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月發(fā)布的“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”中所指出的 7 個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，機器人產(chǎn)業(yè)也是其中之一，同時， 在進一步實施“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”的“新經(jīng)濟成長戰(zhàn)略”報告中也把機器人放在使日本成為“世界技術(shù)創(chuàng)新中心”的支柱地位上，并在近兩年開始重新審視機器人產(chǎn)業(yè)政策。 美國是機器人的誕生地， 早在 1962 年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，比起號稱機器人王國的日本起步至少要早五、六年。經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進。據(jù)統(tǒng)計， 截止到 2009 年底，美國運行工業(yè)機器人大約有 19．4 萬臺。目 前，美國工業(yè)機器人供應(yīng)商有 Adept Technology、AmericanＲobot、Emerson Industrial Automation 等公司。 德國引進機器人的時間比英國和瑞典大約晚了五、六年，但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動力短缺， 國民的技術(shù)水平較高等社會環(huán)境，卻為工業(yè)機器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。此外，20 世紀 70 年代中后期， 德國政府采用的積極行政手段也為工業(yè)機器人的推廣開辟了道路。如在“改善勞動條件計劃”中規(guī)定，對于一些危險、有毒、有害的工作崗位，必須由機器人來代替。這個計劃為機器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場， 并推動了工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，截止到 2009 年底，德國運行的工業(yè)機器人為 14． 58 萬臺。目 前， 德 國 工 業(yè) 機 器 人 供 應(yīng) 商 有 KUKA、CLOOS 等。 國際上一些大的工業(yè)機器人制造廠家，品牌主要分成兩大體系，以日本為代表的日韓系，以德國為代表的歐系，其中 ABB、安川、發(fā)那科三大品牌占據(jù)了全球 51% 的市場，KUKA、OTC、川崎、松下等 幾 大 品 牌 占 市 場 份 額 的40% 以上。 1.2國內(nèi)發(fā)展概況 我國的工業(yè)機器人研究開發(fā)工作始于 20 世紀 70 年代初， 到現(xiàn)在已經(jīng)歷了 30 年的歷程。前 10 年處于研究單位自行開展研究的狀態(tài)， 發(fā)展比較緩慢。1985 年后開始列入國家有關(guān)計劃， 發(fā)展比較快。特別是在“七·五”、“八·五”、“九·五”機器人技術(shù)國家攻關(guān)、“863”高技術(shù)發(fā)展計劃的重點支持下， 我國的機器人技術(shù)取得了重大發(fā)展。 我國近幾年工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。機器人自動化生產(chǎn)線裝備的市場剛剛起步，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進制造裝備轉(zhuǎn)型的時期，這就給機器人自動化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機。目前正在逐步建立上海、沈陽、北京、昆山、唐山、成都、徐州等工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)基地， 開發(fā)出一批有市場前景的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人及其自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品。 