作為實(shí)現智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，中國工業(yè)機器人市場(chǎng)在保持多年高速增長(cháng)之后，迎來(lái)了銷(xiāo)量拐點(diǎn)。根據中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統計與國際機器人聯(lián)合會(huì )初步匯總結果，2018年中國工業(yè)機器人市場(chǎng)累計銷(xiāo)售13.5萬(wàn)臺，同比下降3.75%，市場(chǎng)銷(xiāo)量首次出現同比下降。

中國工業(yè)機器人市場(chǎng)銷(xiāo)量為何會(huì )出現下滑？工業(yè)機器人未來(lái)發(fā)展面臨哪些挑戰？有哪些關(guān)鍵技術(shù)需要突破？本期專(zhuān)題策劃分享多位專(zhuān)家對于工業(yè)機器人未來(lái)發(fā)展的見(jiàn)解。

于海斌：機器人是未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的智能終端

中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )副理事長(cháng)、中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所所長(cháng)于海斌

像機器人這樣一個(gè)萬(wàn)億美元的市場(chǎng)，日后一定會(huì )走進(jìn)我們生活的各個(gè)方面。但是機器人每到一個(gè)新的環(huán)境，要做到與物理環(huán)境的深度融合，依舊面臨很大的挑戰。機器人對非結構環(huán)境的認知能力還有很大的提升空間。所以，在機器人編程、環(huán)境感知和人機交互方面仍存在一些挑戰。

從機器人發(fā)展的五十年歷程來(lái)看，從第一臺工業(yè)機器人的出現，到大批量進(jìn)入制造業(yè)進(jìn)行多樣化地應用，及至未來(lái)大批量地進(jìn)入家庭，呈現的是爆發(fā)性增長(cháng)。但是這些機器人都是機器人的單體，并沒(méi)有和基礎設施關(guān)聯(lián)起來(lái)。我們設想一下，在信息時(shí)代，改變人類(lèi)社會(huì )的產(chǎn)品，哪一樣能夠做到家喻戶(hù)曉、路人皆知但不和基礎設施聯(lián)接起來(lái)呢？汽車(chē)到處都有，它有一個(gè)強大的基礎設施支撐；手機現在無(wú)處不在，它有一個(gè)強大的網(wǎng)絡(luò )基礎設施支撐。因此，機器人作為智能終端，與信息基礎設施相連，將會(huì )是未來(lái)的發(fā)展趨勢。

機器人互聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)機器人的基礎上，從機器人應用和推廣或者技術(shù)需求的角度來(lái)提出來(lái)的。所以其核心問(wèn)題是“兩個(gè)互聯(lián)”：一個(gè)是水平的互聯(lián)，一個(gè)是縱向的互聯(lián)。水平互聯(lián)就是機器人和機器人之間的協(xié)作。機床和機器人有挺大的區別，機器人能夠移動(dòng)和自主認知環(huán)境，機床聯(lián)網(wǎng)做運動(dòng)控制的時(shí)候對幾個(gè)軸之間的協(xié)同精度要求非常高，但畢竟是在一個(gè)有限工作空間下。如果機器人要在跨地域或者可移動(dòng)的未知環(huán)境下做到協(xié)同的話(huà)，現在的網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性很難滿(mǎn)足要求，因為需要多個(gè)維度的協(xié)同保證精度才能搞出一個(gè)確定的軌跡。

機器人互聯(lián)網(wǎng)的概念。它的內涵應該是實(shí)現機器人、物理過(guò)程、信息和人之間的橫向和縱向的兩個(gè)融合。這些目標的實(shí)現是基于已有的技術(shù)，但是要對現有的技術(shù)進(jìn)行提升和改造。特別是現在5G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，5G和4G最大的區別是在面向各個(gè)領(lǐng)域定制了自己的很多標準和要求。機器人互聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò )角度來(lái)看是借助機器人促進(jìn)信息物理深度融合，從機器人的角度來(lái)看是借助互聯(lián)網(wǎng)的資源擴充本身的能力。

