李璐彤

摘 要：考慮到發(fā)達(dá)國(guó)家勞動(dòng)力不足的現(xiàn)狀，機(jī)器人的研發(fā)逐漸由僅能單一重復(fù)地工作轉(zhuǎn)向智能機(jī)器人。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)以及大數(shù)據(jù)挖掘和人工智能技術(shù)研發(fā)的機(jī)器人不僅可以大大緩解勞動(dòng)力不足的現(xiàn)狀，更對(duì)解決老齡化問(wèn)題大有裨益，是未來(lái)機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)

智能機(jī)器人是什么？

智能機(jī)器人并不是按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序或者工作人員的指揮來(lái)工作，而是根據(jù)自己的判斷來(lái)行動(dòng)，這就是智能機(jī)器人。未來(lái)的智能機(jī)器人應(yīng)該是具備傳感器和執(zhí)行器，能夠處理來(lái)自傳感器感知的信息并指導(dǎo)執(zhí)行器操作的機(jī)器。即智能機(jī)器人的行動(dòng)由傳感器感知信息決定。智能機(jī)器人中含有各種類型的傳感器，控制智能機(jī)器人執(zhí)行各類行動(dòng)。

以往，機(jī)器人大多應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，尤其是汽車和電子制造業(yè)。而未來(lái)，隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)，很多機(jī)器人將走進(jìn)家庭，與人類共同生活。工業(yè)機(jī)器人在工廠工作，應(yīng)用于固定的工作環(huán)境，工作內(nèi)容也只需預(yù)先通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)好程序，然后簡(jiǎn)單地重復(fù)工作即可。但工作于社會(huì)環(huán)境中的智能機(jī)器人則需要更加高級(jí)的環(huán)境感知能力。例如智能家用機(jī)器人需要通過(guò)感知來(lái)不斷調(diào)整方位，回避桌椅等物體。即在“雜亂”的工作環(huán)境中工作，和人類共同生活的智能機(jī)器人必須具備各類傳感器，以感知周邊環(huán)境信息，并根據(jù)所處環(huán)境采取相應(yīng)的行動(dòng)。

一、從IT，DT到RT

近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)量的暴漲成了許多行業(yè)共同面對(duì)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和寶貴機(jī)遇?！叭祟愓龔腎T時(shí)代走向DT時(shí)代”，阿里巴巴集團(tuán)創(chuàng)始人馬云在各種場(chǎng)合都不遺余力地推銷自己的觀點(diǎn)，信息社會(huì)已進(jìn)入大數(shù)據(jù)（Big Data）時(shí)代。大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)改變著人們的生活、工作方式及企業(yè)的運(yùn)作模式。馬云認(rèn)為，IT（Information Technology）時(shí)代以自我控制、自我管理為主，而DT（Data Technology）時(shí)代則是以服務(wù)大眾、激發(fā)生產(chǎn)力為主的技術(shù)。這兩者之間看似是技術(shù)的差異，實(shí)則是思想觀念層面的差異。

隨著新一代信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展，基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的智能機(jī)器人將在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)（Robot Technology）時(shí)代將隨之到來(lái)。

機(jī)器人技術(shù)涉及眾多領(lǐng)域，具有多學(xué)科交叉和融合等特點(diǎn)。機(jī)器人正在逐步發(fā)展成為具有感知、認(rèn)知和自主行動(dòng)能力的智能化裝備，是數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、材料科學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、光電、通信、傳感、仿生學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)綜合的成果，其發(fā)展水平體現(xiàn)了國(guó)家高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力。我國(guó)現(xiàn)階段機(jī)器人的發(fā)展需要提升智能和自主作業(yè)能力、改善人機(jī)交互能力、提高安全性能，解決制約“人機(jī)交互”“人機(jī)合作”“人機(jī)融合”的瓶頸問(wèn)題，突破三維環(huán)境感知、規(guī)劃和導(dǎo)航、類人的靈巧操作、直觀的人機(jī)交互、行為安全等關(guān)鍵技術(shù)。

機(jī)器人是新型技術(shù)的融合，為了使之能夠適應(yīng)功能的需求及保持其智能化的穩(wěn)定性，要求機(jī)器人具備許多前沿科技。通常看來(lái)，RT技術(shù)主要由傳感器、智能控制、驅(qū)動(dòng)部分組成，涵蓋計(jì)算機(jī)軟件、半導(dǎo)體、大數(shù)據(jù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)定位、語(yǔ)音識(shí)別、圖像處理、環(huán)境識(shí)別、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、蓄電池等多項(xiàng)跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的前沿技術(shù)，其涵蓋范圍如圖1所示。