1.3機器人技術(shù)的發(fā)展歷程 科學(xué)的發(fā)展帶動著機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)今很多前沿技術(shù)在機器人產(chǎn)業(yè)均有應(yīng)用，可以說機器人的發(fā)展史也是世界科技發(fā)展史的體現(xiàn)。機器人技術(shù)的發(fā)展大體可概括為三個階段。 第一階段的機器人只有“手”,即以固定程序工作,對外界的信息沒有反饋互動能力； 第二階段的機器人具有了一定的反饋能力,即有了感覺,如力覺、觸覺、視覺等； 第三階段,即“智能機器人”階段,這一階段的器人已具有如自行學(xué)習(xí)、推理、決策、規(guī)劃等自主處理事物的能力。 第一代機器人一般可以根據(jù)編程人員所固化的程序，完成一些簡單的重復(fù)性工作。這一帶機器人從 20 世紀 60年代后半期開始投入使用，由于其操作簡單，可靠性高，成本低廉，現(xiàn)已在很多中小型工廠中得到了普遍應(yīng)用。 第二代是感知機器人，即自適應(yīng)機器人，該類型機器人在前一代機器人機械結(jié)構(gòu)，電氣結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了“感知”的能力。目前，在汽車、航空、船舶等自動化生產(chǎn)線中具有廣泛的應(yīng)用。 其工作效率、工作能力較第一代機器人有明顯提升。 第三代機器人將具有識別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機制，它可以把感知和行動智能化結(jié)合起來，因此能在非特定的環(huán)境下作業(yè)，故稱之為智能機器人。目前，這類機器人處于試驗階段，將向?qū)嵱没较虬l(fā)展。在過去 30- 40 年間，機器人學(xué)和機器人技術(shù)獲得引人注目的發(fā)展，具體體現(xiàn)在： （1）機器人產(chǎn)業(yè)在全世界迅速發(fā)展； （2）機器人的應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國防的各個領(lǐng)域； （3）形成了新的學(xué)科———機器人學(xué)； （4）機器人向智能化方向發(fā)展； （5）服務(wù)機器人成為機器人的新秀。 2、 機器人組成機構(gòu) 機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機械等組成。 圖1高科技機器人 2.1執(zhí)行機構(gòu) 即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構(gòu)，其中的運動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運動坐標形式的不同，機器人執(zhí)行機構(gòu)可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關(guān)節(jié)坐標式等類型。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機器人）等。 2.2驅(qū)動裝置 是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。 2.3檢測裝置 是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進行比較后，對執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)整，以保證機器人的動作符合預(yù)定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測機器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機器人的動作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關(guān)信息，利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路，從而將大大提高機器人的工作精度。 2.4控制系統(tǒng) 一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔(dān)機器人的控制，如當(dāng)采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責(zé)系統(tǒng)的管理、通訊、運動學(xué)和動力學(xué)計算，并向下級微機發(fā)送指令信息；作為下級從機，各關(guān)節(jié)分別對應(yīng)一個CPU，進行插補運算和伺服控制處理，實現(xiàn)給定的運動，并向主機反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機器人的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。 