拥抱触手可及的机器人时代

2018-11-09 17:33:30 来源: 机器人库

机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。近日,聚焦“机器人与智能制造”话题,近百位领域内专家、学者在省自然基金委主办的第三期燕赵科学论坛上,分享了机器人技术研究的最新进展。

“拥抱触手可及的机器人时代”成为本次论坛主题,这传递出专家学者对机器人技术将获得更广泛应用的强烈信心。作为世界第一大工业机器人消费市场,以及第一大服务机器人潜在市场,我国机器人技术创新呈现哪些趋势、特点?下一代机器人技术发展风口在何方?燕赵科学论坛上,专家学者们展示的新成果、发表的新观点,从不同侧面勾画出中国机器人技术发展的未来。

1、机器人应用场景不断丰富

与人们所理解的模糊的“机器人”概念不同,行业内一般将机器人分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。其中,工业机器人主要从事焊接、搬运、码垛、包装等,服务机器人则在教育、医疗、物流等领域提供服务,特种机器人的优势是能在应急救援等高危环境下工作。

论坛期间,由河北工业大学张明路教授带领的“极限环境服役机器人关键技术团队”,向参会的同行业专家、学者展示了其最新研究成果——

一个机器人牢牢吸附在石化储罐的弧形曲面外壁上,前进、后退、左转、右转,动作十分灵活。随后,机器人高举机械臂,喷射出高压水流,把储罐上一块锈蚀的壁面清理得干干净净。

随着我国大型船舶不断增多、石化储罐的大量建设,船舶、储罐的除锈、喷漆、检测等维护施工作业,对人身安全、低成本高效率的要求日趋严苛。以往,国内在该领域内的立面维护作业均是采用人工搭建脚手架的方式进行,不仅效率低、成本高,且对人体健康损害极大。

“经过近两年的技术攻关,我们针对远洋船舶、化工储罐、风电塔筒等大型曲面外壁的防腐检测作业需求,通过搭载不同类型机械臂或作业模块,已成功研发出系列除锈机器人、喷漆机器人及相关配套装备,实现了对各类工作表面的自动化除锈、检测、喷漆等作业,不仅填补了国内防腐作业领域应用机器人的空白,技术也已达到国际先进水平。”张明路说。

比如除锈机器人,使用大功率高压水喷头,可大面积快速清除储罐锈蚀的表面,每小时清除30至35平方米,是人工工作效率的8倍到10倍;相比人工作业每小时喷涂面积仅400平方米,喷漆机器人每小时喷涂面积可达1000平方米,且定位精准、漆膜厚度均匀、喷涂质量高;而检测机器人就像“质检员”,可携带漆膜厚度与钢板厚度检测仪器,检测储罐钢板厚度,保障施工质量。

此外,防腐作业机器人还具有磁力调节、变曲率壁面自适应、安全防爆和先进控制等核心技术。有了这些特种机器人,工作人员只需在电脑屏幕前远程操作即可掌控现场情况,安全、环保又高效。

近年来,我国特种机器人发展快速,前不久,中国电子学会就发布《2018中国机器人产业发展报告》称,当前特种机器人已经能够完成定位、导航、避障、跟踪、场景感知识别、行为预测等任务。

但让老百姓感受更深的,则是身边各类服务机器人的“忙碌身影”。扫地机器人、早教机器人、跳舞机器人、康复机器人……虽然“长相”各异,但借助语音理解、视觉识别等人工智能技术的嵌入,它们正变得越来越“聪明”,应用场景也越来越多元,已经成为现代人居家生活的“好玩伴”“好帮手”。

工业机器人仍是市场的“主角”。据《2018中国机器人产业发展报告》提供的数据显示,2018年全球机器人市场规模将达298.2亿美元,其中,工业机器人占比将近六成。专家表示,汽车制造、金属制品加工和电子是工业机器人传统的应用领域,近年来随着工业机器人技术和工艺日趋成熟,其应用正逐渐向家具家电、五金卫浴、食品饮料等领域延伸。

2、机器人“智商”不断提高

“机器人技术涉及工程材料、机械控制、传感器、自动化、计算机、生命科学等各个方面。当前,机器人基础与前沿技术正在迅猛发展,相关学科在相互交流中加速融合。”哈尔滨工业大学机器人研究所所长赵杰说。

