響機器人工作性能的主要因素。伺服電機主要分為步進、交流和直流,機器人行業應用最多的是交流伺服,約占65%伺服電機與控製器關聯緊密。這一領域競爭非常激烈,國產伺服係統自主配套能力正不斷提升,但仍麵臨巨大挑戰。


對此,專家建議,對機器人產業的支持,不應隻關注機器人整機產品,還要加大對機器人核心零部件以及製造加工設備的研發與產業化支持力度。


“發展機器人產業不可貪大求全,一些地方政府或園區要注重引導,結合當地產業特色和市場需求,有針對性地布局機器人產業,實現產業發展和市場需求的良性互動,而不是看什麽熱就做什麽。”趙傑說。


隨著我國機器人研發和產業發展逐漸趨於理性,在此情況下,機器人產業市場將麵臨一個優勝劣汰的過程,一批擁有自主知識產權、有實力的科技企業優勢將更加明顯。通過進一步加強係統化的頂層設計,我國機器人生態產業鏈條將日益完備。

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