3、 機器人的分類應(yīng)用 機器人是先進制造技術(shù)及自動化裝備的典型代表，是人類制造機器的終極形式。其需要的理論及實踐知識包羅萬象，涉及機械、電子、液壓、自動控制原理、計算機、人工智能、傳感器及其應(yīng)用、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個學(xué)科及領(lǐng)域，是多種高科技技術(shù)理論的集成成果，其應(yīng)用的領(lǐng)域主要分為兩方面，制造業(yè)領(lǐng)域和非制造業(yè)領(lǐng)域。本文以制造業(yè)機器人（即工業(yè)機器人）和非制造業(yè)機器人兩類進行簡述。 3.1機器人在工業(yè)上的應(yīng)用 “工業(yè)機器人”一詞由 《美國金屬市場報》于1960 年提出，經(jīng)美國機器人協(xié)會定義為:“用來進行搬運機械部件或工件的、可編程序的多功能操作器，或通過改變程序可以完成各種工作的特殊機械裝置”這一定義現(xiàn)已被國際標準化組織所采納。隨著工業(yè)機器人發(fā)展深度和廣度的延伸及其智能水平的提高，工業(yè)機器人已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。目前，工業(yè)機器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用，并從傳統(tǒng)的制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸:如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域，工業(yè)機器人的應(yīng)用也越來越多。 現(xiàn)將其典型應(yīng)用舉例如下： 3.1.1機器人自動化裝配線 機器人自動化裝配線由于機器人的智能化，精度高，效率高等特點。其在發(fā)動機，變速箱等車輛核心部件裝配生產(chǎn)線上的應(yīng)用日益廣泛。馬丁路德公司的摩托車發(fā)動機裝配線如圖 1所示。裝配工作臺由 2 臺 FANUC 機器人組成，實現(xiàn)了連桿、曲軸、活塞、缸蓋、缸體的自動化傳送和裝配，采用視覺系統(tǒng)與力控軟件，以適當(dāng)?shù)牧Χ炔粩噍p推零件，使其以很小的接觸力滑入就位，保持工件不受損傷。 圖2 摩托車發(fā)動機裝配線 3.1.2搬運機器人 為了提高自動化程度和生產(chǎn)效率，制造企業(yè)通常需要快速高效的物流線來貫穿整個產(chǎn)品的生產(chǎn)及包裝的過程，搬運機器人在物流線中發(fā)揮著舉足輕重的作用。其一方面具有人難以達到的精度和效率，另一方面可以承擔(dān)大重量和高頻率的搬運作業(yè)，因此被廣泛應(yīng)用在搬運、碼垛、裝箱、包裝和分揀作業(yè)中。 圖3搬運機器人 3.1.3打磨拋光機器人 機械零件形狀不斷向復(fù)雜化、多樣化發(fā)展，實現(xiàn)打磨拋光工藝的機器人少有統(tǒng)一的方案。 在打磨拋光加工中，機器人的工作方式有兩種，一是機器人夾持被加工工件貼近加工工具，如砂輪、砂帶等，進行打磨拋光加工；另一種方法是機器人夾持打磨拋光加工工具貼近工件進行加工。 圖4打磨拋光機器人 3.1.4移動式工業(yè)機器人 對于大尺寸工件的制造，如航空航天產(chǎn)品，傳統(tǒng)的工業(yè)機器人無法勝任。首先，大尺寸工件由于重量和尺寸巨大，不易移動；其次，工業(yè)機器人相對工件而言尺寸不足，如果單純地按比例放大，機器人制造和控制成本將十分高昂，因此，移動式工業(yè)機器人是一個很好的解決方案。 圖5移動式工業(yè)機器人 3.1.5碼垛機器人 最早將工業(yè)機器人技術(shù)用于物體的碼放和搬運的國家是日本和瑞典。20 世紀 70 年代末日本第一次將機器人技術(shù)用于碼垛作業(yè)。1974 年，瑞典ABB 公司研發(fā)了全球第一臺全電控式工業(yè)機器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料的搬運。此外，德國、意大利、韓國等國家工業(yè)機器人的研發(fā)水平也相當(dāng)高，如德國的 KUKA，瑞典的 ABB，日本的FANUC 等。 