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科普文章

機器人技術帶來新景觀

  • 發表日期:2014-04-08 【 【打印】【關閉】
  •          機器人一詞最早出現于1920年捷克作家卡雷爾·恰佩克的科幻劇本。1961年,第一臺真正意義上的工業機器人在美國誕生,在通用汽車公司安裝使用。近20年來,機器人相關技術快速發展,機器人不僅在制造領域被廣泛利用,而且在醫療、教育、娛樂、家庭服務、應急救援、野外勘測、資源開發、軍事裝備等領域也大顯神通

      從簡單重復性作業,到完成高難度腦外科手術等,機器人技術日新月異

      早期工業機器人是通過示教再現的方式來完成簡單的重復性作業,即由操作員輸入或遙控工業機械臂到達一系列空間位置點,機器人記錄位置點并在作業時按順序依次重復。這種方式不僅適用于批量化的、固定不變的簡單搬運、裝配等作業,對于實現某些復雜作業也是有效的,因此,在示教再現方式的易用性、安全性方面,仍有很多研究要做,以適應復雜作業、降低系統調試時間、提高工作效率。

      隨著制造業對機器人應用的擴展,工業機器人亟須滿足高速度、高精度、重載荷、智能化、多機協調等要求,以適應更加復雜、精細、可靠、快節拍的作業。工業機器人與制造工藝、制造過程的融合、輔助系統的配合,也極大影響著制造系統的整體性能。同時,工業機器人從大規模生產線上封閉的工作站延伸到人和機器人緊密協作的共用開放作業空間時,人機協作和安全問題成為近年來新的熱點。

      近20年來,機器人相關技術快速發展,機器人不僅在制造領域被廣泛應用,而且在醫療、教育、娛樂、家庭服務、應急救援、野外勘測、資源開發、軍事裝備等領域也發揮重要的作用。在醫生的操作下,外科手術機器人已可以完成腦外科、心血管介入、骨科等微創手術,機器人膠囊可進入消化道完成檢測,康復機器人可以輔助中風、癱瘓患者進行運動機能康復訓練。助行助力機器人、智能假肢則方便了老人、殘障人士的工作、生活。機器人足球、仿生機器魚、仿人機器人等科普教育機器人,吸引了廣大青少年對科技的關注,促進了知識傳播。伙伴機器人、仿動物機器人、導游機器人也已進入個人娛樂、公共服務領域。吸塵機器人、炒菜機器人等已逐步實用化,并進入家庭。排爆機器人、旋翼直升機、線路巡檢機器人等在各類應急處理作業中也已應用。深海作業機器人、火星探索機器人等更在資源勘測、開發、外星探索中發揮了重要作用。而智能化的無人車、無人機、無人艦船、無人潛器等,已成為未來軍事裝備發展的重要方向。

      機器人技術和系統的研發得到各國政府、科研機構和企業的高度重視

      我國在863計劃、自然科學基金、科技重大專項等規劃中針對工業機器人、服務機器人相關研發進行了重點部署。高性價比的工業機器人及其與生產工藝、流程深度結合的制造系統,將促進我國產業升級,并緩解勞動力短缺等因素對產業發展的制約。不同形態的服務機器人將為解決老齡化等社會問題、促進社會發展、培育新興產業方面發揮重要作用。

      美國、歐盟、日本、韓國等國家在機器人領域都開展了廣泛研究,但關注領域和優勢不盡相同。美國在國防軍事、航空航天、生物、醫療、服務等領域,歐盟在工業機器人、生物、醫療、服務等領域,日本在工業機器人、仿人機器人、個人/家用、服務等領域都具有各自的技術優勢。

      美國國防部、宇航局、國立衛生研究院等部門支持開展了大量機器人相關研究工作。全球鷹、捕食者、掃描鷹等一系列固定翼無人機,已用于遠程偵察和攻擊。同時,高空高超聲速無人飛行系統等新型無人機也在研發中。自治水下機器人Nereus可深潛10902米完成探測。基于仿魚推進、水下滑翔等機理的水下機器人也在研發中。為適應山地等復雜道路環境而開發的液壓驅動四足機器人BigDogAlphaDog可在草地、雪地、坡地、礫石等不同地面負載150千克,行走20千米以上。具有高速運動能力的四足機器人獵豹、野外六輪無人作戰車輛也在研制中。液壓驅動雙足步行機器人PetmanAtlas不僅顯示出良好的柔性和響應能力,而且具有較快的步行速度。小型偵察機器人、各類排爆機器人等地面移動機器人也已在實戰中應用。穿戴式下肢骨骼負載器BLEEX可讓使用者負重70千克正常行走。火星探索機器人探路者勇氣號機遇號好奇號等均成功登陸并開展科研探測,其中好奇號機器人采用了核電池供電,并配有作業臂和攝像頭等多種觀測儀器。仿人型雙臂機器人航天員Robonaut2已送入國際空間站進行艙內服務測試。

      歐盟在第七框架計劃內開展了大量合作研究,而各成員國也結合本國需求對機器人研究給予了支持。如歐洲聯合研制了無人戰斗機NEURON、法國開發了海底機器人阿利斯塔爾、德國宇航中心開發了模塊化的用于太空作業的靈巧手。在工業機器人方面,瑞典瑞士的ABB、德國的KUKA等企業具有較強的研發實力。

                                                                              (作者:譚民  王碩 亚愽娱乐app自動化研究所  研究員)