本刊編輯部
機(jī)器人發(fā)展前景廣闊,這一趨勢在2013年表現(xiàn)得愈加明朗,一些世界企業(yè)巨頭紛紛開始關(guān)注或者加大力度投資研發(fā)機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)品。其中,最大的手筆是谷歌在短短半年的時間里,收購了8家與機(jī)器人相關(guān)的公司,引起了全球范圍的好奇心:谷歌到底想做什么?這8家公司有何特別之處?
波士頓動力公司(Boston Dynamics)擁有世界上最先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù),其機(jī)器人大狗(BigDog)的動態(tài)穩(wěn)定技術(shù)至今讓人嘆為觀止。此外,追求速度的獵豹機(jī)器人,追求完美仿人的阿特拉斯機(jī)器人,每推出一個產(chǎn)品,波士頓動力公司都讓世人震驚一次。
Bot & Dolly是一家機(jī)械與電影工程設(shè)計工作室,為好萊塢提供拍攝電影用的機(jī)器人攝影機(jī)以及相關(guān)技術(shù),這些設(shè)備和技術(shù)使得電影鏡頭可以將虛擬世界和現(xiàn)實世界結(jié)合在一起,使觀眾辨不清真?zhèn)巍?/p>
Autofuss是一家視覺工作室,主要從事視頻藝術(shù)設(shè)計、廣告片拍攝等,它是Bot & Dolly的姊妹公司,負(fù)責(zé)將其鏡頭下的視頻效果制作得更加完美逼真。
Holomni專注于研究機(jī)械加速系統(tǒng)和汽車加速系統(tǒng),可以生產(chǎn)全向運(yùn)動的高科技輪子,據(jù)猜測該公司試圖通過汽車加速系統(tǒng)來改進(jìn)機(jī)器人的動力加速系統(tǒng)。
這是一家專門設(shè)計制造機(jī)器臂的公司,擁有非常先進(jìn)的技術(shù),為機(jī)器人提供可靈活運(yùn)動的機(jī)器人手臂,其產(chǎn)品在工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)被廣泛應(yīng)用,從事一些高精度操作。
Meka Robotics前身是麻省理工計算機(jī)科學(xué)及人工智能實驗室,后成為一家主要制造、研發(fā)智能人形機(jī)器人的公司。
這是一家日本公司,主要生產(chǎn)人型機(jī)器人,據(jù)悉該公司的機(jī)器人擁有先進(jìn)的控制算法和特殊的動力,走路可以更加便捷,也可以抵抗更大的阻力。Schaft制造的機(jī)器人在美國去年的DARPA挑戰(zhàn)賽上獲得最高分,爬梯、廢墟行走、開門和移除障礙物等比賽環(huán)節(jié)表現(xiàn)出色。
Industrial Perception是一家工業(yè)機(jī)器人研發(fā)及制造公司,該公司研發(fā)的機(jī)器人基于工業(yè)感知技術(shù),能夠智能裝卸貨物。這種技術(shù)一旦投入使用,就可以令機(jī)器人替代叉車解決物流和倉儲中的搬運(yùn)問題。
不管谷歌收購這些企業(yè)的目的是什么,8家機(jī)器人公司抱成團(tuán),毫無疑問形成了一股不容小覷的合力,必將在機(jī)器人領(lǐng)域掀起一陣波瀾。
近年來雙臂工業(yè)機(jī)器人漸成研究熱點,繼安川電機(jī)2005年推出雙臂機(jī)器人以來, 2011年ABB雙臂工業(yè)機(jī)器人FRIDA面世。2013年似乎有了爆發(fā)之勢,美國Rethink Robotics公司推出Baxter工業(yè)機(jī)器人,售價僅2.2萬美元,安全、自主、界面友好、價格低廉等優(yōu)勢讓Baxter吸引了全球媒體的關(guān)注。同年,在日本國際機(jī)器人展上,愛普生推出了自主雙臂機(jī)器人樣機(jī),該機(jī)器人具備視覺及力度感應(yīng)功能,可通過物品識別、決策、動態(tài)力度調(diào)節(jié)自主執(zhí)行任務(wù)。同時,我國江蘇也啟動了“多功能冗余自由度雙臂工業(yè)機(jī)器人開發(fā)及示范應(yīng)用”項目。
隨著工業(yè)機(jī)器人的智能化水平不斷提高,其應(yīng)用范圍也朝著更深、更廣的方向發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人將更加安全可靠、更加柔性自如、更具靈敏視覺、更易操作、更快速、更高精度、更加綠色和節(jié)能。
智能化是未來工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢,雙臂機(jī)器人可以像人的兩個手臂一樣,進(jìn)行雙臂的協(xié)調(diào)操作和精細(xì)安裝,并能通過內(nèi)建軟件與傳感器感知環(huán)境,從而可以在廠房中與人安全地共同工作。
雙臂機(jī)器人可以應(yīng)用在諸如航空航天、汽車電子、高端裝備以及特種作業(yè)等環(huán)境下,是下一代工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的重點。