機器人互聯(lián)網(wǎng)目前的應用落地依然存在許多挑戰。重點(diǎn)體現在這樣幾個(gè)方面：第一是無(wú)縫集成，基礎技術(shù)有挑戰，特別是在離散制造業(yè)，如何構建機器人無(wú)線(xiàn)協(xié)作網(wǎng)絡(luò )，滿(mǎn)足高速互聯(lián)、高并發(fā)接入、高精度時(shí)間同步的要求。離散制造目前的指標很難達到，即使達到了這樣的指標，離散制造的指標拿到機器人的高速高密度運動(dòng)的環(huán)境下還不能完全滿(mǎn)足要求。協(xié)作提供邊緣計算資源，成為了下一步這個(gè)平臺的背景下也蘊含著(zhù)非常多的基

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在計算方面，首先，計算任務(wù)遷移到云端難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求。另外，本地的資源受限，無(wú)法處理那么多復雜的計算。因此，如何為機器人高效互聯(lián)協(xié)作提供邊緣計算資源，成為了下一步工作重點(diǎn)。

對于未來(lái)發(fā)展，機器人要能夠更廣泛普及地走到未來(lái)，我們在基礎設施、基礎平臺上還是面臨許多挑戰。當然，這個(gè)平臺的背景下也蘊含著(zhù)非常多的基礎問(wèn)題，總之，機器人發(fā)展要與信息技術(shù)深度融合，是未來(lái)值得關(guān)注的主要方向之一。

李立軍：破局高端機器人發(fā)展

寧波慈星股份有限公司董事/副總經(jīng)理李立軍

2018年中國工業(yè)機器人市場(chǎng)出現了明顯的下滑，2019年的情況也不樂(lè )觀(guān)，主要原因是占工業(yè)機器人應用量最大的兩個(gè)行業(yè)——汽車(chē)和3C行業(yè)出現了較大幅度的負增長(cháng)。工業(yè)機器人本身只是一個(gè)通用的工具，在應用層面必須結合工作對象和工藝進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，受目前的技術(shù)和成本制約，普通的工業(yè)機器人比較適合從事確定的重復性工作，而對于更廣泛存在的小批量、多批次、柔性或低精度工作對象的自動(dòng)化生產(chǎn)仍存在巨大瓶頸。

目前國內有100多家工業(yè)機器人本體生產(chǎn)商，20多家控制系統解決方案商，以及面向各行各業(yè)的1000多家系統集成商，用的最多的是六軸關(guān)節臂機器人和四軸SCARA機器人，通過(guò)“機器換人”來(lái)減少工人在生產(chǎn)線(xiàn)上的重復勞動(dòng)。但是，由于每家用戶(hù)的需求都不一樣，這樣的自動(dòng)化項目基本都是非標的，首臺套的研發(fā)投入很大，終端用戶(hù)覺(jué)得貴，難于達到預期的投資回報率。事實(shí)上，在很長(cháng)一段時(shí)間里，單臺機器人在柔性工作能力方面還是很難與一個(gè)熟練工人相抗衡的。

當然，如果從建設數字化工廠(chǎng)的高度來(lái)考量，工業(yè)機器人的合理應用是能大大提升整體效率的，尤其是把工業(yè)機器人和其它的一些自動(dòng)化裝置和設備配合使用，并把“好鋼”（工業(yè)機器人）用在“刀刃上”是工業(yè)機器人應用過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

