機器人發展進程及國內外機器人領域發展趨勢
2021-3-23 來源：- 作者：-
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機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業自動化水平的重要標志。
機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。
按照通常的方法，機器人按發展進程一般可分為三代：第一代的機器人是一種“遙控操作器”；第二代的機器人是一種按人事先編好的程序對機器人進行控制，使其自動重復完成某種操作的方式；第三代機器人是智能機器人，它是利用通過各種傳感器、測量器等來獲取環境的信息，然后利用智能技術進行識別、理解、推理并最后作出規劃決策，能自主行動實現預定目標的高級機器人。
這種粗括的概述根本無法說明機器人技術發展的艱辛歷程，而要想具體說明其歷程就必須從各個國家的機器人發展說起，因為從整體角度看各個國家的機器人發展過程雖然相互聯系但又是相互區別的，不同的歷史背景、社會背景引發了不同的人們對機器人技術不同的看法，導致了不同的政策和結果，此結果又反過來影響人們的思想和社會歷史的發展。
機器人的誕生地在美國，1962年美國研制出世界上第一臺工業機器人，經過30多年的發展，美國現已成為世界上的機器人強國之一，基礎雄厚，技術先進。綜觀它的發展史，道路是曲折不平坦的。
由于美國政府從60年代到70年代中的十幾年期間，并沒有把工業機器人列入重點發展項目，只是在幾所大學和少數公司開展了一些研究工作。對于企業來說，在只看到眼前利益，政府又無財政支持的情況下，寧愿錯過良機，固守在使用剛性自動化裝置上，也不愿冒著風險，去應用或制造機器人。加上當時美國失業率高達6．65％，政府擔心發展機器人會造成更多人失業，因此不予投資，也不組織研制機器人，這不能不說是美國政府的戰略決策錯誤。70年代后期，美國政府和企業界雖有所重視，但在技術路線上仍把重點放在研究機器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領域的高級機器人的開發上，致使日本的工業機器人后來居上，并在工業生產的應用上及機器人制造業上很快超過了美國，產品在國際市場上形成了較強的競爭力。
進入80年代之后，美國才感到形勢緊迫，政府和企業界才對機器人真正重視起來，政策上也有所體現，一方面鼓勵工業界發展和應用機器人，另一方面制訂計劃、提高投資，增加機器人的研究經費，把機器人看成美國再次工業化的特征，使美國的機器人迅速發展。
80年代中后期，隨著各大廠家應用機器人的技術日臻成熟，第一代機器人的技術性能越來越滿足不了實際需要，美國開始生產帶有視覺、力覺的第二代機器人，并很快占領了美國60％的機器人市場。
盡管美國在機器人發展史上走過一條重視理論研究，忽視應用開發研究的曲折道路，但是美國的機器人技術在國際上仍一直處于領先地位。其技術全面、先進，適應性也很強。
一直與美國相提并論的英國則發展迥然不同。雖然1967年英國 Hall Automation公司研制出自己的機器人RAMP。但70年代初期，由于英國政府科學研究委員會頒布了否定人工智能和機器人的Lighthall報告，對工業機器人實行了限制發展的嚴厲措施，因而機器人工業一蹶不振，在西歐差不多居于末位。
但是，國際上機器人蓬勃發展的形勢很快使英政府意識到：機器人技術的落后，導致其商品在國際市場上的競爭力大為下降。于是，從70年代末開始，英國政府轉而采取支持態度，推行并實施了一系列支持機器人發展的政策和措施，如廣泛宣傳使用機器人的重要性、在財政上給購買機器人企業以補貼、積極促進機器人研究單位與企業聯合等，使英國機器人開始了在生產領域廣泛應用及大力研制的興盛時期。
這說明新技術的發展是不以人的意志為轉移的，誰順應它努力發展它誰就能獲得發展，而誰一味的閉關鎖國排斥它限制它就會因為跟不上時代的發展而落后。
相對英國的教訓而言，法國由于很早就接受了人工智能技術并努力發展它，從而獲得了很大的發展。法國不僅在機器人擁有量上居于世界前列，而且在機器人應用水平和應用范圍上處于世界先進水平。這主要歸功于法國政府一開始就比較重視機器人技術，特別是把重點放在開展機器人的應用研究上。法國機器人的發展比較順利，主要原因是通過政府大力支持的研究計劃，建立起一個完整的科學技術體系。即由政府組織一些機器人基礎技術方面的研究項目，而由工業界支持開展應用和開發方面的工作，兩者相輔相成，使機器人在法國企業界很快發展和普及。
法國的鄰國德國，其工業機器人的總數占世界第三位，僅次于日本和美國。但它比英國和瑞典引進機器人大約晚了五六年，其所以如此，是因為德國的機器人工業一起步，就遇到了國內經濟不景氣。但是德國的社會環境卻是有利于機器人工業發展的。因為戰爭，導致勞動力短缺，以及國民技術水平高等因素都是實現使用機器人的有利條件。
到了70年代中后期，政府采用行政手段為機器人的推廣開辟道路；在“改善勞動條件計劃”中規定，對于一些有危險、有毒、有害的工作崗位，必須以機器人來代替普通人的勞動。這個計劃為機器人的應用開拓了廣泛的市場，并推動了工業機器人技術的發展。
日爾曼民族是一個重實際的民族，他們始終堅持技術應用和社會需求相結合的原則。除了像大多數國家一樣，將機器人主要應用在汽車工業之外，突出的一點是德國在紡織工業中用現代化生產技術改造原有企業，報廢了舊機器，購買了現代化自動設備、電子計算機和機器人，使紡織工業成本下降、質量提高，產品的花色品種更加適銷對路。到1984年終于使這一被喻為“快完蛋的行業”重新振興起來。與此同時，德國看到了機器人等先進自動化技術對工業生產的作用，提出了1985年以后要向高級的、帶感覺的智能型機器人轉移的目標。經過近十年的努力，其智能機器人的研究和應用方面在世界上處于公認的領先地位。