世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)引擎也即將由IT，DT進(jìn)入RT時(shí)代，智能機(jī)器人將成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代各行各業(yè)以及家庭個(gè)人消費(fèi)者的核心終端產(chǎn)品。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）的數(shù)據(jù)顯示，僅僅是家用機(jī)器人在2012年的全球消費(fèi)總額已達(dá)到16億美元，2013—2016年估計(jì)智能家庭機(jī)器人的銷售數(shù)量將達(dá)到2 200萬(wàn)臺(tái)。

二、從IR，SR到PR

機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，涵蓋內(nèi)容越來(lái)越多。按照國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）的分類，機(jī)器人一般分為工業(yè)機(jī)器人（Industrial Robot，IR）和服務(wù)機(jī)器人（Service Robot，SR），分類如圖2所示。工業(yè)機(jī)器人是在工業(yè)生產(chǎn)中使用的機(jī)器人的總稱，工業(yè)機(jī)器人是一種通過(guò)編程或示教實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，具有多關(guān)節(jié)或多自由度，同時(shí)還具有一定感知功能（如視覺(jué)、力覺(jué)、位移檢測(cè)等），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境和工作對(duì)象的自主判斷和決策，能夠代替人工完成各類繁重、乏味或有害環(huán)境下的體力勞動(dòng)的自動(dòng)化機(jī)器。成套設(shè)備由工業(yè)機(jī)器人和完成工作任務(wù)所需的外圍及周邊輔助設(shè)備組成一個(gè)獨(dú)立自動(dòng)化生產(chǎn)單元，最大限度減少人工參與，提高生產(chǎn)效率。

工業(yè)機(jī)器人及成套設(shè)備可廣泛應(yīng)用于企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如焊接、機(jī)械加工、搬運(yùn)、裝配、分揀、噴涂等。工業(yè)機(jī)器人及成套設(shè)備的應(yīng)用不僅能將工人從繁重或有害的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，解決當(dāng)前勞動(dòng)力短缺問(wèn)題，而且能夠提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力。服務(wù)型機(jī)器人通常是可移動(dòng)的，代替或協(xié)助人類完成為人類提供服務(wù)和安全保障等各項(xiàng)工作。

工業(yè)機(jī)器人并不僅僅用來(lái)代替人工勞動(dòng)，同時(shí)還可作為一個(gè)可編程的擁有高級(jí)柔性、開(kāi)放的加工單元集成到先進(jìn)的制造系統(tǒng)中，適合于多品種變批量的柔性生產(chǎn)，提升產(chǎn)品穩(wěn)定性和一致性。在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對(duì)提高制造業(yè)自動(dòng)化水平意義重大。

從工廠到日常生活，機(jī)器人應(yīng)用更加廣泛。

服務(wù)機(jī)器人可以分為專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)機(jī)器人和個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人在世界范圍內(nèi)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γl(fā)達(dá)國(guó)家的服務(wù)機(jī)器人更是有著廣闊的市場(chǎng)。服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展受四因素驅(qū)動(dòng)，如圖3所示。

老齡化問(wèn)題。全球人口的老齡化帶來(lái)大量問(wèn)題，社會(huì)保障和醫(yī)療服務(wù)、護(hù)理的需求更加緊迫，但醫(yī)療護(hù)理人員的數(shù)量卻顯不足。在這種激化的沖突之中，服務(wù)機(jī)器人作為最佳的解決方案有巨大的發(fā)展空間。

勞動(dòng)力不足。由于發(fā)達(dá)國(guó)家的勞動(dòng)力成本不斷上漲，而且人們不愿意從事簡(jiǎn)單重復(fù)性高的工作，包括清潔、護(hù)理、保安等，導(dǎo)致發(fā)達(dá)國(guó)家從事這類工作的人越來(lái)越少，因此勞動(dòng)力不足為服務(wù)機(jī)器人帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)。

幸福生活指數(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的上升，人們可支配收入增加，使得人們能夠購(gòu)買服務(wù)機(jī)器人來(lái)幫助人們提升幸福生活指數(shù)，讓機(jī)器人替代人去做各種家務(wù)，而人們則可獲得更多的空閑或者娛樂(lè)時(shí)間。

科技進(jìn)步。隨著物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)以及大數(shù)據(jù)挖掘和人工智能技術(shù)的成熟，智能機(jī)器人更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，成本不斷下降，能實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多。

國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟對(duì)服務(wù)機(jī)器人做了初步定義：服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能完成有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。數(shù)據(jù)顯示，目前世界上至少有48個(gè)國(guó)家在發(fā)展機(jī)器人，其中25個(gè)國(guó)家已涉足服務(wù)型機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。