制造業(yè)仍是我國的基礎產(chǎn)業(yè)，國家層面近幾年以來(lái)一直在倡導“智能制造”，通過(guò)智能技術(shù)來(lái)提升傳統制造業(yè)的生產(chǎn)水平和市場(chǎng)競爭力是一個(gè)明確的方向和趨勢，工業(yè)機器人作為“智能制造”環(huán)節里面一個(gè)重要的載體確實(shí)很重要，工業(yè)機器人的國產(chǎn)化有很大的現實(shí)意義。但到目前為止，高端制造領(lǐng)域所應用的工業(yè)機器人超過(guò)70%源自進(jìn)口品牌，特別是發(fā)那科、ABB、庫卡和安川這四個(gè)海外品牌，國產(chǎn)工業(yè)機器人雖然在各地政府多項扶持政策的推動(dòng)下，像雨后春筍一樣遍地叢生，但其中大部分產(chǎn)品無(wú)論在性能、壽命，還是穩定性和可靠性方面都不盡人意，導致國產(chǎn)通用型工業(yè)機器人在口碑、售后成本和技術(shù)含量上均未實(shí)現真正意義上的突破。如何破局？筆者與業(yè)內多位專(zhuān)家交流后整理了如下幾點(diǎn)供參考：

（1）建議國家對機器人本體及控制器兩方面都具備底層研發(fā)能力的企業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)支持。機器人技術(shù)的難點(diǎn)就在于其是跨學(xué)科的研究，涉及機械、材料、工藝、控制、軟件、應用技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，現在很多“湊熱鬧”的機器人公司通過(guò)“掐頭去尾”來(lái)獲得各項政府補貼，卻并不能解決工廠(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題，這樣的公司與真正有技術(shù)含量的國產(chǎn)機器人公司形成惡性競爭關(guān)系，最終導致“劣幣驅逐良幣”，產(chǎn)業(yè)進(jìn)步遲滯不前。

（2）鼓勵定制化工業(yè)機器人的創(chuàng )新研究和開(kāi)發(fā)，比如日本首先研發(fā)的SCARA機器人，其誕生是為了解決日本80年代日益增長(cháng)的電子產(chǎn)品行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)需求，而很多中國機器人企業(yè)只是簡(jiǎn)單的“拿來(lái)主義”，把海外產(chǎn)品拿來(lái)照搬照抄，常常知其然而不知其所以然。事實(shí)上，中國自動(dòng)化生產(chǎn)的應用場(chǎng)景和需求非常多樣化，是日美的上千倍，而且國內也有一批真正沉下心做研究的企業(yè)掌握了一些有中國市場(chǎng)應用特色的技術(shù)，比如非常有市場(chǎng)潛力的多機多軸高精度同步控制技術(shù)，這樣的企業(yè)可以深挖行業(yè)需求，開(kāi)發(fā)面向具體行業(yè)的特種機器人，這樣的市場(chǎng)相當大，沒(méi)必要去作同質(zhì)化競爭，陷入通用型機器人開(kāi)發(fā)的陷阱。

（3）推動(dòng)工業(yè)應用軟件與機器人的融合。大家知道工業(yè)機器人“四大家族”背后其實(shí)不單單只是賣(mài)一個(gè)工業(yè)機器人本體，這四家企業(yè)都開(kāi)發(fā)了強大的工業(yè)應用和調試軟件，這是目前國產(chǎn)工業(yè)機器人非常欠缺的，國產(chǎn)機器人剛剛跨過(guò)“有點(diǎn)好用”這個(gè)門(mén)檻，在易用性方面還遠遠達不到國際平均水平，很難讓全世界的機器人用戶(hù)們喜歡上我們國產(chǎn)的工業(yè)機器人。在互聯(lián)網(wǎng)方面，中國有阿里和騰訊這樣的領(lǐng)先企業(yè)，走在了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的前列，而未來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，中國一定也會(huì )出現這樣的企業(yè)，他們的產(chǎn)品和技術(shù)讓工業(yè)機器人使用更方便，人機交互更友好，用戶(hù)體驗更完美。