圖6碼垛機器人 3.2非工業(yè)機器人應(yīng)用舉例 由于技術(shù)進步，制造成本下降，機器人正悄無聲息的進入到平常人的生活、學(xué)習(xí)和工作中。它們可以做家務(wù)，在戰(zhàn)場上偵查，甚至還可以自主進行精細的手術(shù)。在教育、醫(yī)療、軍事和服務(wù)行業(yè)中，小型的非工業(yè)機器人正發(fā)揮著重要的作用。 下文僅列舉幾個典型實例。 3.2.1教育機器人 教育機器人是以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標的機器人成品、套裝或散件。 它除了機器人機體本身之外，還有相應(yīng)的控制軟件和教學(xué)課本等。近年來，教育機器人逐步成為中小學(xué)技術(shù)課程和綜合實踐課程的良好載體。目前常見的教育機器人既有類人形的教育機器人，也有非人形的機器人。 青少年可以與機器人實現(xiàn)基本的互動交流，并可以對機器人的結(jié)構(gòu)功能進行改裝擴展。如圖 2所示，該學(xué)生操控的機器人屬于可進行拆解、重組、功能擴展的機器人。通過了解機器人的結(jié)構(gòu)部件和所需知識等，操控者可較為便捷地掌握機器人的基礎(chǔ)功能，并開拓思維進行創(chuàng)新。 圖7教育機器人 3.2.2炒菜機器人 炒菜機機器人不僅實現(xiàn)了煎、炒、炸等中式烹飪技術(shù)的智能化，還可以輕松做出意大利、希臘、法國等世界各地風(fēng)味菜肴。機器人自動炒菜機實現(xiàn)了炒菜過程的自動化，只需輕輕一按就可以享受到世界各地的地道美食，烹飪過程不粘不糊不溢，而且安全、節(jié)能、無油煙。 圖8炒菜機器人 3.2.3醫(yī)療機器人 隨著機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，醫(yī)療機器人的發(fā)展已經(jīng)得到了全球高度關(guān)注。我國人口老齡化的加劇和科技的發(fā)展，人們對生活各個方面的要求也在提高。以醫(yī)療機器人為代表的服務(wù)器人蘊藏著極大的發(fā)展空間，未來的市場規(guī)模很可能會超過工業(yè)機器人。美國已經(jīng)把手術(shù)治療機器、假肢機器人、康復(fù)機器人、心理康復(fù)輔助機器人、個人護理機器人、智能健康監(jiān)控系統(tǒng)定為未來發(fā)展的六大研究方向。 圖9醫(yī)療機器人 3.2.4軍事機器人 作為立國之根本的國防業(yè)，機器人也已經(jīng)在悄然地發(fā)揮作用。因其具有常規(guī)作戰(zhàn)人員不具備的優(yōu)點：靈敏度高、載重能力強、高續(xù)航能力、可在特殊場合進行特種作戰(zhàn)任務(wù)。最重要的是可以減少人員的傷亡。其在戰(zhàn)場上可進行電子干擾、信息采集、偵查、突擊、排雷、爆破、運輸?shù)热蝿?wù)。 圖10軍事機器人 4、 機器人的發(fā)展中存在問題 4.1機器人發(fā)展的安全問題 目前，機器人發(fā)展雖然在向人工智能方向發(fā)展，但由于受到現(xiàn)有技術(shù)的限制，大都只能稱之為“半智能化”的機器人。這類機器人工作與行動基本上依靠預(yù)先設(shè)置好的電腦程序進行，而且與人相對隔離，控制相對簡單，發(fā)生的安全問題也能有效處理。但是，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，未來工業(yè)企業(yè)將是機器人、工作人員和各類機器設(shè)備之間高度融合的組織，在這個過程中，如何既保證生產(chǎn)又保證人身安全、其他設(shè)備的安全就至關(guān)重要。 4.2機器人發(fā)展的法律問題 早前有報道稱，美國一家公司生產(chǎn)的醫(yī)療機器人在使用7年間，20 0多例病患在接受該醫(yī)療機器人手術(shù)時造成燒傷、切傷、感染等傷害，更有多達9 0多例病患死亡，事故 發(fā)生 后，病患家屬應(yīng)該去找 誰討回公道，責(zé)任又該由誰來承擔(dān)，因為缺少法律 規(guī)范，影響了人們權(quán)益的實現(xiàn)。同樣，我國在機器人使用管理上并沒有相應(yīng)的法律法規(guī)出臺，僅對機器人的研究和生產(chǎn)作出了規(guī)定。顯然，這是一種漏洞和缺失，一旦擁有智能的機器人對他人造成傷害，該如何界定責(zé)任并有效追究損失就成了一道開放型試題。 