2013年,美國波士頓動力公司發(fā)布了 “野貓”(Wildcat)機(jī)器人和“阿特拉斯”(Atlas)機(jī)器人,這兩個項目均由美國國防部高級研究計劃局(DARPA)授權(quán)研發(fā)并提供研究基金?!耙柏垺本哂袠O高運(yùn)動性,能在平緩路面跳躍和飛奔,速度可以達(dá)到每小時30km,四足可以做出不同的動作,完成不同方式的奔跑或轉(zhuǎn)彎。“阿特拉斯”重150kg,高1.88m,軀干厚0.56m,肩寬0.76m,目前由480V三相電源提供動力,功率為15kW。“阿特拉斯”全身裝有28個閉環(huán)控制位置與力量的液壓驅(qū)動關(guān)節(jié)、實時控制計算機(jī)、液壓泵和熱管理系統(tǒng);頭部傳感器組件采用感覺算法,包括激光雷達(dá)、立體傳感器和專用傳感器。腕部可以模塊化換裝不同功能的機(jī)械手;采用軟路由應(yīng)用程序編程接口,可接入10Gbps的光纖以太網(wǎng)。
印度和俄羅斯也分別公布了高級智能“機(jī)器人士兵”和“殺手機(jī)器人”項目發(fā)展規(guī)劃。其中,印度國防研發(fā)組織的“機(jī)器人士兵”項目,以執(zhí)行邊境巡邏和作戰(zhàn)任務(wù)為背景,旨在研發(fā)出具備敵我識別能力的高級智能機(jī)器人士兵。俄羅斯國防部組織工業(yè)部門啟動的“殺手機(jī)器人”項目,以降低恐怖襲擊后果或打擊恐怖分子時的傷亡為目標(biāo),開展可以替代人執(zhí)行反恐任務(wù)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)。
機(jī)器人可以代替人類進(jìn)入現(xiàn)有設(shè)備無法進(jìn)入的區(qū)域執(zhí)行任務(wù),也可以實現(xiàn)許多現(xiàn)有裝備無法實現(xiàn)的作戰(zhàn)能力,輔助士兵徒步駝運(yùn)物資并伴隨行軍??傊瑱C(jī)器人對未來陸軍作戰(zhàn)模式、作戰(zhàn)功能和戰(zhàn)場環(huán)境都將產(chǎn)生重要影響,使未來的戰(zhàn)場環(huán)境變得異常復(fù)雜。
仿生人又稱為仿真機(jī)器人,近年來深受人們關(guān)注,也成為機(jī)器人領(lǐng)域?qū)<覍W(xué)者的研究熱點。仿生技術(shù)的深入研究,有助于解決老齡化社會的家庭服務(wù)和醫(yī)療等社會問題,同時也可以有效緩解全球共同面臨的器官源稀缺問題,給相關(guān)病患帶來福音。
仿生人雷克斯和他的原型貝托爾特·梅爾
2013年2月,英國宣布制造出一個仿生人,名為“Rex(雷克斯)”,高6英尺(約1.83m),造價100萬美元左右(約合人民幣617萬元)。不同于一般的仿生人,雷克斯擁有60%到70%的真實人體機(jī)能,擁有人造器官與血液循環(huán)系統(tǒng)、機(jī)器人四肢、人工智能和語音合成系統(tǒng),可以理解簡單的句子,回答問題;可以走路、聊天、并且能唱饒舌歌曲,被稱為2013年最有趣、最尖端的仿生人。
雷克斯的設(shè)計者以瑞士蘇黎世大學(xué)的社會心理學(xué)家貝托爾特·梅爾為制造“藍(lán)本”。因為梅爾從小就沒有左下臂,因此安裝了擁有觸感的仿生假肢。這款仿生人由英國影子機(jī)器人公司主管、機(jī)器人專家理查德·沃克和馬修·戈登組裝而成,擁有人工血液循環(huán)系統(tǒng),以及人工的胰腺、腎臟、脾臟和氣管等,還實現(xiàn)了人工眼自動對焦的功能。這些人造假肢和器官來自于全球17家制造商,使用了100萬塊傳感器、200個處理器、70塊電路板,28 個通過生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新制造出來的身體器官,手和臂有26 個運(yùn)動自由度,這也是世界上首例將這么多的人造器官組裝在一起的仿生人。
雷克斯展示了醫(yī)療科學(xué)目前所能達(dá)到的卓越程度,促進(jìn)了人造心臟、腎臟、胰腺、脾臟和其他器官的普及。隨著醫(yī)療技術(shù)的日漸成熟,人造器官和假肢將能夠替代人類功能性缺失的器官,或是因意外失去的手腳,并具備使用功能。
隨著機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展,人們開始猜想機(jī)器人能否和計算機(jī)一樣有標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)統(tǒng)一目前各自為戰(zhàn)的局面,
雖然全球沒有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人操作系統(tǒng),但是,由美國人推動的ROS(Robot Operating System)隨著越來越多的研究人員加入使用,無形中已成為應(yīng)用最廣泛的一個系統(tǒng)。
ROS是一種開源的、用于機(jī)器人的后操作系統(tǒng),或者說次級操作系統(tǒng)。它提供類似操作系統(tǒng)所提供的功能,包含硬件抽象描述、底層驅(qū)動程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間的消息傳遞、程序發(fā)行包管理等,也提供一些工具程序和庫用于獲取、建立、編寫和運(yùn)行多機(jī)整合的程序。