與西方對立的前蘇聯（主要是在俄羅斯）在機器人技術上也是很先進的。前蘇聯從理論和實踐上探討機器人技術是從50年代后半期開始的。到了50年代后期開始了機器人樣機的研究工作。1968年成功地試制出一臺深水作業機器人。1971年研制出工廠用的萬能機器人。
早在前蘇聯第九個五年計劃（1970年一1975年）開始時，就把發展機器人列入國家科學技術發展綱領之中。到1975年，已研制出30個型號的120臺機器人，經過20年的努力，前蘇聯的機器人在數量、質量水乎上均處于世界前列地位。國家有目的地把提高科學技術進步當作推動社會生產發展的手段，來安排機器人的研究制造；有關機器人的研究生產、應用、推廣和提高工作，都由政府安排，有計劃、按步驟地進行。
前蘇聯的技術雖然先進，但其實行的是計劃經濟。計劃經濟的一個通病是脫離市場，從而使其技術應用沒有像其他西方資本主義國家那樣出現飛躍。而與此相對取得了巨大成功的則是我們近鄰——日本。
日本在60年代末正處于經濟高度發展時期，年增長率達11％。第二次世界大戰后，日本的勞動力本來就緊張，而高速度的經濟發展更加劇了勞動力嚴重不足的困難。為此，日本在1967年由川崎重工業公司從美國Unimation公司引進機器人及其技術，建立起生產車間，并于1968年試制出第一臺川崎的“尤尼曼特”機器人。
正是由于日本當時勞動力顯著不足，機器人在企業里受到了“救世主”般的歡迎。日本政府一方面在經濟上采取了積極的扶植政策，鼓勵發展和推廣應用機器人，從而更進一步激發了企業家從事機器人產業的積極性。尤其是政府對中、小企業的一系列經濟優惠政策，如由政府銀行提供優惠的低息資金，鼓勵集資成立“機器人長期租賃公司”，公司出資購入機器人后長期租給用戶，使用者每月只需付較低廉的租金，大大減輕了企業購入機器人所需的資金負擔；政府把由計算機控制的示教再現型機器人作為特別折扣優待產品，企業除享受新設備通常的40%折扣優待外，還可再享受 13％的價格補貼。另一方面，國家出資對小企業進行應用機器人的專門知識和技術指導等等。這一系列扶植政策，使日本機器人產業迅速發展起來，經過短短的十幾年，到80年代中期，已一躍而為“機器人王國”，其機器人的產量和安裝的臺數在國際上躍居首位。
按照日本產業機器人工業會常務理事米本完二的說法：“日本機器人的發展經過了60年代的搖籃期，70年代的實用期，到80年代進人普及提高期。”并正式把1980年定為“產業機器人的普及元年”，開始在各個領域內廣泛推廣使用機器人。
日本政府和企業充分信任機器人，大膽使用機器人。機器人也沒有辜負人們的期望，它在解決勞動力不足、提高生產率、改進產品質量和降低生產成本方面，發揮著越來越顯著的作用，成為日本保持經濟增長速度和產品競爭能力的一支不可缺少的隊伍。
日本在汽車、電子行業大量使用機器人生產，使日本汽車及電子產品產量猛增，質量日益提高，而制造成本則大為降低。從而使日本生產的汽車能夠以價廉的絕對優勢進軍號稱“汽車王國”的美國市場，并且向機器人誕生國出口日本產的實用型機器人。此時，日本價廉物美的家用電器產品也充斥了美國市場……這使“山姆大叔”后悔不已。日本由于制造、使用機器人，增大了國力，獲得了巨大的好處，迫使美、英、法等許多國家不得不采取措施，奮起直追。日本在八、九十年代被稱為世界工廠，其中機器人技術功不可沒。
隨著改革開放我國也進入了經濟高速發展的時代，但我們必須清楚現在我國的產品之所以能有競爭力是因為我國廉價的勞動力，但廉價的勞動力并不能解決一切，人民生活水平的提高必然帶來工資的提高，這是一個必然的趨勢，如果我們一味只知道“剝削”工人而不是發展新科技新技術以提高勞動能力，則不久的將來我國的勞動力資源就會枯竭，經濟就會停滯，還有可能像日本今天那樣經濟倒退。所以我國必須著眼于未來重視機器人技術的發展。
現在國內外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：
1．工業機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），單機價格不斷下降。
2．機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機。
3．工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。
4．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。
5．虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。
6．當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。
我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發出直接遙控機器人、雙臂協調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了一定的發展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統攻關，才能形成系統配套可供實用的技術和產品。
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