未來(lái)，隨著機(jī)器人遍及社會(huì)各個(gè)角落，每個(gè)人都能感受到機(jī)器人應(yīng)用帶來(lái)的效果。例如：在老齡化嚴(yán)重的情況下，醫(yī)療護(hù)理的重要性日益凸顯。如果機(jī)器人得到深度應(yīng)用，就可以提供許多目前還未實(shí)現(xiàn)的高級(jí)醫(yī)療手段，提供負(fù)擔(dān)較輕、質(zhì)量較高的護(hù)理服務(wù)。服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用范圍廣闊，除了醫(yī)療護(hù)理外，還包括維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、救災(zāi)等工作。尤其是家庭和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力尤其巨大。隨著全球人口老齡化進(jìn)程的加快，產(chǎn)生了許多社會(huì)問(wèn)題，例如對(duì)于老齡人的看護(hù)以及醫(yī)療護(hù)理等。光靠財(cái)政手段解決這些問(wèn)題必將導(dǎo)致巨額的社會(huì)負(fù)擔(dān)。而從技術(shù)角度考慮，如若廣泛應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人，利用服務(wù)機(jī)器人所具有的特點(diǎn)則能夠顯著降低財(cái)政負(fù)擔(dān)，提升居民幸福生活指數(shù)，有助于社會(huì)福利事業(yè)的健康發(fā)展。

同時(shí)，如果機(jī)器人在社會(huì)的各種場(chǎng)景得到應(yīng)用，也將培育出機(jī)器人參與協(xié)同工作的各種新業(yè)態(tài)，如維修，娛樂(lè)，保險(xiǎn)等。機(jī)器人傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、動(dòng)力技術(shù)和材料技術(shù)不斷發(fā)展，推動(dòng)機(jī)器人在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用走向成熟。尤其是隨著智能控制理論、機(jī)器學(xué)習(xí)算法、人機(jī)交互等關(guān)鍵技術(shù)快速發(fā)展，使得機(jī)器人具備深度學(xué)習(xí)能力，通過(guò)訪問(wèn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析挖掘，進(jìn)而在日益復(fù)雜的、不確定和非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中進(jìn)行自律性操作，響應(yīng)并滿足消費(fèi)者個(gè)性化、實(shí)時(shí)化和多變化的需求。

當(dāng)然，隨著機(jī)器人的深度應(yīng)用，一些社會(huì)制度也需要適時(shí)調(diào)整。盡管機(jī)器人的進(jìn)化日新月異，但是相對(duì)于能夠識(shí)別各種狀況并做出判斷的人類來(lái)說(shuō)，機(jī)器人能做的事情依然存在很大的局限性，需要長(zhǎng)期進(jìn)一步進(jìn)化。

為此，只有將營(yíng)造人類與機(jī)器人協(xié)同生活的社會(huì)作為必要的前提條件，才能最大限度發(fā)揮機(jī)器人的能力，而這對(duì)實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人無(wú)障礙社會(huì)”也非常重要，如圖4所示。

實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)障礙社會(huì)，老人、兒童都將在日常生活中與機(jī)器人互動(dòng)。有機(jī)器人協(xié)助，人類將從繁雜的工作中解放出來(lái)，同時(shí)，信息通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，也會(huì)大幅提升生活質(zhì)量。

此外，就政府管理而言，運(yùn)用機(jī)器人不僅能夠保障區(qū)域安全，提升區(qū)域滿意指數(shù)，還能夠解決安保人員不足的問(wèn)題，提升地方的安全性。

因此，繼智能手機(jī)之后，人類正在向機(jī)器人（PR）時(shí)代邁進(jìn)。微軟前總裁比爾·蓋茨日前在《科學(xué)美國(guó)人》雜志上如此表述：屆時(shí)，家用機(jī)器人將像門鈴、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、電冰箱等一樣普及。個(gè)人機(jī)器人受剛性需求驅(qū)動(dòng)，市場(chǎng)將極為廣闊，如圖5所示。