（4）在一般工業(yè)領(lǐng)域，“機器換人”已成為不可逆轉的趨勢，尤其是在產(chǎn)品批量較大的汽車(chē)和3C行業(yè)，但是在小批量、多批次生產(chǎn)的場(chǎng)景下，普通的工業(yè)機器人已難于適應，頻繁而繁瑣的機器人示教和編程工作大大降低了工廠(chǎng)和車(chē)間的運作效率，新增的機器人應用工程師崗位也增加了維運成本，而機器視覺(jué)，特別是3D視覺(jué)技術(shù)的導入可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)將機器視覺(jué)和工業(yè)機器人、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合，可以更好地適應柔性制造的場(chǎng)景。

楊桂林：協(xié)作機器人柔順運動(dòng)控制技術(shù)展望

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高級研究員楊桂林

協(xié)作機器人已成為全球機器人產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最為迅速，市場(chǎng)應用最為廣闊的一類(lèi)機器人，而協(xié)作機器人的柔順運動(dòng)控制技術(shù)對于實(shí)現安全、高效的人機協(xié)作至關(guān)重要。

從安全防護網(wǎng)走出來(lái)的協(xié)作機器人，正在逐步融入人類(lèi)的生產(chǎn)和生活環(huán)境，也必將與人類(lèi)實(shí)現安全、高效、緊密的交互與協(xié)作。未來(lái)等待協(xié)作機器人的將是更加多樣化的工作任務(wù)和更加復雜的作業(yè)環(huán)境，這對其柔順運動(dòng)控制技術(shù)提出了更高的要求。因此，協(xié)作機器人的柔順運動(dòng)控制方法需要不斷改進(jìn)和創(chuàng )新，主要將呈現以下幾方面發(fā)展趨勢。

（1）通過(guò)驅動(dòng)關(guān)節本體結構創(chuàng )新提高協(xié)作機器人的安全性和柔順運動(dòng)控制性能。例如：創(chuàng )新設計可變阻抗的雙定子力矩電機，或是在驅動(dòng)關(guān)節中引入輕質(zhì)高效的變阻抗/剛度裝置，并基于變阻抗/剛度驅動(dòng)裝置設計相應的柔順運動(dòng)控制器。通過(guò)關(guān)節本體的變阻抗/剛度特性和變阻抗控制算法的有機結合，可望顯著(zhù)提高協(xié)作機器人柔順運動(dòng)控制性能。

（2）采用理論模型與數據驅動(dòng)模型相結合提高協(xié)作機器人系統的動(dòng)力學(xué)建模精度。精確的動(dòng)力學(xué)模型一方面能夠有效地提高協(xié)作機器人的軌跡跟蹤和力控制精度，另一方面便于控制器優(yōu)化和控制性能分析，從而有助于提高協(xié)作機器人柔順運動(dòng)控制性能。

（3）建立協(xié)作機器人柔順運動(dòng)性能的分析評價(jià)方法，為柔順運動(dòng)控制器優(yōu)化設計奠定基礎。一方面需研究能夠表征機器人系統柔順運動(dòng)控制性能的指標；另一方面是研究機器人控制系統中各因素對柔順控制性能（如穩定性、魯棒性、控制精度）影響的分析方法，如驅動(dòng)器響應特性、摩擦力、采樣時(shí)間延遲、動(dòng)力學(xué)模型誤差和交互環(huán)境不確定性等。

（4）采用三維視覺(jué)技術(shù)與力感知技術(shù)相結合，提高對非結構化環(huán)境和人類(lèi)行為的感知認知能力。通過(guò)信息融合技術(shù)和人工智能技術(shù)的引入，既可以提高對非結構化環(huán)境建模的可靠性和精度，又能夠對人類(lèi)的動(dòng)作和行為進(jìn)行認知與預測，有助于對柔順運動(dòng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化選擇，也有助于協(xié)作機器人期望阻抗參數的智能化調整，從而使協(xié)作機器人能夠更好地適應非結構化環(huán)境并完成與人協(xié)作任務(wù)。

于海斌：機器人是未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的智能終端

李立軍：破局高端機器人發(fā)展

楊桂林：協(xié)作機器人柔順運動(dòng)控制技術(shù)展望

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年9月刊