ROS系統(tǒng)起源于2007年斯坦福大學(xué)人工智能實驗室的STAIR 項目與Willow Garage機(jī)器人技術(shù)公司的個人機(jī)器人項目(Personal Robots Program)之間的合作,ROS的軟件研究成果在機(jī)器人PR2上進(jìn)行體驗展示。隨著PR2優(yōu)異的動作表現(xiàn),ROS得到越來越多的關(guān)注和認(rèn)可,而且,Willow Garage公司希望借助開源的力量使PR2變成全能機(jī)器人,因此,在Willow Garage的有力推動下,一些研究人員開始借用ROS開發(fā)自己的應(yīng)用軟件,在開源的交互中,ROS得到完善和推廣。
嫦娥三號著陸器上相機(jī)拍攝的“玉兔”號月球車
“玉兔”號月球車上全景相機(jī)拍攝的嫦娥三號著陸器
2013年,無人駕駛月球車“玉兔”號作為中國首輛月球車成功登上月球,軟著陸月球后,與嫦娥三號著陸器完成精彩互拍,留下了月球之旅的珍貴圖像。“兩器”成功互拍標(biāo)志著登陸任務(wù)取得圓滿成功,為下一步探月工作奠定基礎(chǔ)。
嫦娥三號探測器由著陸器和“玉兔”號月球車組成,肩負(fù)著中國航天器首次地外天體軟著陸的重任。12月2日,著陸器落月,“玉兔”號駛離著陸器,在月面進(jìn)行為期約3個月的科學(xué)探測。
嫦娥三號任務(wù)作為探月工程二期的主任務(wù),是“繞、落、回”三步走中的關(guān)鍵一步,將實現(xiàn)三大工程目標(biāo)和完成三類科學(xué)探測任務(wù)。自發(fā)射升空以來,先后突破多窗口窄寬度準(zhǔn)時發(fā)射、月面軟著陸、兩器分離等關(guān)鍵技術(shù)。“玉兔”號搭載有測月雷達(dá)、全景相機(jī)、紅外成像光譜儀和粒子激發(fā)X射線譜儀等先進(jìn)設(shè)備,從駛向拍攝點開始,“玉兔”號月球車成功驗證了月面行走、地形建立、視覺定位、感知規(guī)劃等遙操作技術(shù)和車體控制、原地轉(zhuǎn)向、相機(jī)使用等工作模式。探月工程新聞發(fā)言人裴照宇表示,“兩器”成功互拍意味著它們攜帶的載荷順利工作,這次任務(wù)“實現(xiàn)軟著陸、開展就位探測和巡視勘查”的目標(biāo)已經(jīng)實現(xiàn)。
嫦娥三號任務(wù)的成功實施,標(biāo)志著中國成為繼前蘇聯(lián)和美國之后第三個掌握月球軟著陸和月面巡視探測技術(shù)的國家。
移動分系統(tǒng):采用輪式、搖臂懸架方案,具備前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)向、行進(jìn)間轉(zhuǎn)向、20。爬坡、20cm越障能力;
導(dǎo)航控制分系統(tǒng):攜帶有相機(jī)及大量傳感器,在得知周圍環(huán)境、自身姿態(tài)、位置等信息后,可通過地面或車內(nèi)裝置,確定速度、規(guī)劃路徑、緊急避障、控制運(yùn)動、監(jiān)測安全;
電源分系統(tǒng):由兩個太陽電池陣、一組鋰離子電池組、休眠喚醒模塊、電源控制器組成,利用太陽能為車上儀器和設(shè)備提供電源;
熱控分系統(tǒng):利用導(dǎo)熱流體回路、隔熱組件、散熱面設(shè)計、電加熱器、同位素?zé)嵩?,可使月球車工作時艙內(nèi)溫度控制在 55℃~-20℃之間;
結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng):由結(jié)構(gòu)和太陽翼機(jī)械部分、桅桿、機(jī)械臂構(gòu)成,主要為各種儀器、設(shè)備、有效載荷提供工作平臺;
綜合電子分系統(tǒng):將中心計算機(jī)、驅(qū)動模塊、處理模塊等集中一體化,采用實時操作系統(tǒng),實現(xiàn)遙測遙控、數(shù)據(jù)管理、導(dǎo)航控制、移動與機(jī)構(gòu)的驅(qū)動控制等功能;
測控數(shù)傳分系統(tǒng):保證月球車與地球38.4萬公里的通信以及與著陸器之間的通信;
有效載荷分系統(tǒng):月球車配備的科學(xué)探測儀器,包括全景相機(jī)、紅外成像光譜儀、測月雷達(dá)、粒子激發(fā)X射線譜儀等。
掃地機(jī)器人當(dāng)屬家庭服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域最為成熟的產(chǎn)品,2013年,掃地機(jī)器人徹底進(jìn)入百姓生活,在各大商場、網(wǎng)上店鋪,到處可見掃地機(jī)器人的身影。
市場上部分機(jī)器人產(chǎn)品
在國內(nèi)市場,掃地機(jī)器人產(chǎn)品品牌和型號繁多,銀星、科沃斯(Ecovacs)、艾羅伯特(iRobot)、?,斕兀‵MART)、小狗、瑪紐爾(MONEUAL)、福維克(VORWERK)、衛(wèi)博士(V-BOT)、益節(jié)……品牌數(shù)不勝數(shù),產(chǎn)品價格低不到500元,高超過6000元,產(chǎn)品技術(shù)從簡單到復(fù)雜,產(chǎn)品定位從低端到高端,掃地機(jī)器人已經(jīng)形成了一道完整的消費產(chǎn)品線。