三、從互聯(lián)，共享到協(xié)同

新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)可編程控制器等創(chuàng)新和應(yīng)用，推動(dòng)了制造業(yè)生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的深刻變革。在這一過(guò)程中，盡管德國(guó)擁有世界一流的機(jī)器設(shè)備和裝備制造業(yè)，尤其在嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化工程領(lǐng)域德國(guó)更是處于領(lǐng)軍地位，但德國(guó)工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及其相對(duì)弱項(xiàng)也顯而易見(jiàn)。一方面，機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，不僅美國(guó)積極重振制造業(yè)，亞洲的機(jī)械設(shè)備制造商也正在奮起直追，威脅德國(guó)制造商在全球市場(chǎng)的地位。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是德國(guó)工業(yè)的相對(duì)弱項(xiàng)。為了保持作為全球領(lǐng)先的裝備制造供應(yīng)商以及在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，面對(duì)新一輪技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，德國(guó)推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的就是充分發(fā)揮德國(guó)的制造業(yè)基礎(chǔ)及傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，大力推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，形成信息物理網(wǎng)絡(luò)（CPS），以便在向未來(lái)制造業(yè)邁進(jìn)的過(guò)程中先發(fā)制人，與美國(guó)爭(zhēng)奪新一輪工業(yè)革命的話語(yǔ)權(quán)。

機(jī)器人的價(jià)值因工業(yè)領(lǐng)域的普及而受到全球認(rèn)可。尤其是主要需求領(lǐng)域的汽車與電子制造產(chǎn)業(yè)中，機(jī)器人的安裝使用帶動(dòng)了生產(chǎn)效率的大幅增長(zhǎng)。新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)可編程控制器等創(chuàng)新和應(yīng)用，推動(dòng)了制造業(yè)生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的深刻變革。德國(guó)“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略旨在通過(guò)深度應(yīng)用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)等技術(shù)手段，推動(dòng)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

生產(chǎn)制造領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人也將成為智能制造的主力軍，制造業(yè)是機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，大量采用了機(jī)器人，例如汽車產(chǎn)業(yè)、電子制造產(chǎn)業(yè)等大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)均離不開(kāi)各類機(jī)器人。

德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)位居世界第三，僅次于日本和美國(guó)。機(jī)器人在德國(guó)制造業(yè)中的應(yīng)用率相對(duì)較高，每四個(gè)就業(yè)崗位就有一個(gè)工業(yè)機(jī)器人。以往德國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化模式的主要特點(diǎn)在于分工合作，未來(lái)則是基于動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式，將具備一定智能化的機(jī)器人個(gè)體通過(guò)數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。工業(yè)4.0帶來(lái)的機(jī)器人的進(jìn)化如圖6所示。

近年來(lái)，隨著傳感器、人工智能等技術(shù)的進(jìn)歩，機(jī)器人正朝向與信息技術(shù)相融合的趨勢(shì)發(fā)展。由此誕生的“自律化”“數(shù)據(jù)終端化”“網(wǎng)絡(luò)化”等擁有世界領(lǐng)先技術(shù)的機(jī)器人正在全世界范圍內(nèi)不斷獲取數(shù)據(jù)、獲得應(yīng)用，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型創(chuàng)新。機(jī)器人在制造、服務(wù)領(lǐng)域帶動(dòng)產(chǎn)生新附加值的同時(shí)，還將成為為信息傳達(dá)、娛樂(lè)和日常通信領(lǐng)域帶來(lái)極大變革的關(guān)鍵設(shè)備。

機(jī)器人概念也將發(fā)生變化。以往，機(jī)器人主要是指具備傳感器、智能控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等3要素的機(jī)械。隨著數(shù)字化的進(jìn)展、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的充實(shí)以及人工智能技術(shù)的進(jìn)步，一些機(jī)器人即便沒(méi)有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也能通過(guò)獨(dú)立的智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)現(xiàn)實(shí)世界的各種物體或人類。未來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)世界的進(jìn)化，機(jī)器人僅僅通過(guò)智能控制系統(tǒng)就能夠應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)場(chǎng)景中。因此兼具3個(gè)所有要素的機(jī)械才能被稱為機(jī)器人的定義將有可能發(fā)生改變。即下一代機(jī)器人將會(huì)涵蓋更廣泛的概念。以往并未定義成機(jī)器人的物體也將機(jī)器人化，例如無(wú)人駕駛汽車、智能家電、智能手機(jī)、智能住宅等。

最近幾年，隨著美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的大量投入，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展日新月異。機(jī)器人從單體作業(yè)轉(zhuǎn)向可自主學(xué)習(xí)、自律行動(dòng)的方向發(fā)展。除了傳感器技術(shù)、軟件信息處理能力的提升進(jìn)步之外，深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)（圖像與語(yǔ)音識(shí)別，機(jī)械學(xué)習(xí)）的跨越式發(fā)展，也推動(dòng)了機(jī)器人自身能力的進(jìn)一步提升，使機(jī)器人能夠不斷從事更加高級(jí)的工作。也就是說(shuō)，機(jī)器人從過(guò)去的簡(jiǎn)單重復(fù)性勞動(dòng)，變得能夠互聯(lián)、共享，甚至協(xié)同工作。