4.3機器人發(fā)展的技術(shù)問題 隨著人工智能的不斷發(fā)展，機器人也變得越來越智能，一般來說，智能機器人包括結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)本體、驅(qū)動傳動、能源動力、感知等系統(tǒng)。機器人核心部件包括伺服電機、減速器及控制器、驅(qū)動器及傳感器。目前，我國機器人技術(shù)發(fā)展迅速，但是核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備仍然依賴進口，比如諧波減速器主要用于輕型機器人或機器人腕部關(guān)節(jié)，由波發(fā)生器、柔輪和鋼輪組成，具有減速比大、齒隙小、精度高、零部件少、安裝方便及體積小、重量輕等優(yōu)點。目前，國際上諧波減速器市場幾乎被日本生產(chǎn)和壟斷。而我國現(xiàn)有的機器人生產(chǎn)和研究更多是模仿國外發(fā)達國家，受制于人，以發(fā)展較為成熟的工業(yè)機器人的平均故障時間來看，國外工業(yè)機器人穩(wěn)定性可達到10萬h，明顯高于國內(nèi)機器人同類指標的平均水平。由于我國機器人技術(shù)水平落后，智能化程度不高，當(dāng)機器人在應(yīng)用過程中出現(xiàn)故障后，自我修復(fù)和解決能力不強，導(dǎo)致在機器人日常維護、專業(yè)人士的聘請、部件更換等方面投入巨大，最終阻礙了行業(yè)的發(fā)展。 4.4機器人發(fā)展的倫理問題 機器人的倫理問題是機器人發(fā)展過程中不可回避的現(xiàn)實問題。在人工智能快速發(fā)展的當(dāng)下，當(dāng)人工智能與機器人相結(jié)合后，人類將如何定義智能機器人，是否將其看作社會倫理的一員，賦予其倫理的權(quán)力就變動尤為重要。人工智能一旦與機器人相融合，機器人在未來發(fā)展中將不可避免的模仿人類產(chǎn)生一定的道德判斷與行為能力。比如在軍事行動中，智能化的機器人因為其有較 高的作戰(zhàn)效率，可以大幅度降低傷 亡而被廣泛研究。但是，在實際戰(zhàn)爭沖突中，人類向善的本性與戰(zhàn)爭沖突是相矛盾的，軍事學(xué)家馬歇爾的研究就發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的士兵在戰(zhàn)爭中并不愿意朝對方開火，主要原因還是對“殺戮”的恐懼，向往和平。當(dāng)軍用機器人一旦投入戰(zhàn)場，因為其無恐懼感，勢必不會對目標“手下留情”，造成大規(guī)模傷害。雖然，在機器人的技術(shù)設(shè)計 過程中，可以賦予機器人一些倫理道德和判斷標準，但是什么樣的倫理道德標準才是合理的、可接受的就值得深思。 5、 機器人未來發(fā)展解決措施 5.1建立和完善法律法規(guī) 在未來發(fā)展中，機器人法律法規(guī)的建立和完善是必不可少的，我們需要在既有的法律體系上，構(gòu)建人類與機器人的共處制度，要在不破壞人類法律體系的基礎(chǔ)上，對機器人的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、運用等方面進行規(guī)范，厘清責(zé)任，避免法律漏洞的產(chǎn)生。同時，在機器人的設(shè)計和運用過程中，要將其可能面臨的倫理道德問題進行分析，提出解決辦法，將倫理道德融入到機器人的研發(fā)和運用中。 5.2建立安全評估和使用機制 目前，機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，機器人的種類也越來越多，為了評估機器人在使用過程中究竟可能帶來哪些 安全問題，研究人員需要對可能出現(xiàn) 的安全問題進行評估，并限定其使用范圍。同時，建立起機器人的安全問題反應(yīng)機制，在使用過程中要 注重對機器人核心部分 進行保護，為防止黑客和惡意軟件對機器人控制系統(tǒng)進行破壞，要做到及時更新檢查機器人應(yīng)用程式，提升安全信息系統(tǒng)對未知因素的防御能力。 5.3加強技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng) 機器人發(fā)展，掌握核心關(guān)鍵技術(shù)至關(guān)重要。一方面，國家要加大投入，鼓勵和支持社會對機器人技術(shù)進行研發(fā)和使用；另一方面，要吸收借鑒國外先進的研究理念和研究技術(shù)，攻堅克難，自主創(chuàng)新，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，搶占技術(shù)制高點；最后就是要加大人才培養(yǎng)的力度，為機器人發(fā)展培養(yǎng)儲備人才。 15 .