從外觀上看,掃地機(jī)器人為圓盤形,直徑30cm左右,高度10cm以內(nèi);從功能上看,掃地機(jī)器人基本可以實現(xiàn)自動打掃房間、自動充電,噪音在60dB以內(nèi)。市場上亦稱掃地機(jī)器人為懶人掃地機(jī),因為它的自動化程度高,集成了攝像頭、感應(yīng)器等器件,可以自動規(guī)劃路徑,記住哪些地方已清掃,哪些地方未清掃,哪些地方有障礙物需要避開,電池使用完以后自動找電源充電,還可以預(yù)設(shè)清掃時間等等,基本上不需要人去管理。因此,許多人開始對掃地機(jī)器人的實用性感興趣,特別是作為節(jié)日禮物送給親朋好友,成為時尚。
沒有標(biāo)準(zhǔn)不成方圓。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和日益成熟,我國機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)也在陸續(xù)制訂當(dāng)中。2013年,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會一舉批準(zhǔn)了5個機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范了我國對機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)用語、編程指令、系統(tǒng)安全要求等。標(biāo)準(zhǔn)從今年開始執(zhí)行。
序號 標(biāo)準(zhǔn)編號 標(biāo)準(zhǔn)中文名稱 標(biāo)準(zhǔn)英文名稱 實施日期 公告編號1 GB/T 29824-2013工業(yè)機(jī)器人 用戶編程指令I(lǐng)ndustrial robot - User programme instruction 2014-04-01 2013年第22號公告2 GB/T 29825-2013機(jī)器人通信總線協(xié)議Robot General Bus communication protocol 2014-04-01 2013年第22號公告3 GB/T 12642-2013工業(yè)機(jī)器人 性能規(guī)范及其試驗方法Industrial robots -Performance criteria and related test methods 2014-03-15 2013年第22號公告4 GB/T 12643-2013機(jī)器人與機(jī)器人裝備 詞匯Robots and robotic devices -Vocabulary 2014-03-15 2013年第22號公告5 GB 11291.2-2013機(jī)器人與機(jī)器人裝備 工業(yè)機(jī)器人的安全要求 第2部分:機(jī)器人系統(tǒng)與集成Robots and robotic devices―Safety requirements for industrial robots―Part 2:Robot systems and integration 2014-11-01 2013年第25號公告
隨著全球新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,我國的工業(yè)制造業(yè)也在向智能制造轉(zhuǎn)型,工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為智能制造裝備中不可替代的重要裝備和手段,國家在《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》、《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》、工信部《智能制造裝備發(fā)展專項2012年實施指南》等重要發(fā)展規(guī)劃中,均明確提出要重點發(fā)展智能制造裝備。在國家經(jīng)濟(jì)快速增長的拉動下,我國工業(yè)機(jī)器人市場從2004年開始加速,年均增長率高達(dá)40%,成為全球機(jī)器人市場增長最快的國家,2012年成為全球第二大工業(yè)機(jī)器人市場。國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)處于爆發(fā)增長前期,正在催生一個龐大的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群。
如此誘人的大蛋糕,不僅吸引了產(chǎn)業(yè)界和資本界的目光,也讓各地政府發(fā)現(xiàn)了一個推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新機(jī)會,紛紛籌建和規(guī)劃機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地,從而希望在這一輪工業(yè)自動化的浪潮中奪得發(fā)展先機(jī)。