领域内众多专家认为,未来关于机器人技术的创新趋势,将主要围绕人机协作、人工智能和仿生结构三个方面展开。

新松机器人自动化股份有限公司是国内机器人产业的著名公司,前不久,它推出的7自由度协作机器人受到关注。它具备更小、更轻、更灵活的构造,同时兼有牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能,让机器人在布局紧凑、精度要求高的生产线中工作成为可能。

在赵杰看来,机器人的应用领域已逐渐由搬运、焊接、装配等操作型任务向加工型任务拓展,因此,人机协作正在成为工业机器人研发的重要方向之一。他认为,人机协作可以将人的认知能力与机器人的效率结合在一起,从而使人能够更安全、简便地使用机器人。

眼下,人类已不再满足于机器人“呆头呆脑”地“服从命令听指挥”,其提供的服务能否让人“舒服”“满意”,正在成为新的考量标准。

本届论坛上,北京理工大学智能机器人研究所副所长段星光详细介绍了该校医疗机器人的最新研究进展。

“手术机器人可分为基于路径规划的主动型手术机器人、基于主从模式的被动型手术机器人,以及基于人机协同的半主动型手术机器人三个方向。”段星光说,“提高机器人精度将是手术机器人发展的重中之重。”

河北工业大学机械工程学院教授郭士杰长期从事高科技养老助残、无束缚健康状态监测方面研究,在柔性皮肤触觉传感器、护理机器人、预防摔倒的柔性助力装置、无束缚睡眠呼吸监测系统等方面,已有多项研究在实验室做出成品。

“我们做出了应用柔性皮肤触觉传感器的RIBA系列护理机器人,它可以把人从椅子上抱到沙发、马桶上,而且跟人接触时,柔软的皮肤让人感觉很舒服。预防摔倒的柔性助力装置是一种外骨骼机器人,外形像个裤子,老人穿上它,抬腿走路时会获得助力,还能防止摔倒。智能护理床,不仅能测出使用者的心跳、呼吸等健康状况指标,还能够调整人的睡姿,避免人打呼噜、生褥疮。”郭士杰说。

专家认为,机器人发展必将经历一个“智能+”的迭代过程,随着人工智能、大数据等技术与机器人的深度融合,机器人的“智商”会越来越高,将真正实现由“机器”向“机器人”的重大转变。

3、发力核心零部件技术

偌大的空间里,上百台“机械手臂”来回摆动,错落有致地快速工作着。这样的场景,在我国东部沿海的众多制造业集聚区随处可见。

有数据显示,我国机器人市场已进入高速增长期,其中,工业机器人市场连续6年成为全球第一大应用市场,约占全球市场的1/3。而随着我国人口结构调整以及劳动力成本上升,我国对工业机器人的需求还将保持较高增长,未来有望占到全球机器人市场的一半份额。

专家表示,机器人产业的上游是核心零部件、中游是机器人本体、下游是系统集成商,而国内企业则多数集中在下游环节。

“目前,我国的工业机器人三大核心零部件控制器、伺服电机、减速机是制约机器人产业的主要瓶颈。”赵杰说。

专家介绍,控制器就像机器人的大脑,可以发布和传递动作指令,主要包括硬件和软件两部分:硬件就是工业控制板卡,包括一些主控单元、信号处理部分等电路,国产品牌已经掌握;软件则主要是控制算法、二次开发等,国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等方面还有差距。

伺服电机在机器人中用作执行单元,是影响机器人工作性能的主要因素。伺服电机主要分为步进、交流和直流,机器人行业应用最多的是交流伺服,约占65%伺服电机与控制器关联紧密。这一领域竞争非常激烈,国产伺服系统自主配套能力正不断提升,但仍面临巨大挑战。

对此,专家建议,对机器人产业的支持,不应只关注机器人整机产品,还要加大对机器人核心零部件以及制造加工设备的研发与产业化支持力度。

“发展机器人产业不可贪大求全,一些地方政府或园区要注重引导,结合当地产业特色和市场需求,有针对性地布局机器人产业,实现产业发展和市场需求的良性互动,而不是看什么热就做什么。”赵杰说。

随着我国机器人研发和产业发展逐渐趋于理性,在此情况下,机器人产业市场将面临一个优胜劣汰的过程,一批拥有自主知识产权、有实力的科技企业优势将更加明显。通过进一步加强系统化的顶层设计,我国机器人生态产业链条将日益完备。

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