目前,上海、重慶、天津、青島、昆山、哈爾濱、南京等國內(nèi)20多個城市均開建或已有機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園,各地政府希望借此吸引國內(nèi)外機(jī)器人行業(yè)巨頭以及上下游相關(guān)企業(yè)聚集在自己麾下。
需要警惕的是,國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人需求量迅猛增長,大量企業(yè)蜂擁而上,良莠不齊,勢必造成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的惡性競爭,而且,國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人廠商缺乏先進(jìn)的核心技術(shù)和零部件,普遍生產(chǎn)規(guī)模不大,種類不夠豐富,關(guān)鍵零部件需要進(jìn)口,如高性能交流伺服電機(jī)和高精密減速器,創(chuàng)新能力不足,制約了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。另外,目前我國各家科研機(jī)構(gòu)相對封閉,未形成合力,重復(fù)研究現(xiàn)象明顯,因此,國家需要在政策、資金上合理持續(xù)支持、正確引導(dǎo)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
興建機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園,一定程度上有利于推動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈集約化配套生產(chǎn),減少產(chǎn)品運(yùn)輸,易于快速溝通解決問題。但是產(chǎn)業(yè)園過度重復(fù)建設(shè)需要引起行業(yè)重視,各地政府需要重新審視機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園的定位,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園不能成為新一輪圈地運(yùn)動的主打牌,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)不能“一哄而上,一哄而散”!
機(jī)器人浪潮在全球涌動,中國的機(jī)器人行業(yè)精英也迎來了產(chǎn)業(yè)的曙光。2013年春在東莞舉行的“中國工業(yè)機(jī)器人成果對接與交流會”,第一次牽引了國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域官(政府)、產(chǎn)(產(chǎn)業(yè))、學(xué)(學(xué)術(shù))、研(科研)、用(用戶)、資(金融)大聯(lián)合,在整個機(jī)器人行業(yè)內(nèi)引起轟動。
在全球的眼光里,中國將成為工業(yè)機(jī)器人最大的需求市場,國外機(jī)器人公司紛紛加快拓展中國市場的腳步。在這樣的環(huán)境背景下,中國的機(jī)器人相關(guān)企事業(yè)單位應(yīng)該如何發(fā)展?由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會、中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、廣東省科學(xué)技術(shù)廳、《機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用》雜志社等單位主辦的機(jī)器人成果對接與交流會是一場及時雨,吸引了機(jī)器人行業(yè)內(nèi)的眾多精英參與探討、交流、合作。
據(jù)統(tǒng)計,這次大會是國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)規(guī)模最大的一次聚會,約有150家企事業(yè)單位到會,而且全部是純粹的“中”字頭,有研究技術(shù)的科研機(jī)構(gòu)與院校,有做機(jī)器人整機(jī)、零部件的生產(chǎn)企業(yè),有做系統(tǒng)集成與服務(wù)的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線提供商,有行業(yè)用戶;有院士、專家、官員、企業(yè)家、金融家;有大企業(yè),也有小團(tuán)隊。
這次大會成功實現(xiàn)了四個對接:機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)之間的對接,政府與機(jī)器人行業(yè)單位的對接,機(jī)器人最終用戶、生產(chǎn)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)的對接,金融投資與機(jī)器人行業(yè)的對接,掀開了國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展全新的一頁。