上海市機(jī)器人發(fā)展路線

1、上海市機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖總體戰(zhàn)略目標(biāo)上海市機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖依據(jù)國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）和上海市中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年），結(jié)合市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的迫切需求、上海市的總體發(fā)展戰(zhàn)略定位和資源優(yōu)勢(shì)，圍繞國(guó)家和上海市典型行業(yè)重大需求，在攻克機(jī)器人核心關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主化的基礎(chǔ)上，逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)器人典型產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化和關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件國(guó)產(chǎn)化，逐步形成機(jī)器人上下游產(chǎn)業(yè)鏈，最終推動(dòng)面向行業(yè)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化；同時(shí)研究具有前瞻性的機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)、攻克支撐重點(diǎn)行業(yè)的機(jī)器人共性關(guān)鍵技術(shù)。上海市將圍繞機(jī)器人發(fā)展總體戰(zhàn)略目標(biāo)，依托區(qū)工業(yè)園和大學(xué)科技園，重點(diǎn)培育

2、若干特色的機(jī)器人工程研發(fā)中心和應(yīng)用工程示范中心。一、工業(yè)機(jī)器人1.1應(yīng)用機(jī)器人產(chǎn)品的典型應(yīng)用行業(yè)、機(jī)器人產(chǎn)品現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀1）擬研發(fā)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)、預(yù)估需求量 作為工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用領(lǐng)域的汽車及汽車零部件制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的裝配量將會(huì)快速增長(zhǎng)上升。在汽車生產(chǎn)的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產(chǎn)工藝過(guò)程中工業(yè)機(jī)器人都有廣泛的應(yīng)用，其中應(yīng)用最多的領(lǐng)域以焊裝、涂裝為主。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸向電子信息產(chǎn)業(yè)以及建筑、采礦等領(lǐng)域延伸，預(yù)計(jì)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模年均增速有望達(dá)到25%左右。此外，由于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)以每年新增40-60座的速度快速增長(zhǎng)，用于物流、搬運(yùn)的移動(dòng)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模每年增幅也將不低

3、于20%。2）擬研發(fā)機(jī)器人產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后，快速成長(zhǎng)的新興產(chǎn)業(yè)。世界機(jī)器人市場(chǎng)的需求即將進(jìn)入噴發(fā)期，中國(guó)潛在的巨大市場(chǎng)需求才初露端倪，統(tǒng)一的國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還未成，其核心技術(shù)還存在巨大的發(fā)展空間，并且與原有產(chǎn)業(yè)和制造系統(tǒng)具有自然的聯(lián)系，產(chǎn)品的利潤(rùn)空間極大。國(guó)外品牌2013年上半年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本持平或略有增長(zhǎng)。在國(guó)內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人一半運(yùn)用在汽車行業(yè)，但越是高端產(chǎn)品下游行業(yè)越分散，在激光切割、涂膠、注塑等領(lǐng)域均有較好的增長(zhǎng)。汽車生產(chǎn)的多品種、小批量趨勢(shì)，使得工業(yè)機(jī)器人在點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運(yùn)、沖壓等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 工業(yè)機(jī)器人對(duì)中國(guó)制造業(yè)最有吸引力之處是能夠降

4、低成本。一臺(tái)簡(jiǎn)單的搬運(yùn)機(jī)器人，其成本相當(dāng)于3年的工人工資，而壽命在10年以上。已經(jīng)有很多民營(yíng)企業(yè)出于成本考慮，計(jì)劃用機(jī)器替代部分工人。成本導(dǎo)向的技術(shù)升級(jí)在中國(guó)有巨大的市場(chǎng)空間。特別是一些在危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等工序上以及在原子能工業(yè)等部門(mén)中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作，都需要由機(jī)器人來(lái)完成。 從國(guó)內(nèi)以及世界范圍來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人目前應(yīng)用范圍最廣的領(lǐng)域還是在汽車及其零部件行業(yè)。最初工業(yè)機(jī)器人70%80%應(yīng)用于汽車及其零部件生產(chǎn)，其次是電子、化工、裝配等行業(yè)。而在智能制造科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃中，則對(duì)“工業(yè)機(jī)器人

5、”有專門(mén)的闡述：攻克工業(yè)機(jī)器人本體、精密減速器、伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)、控制器等核心部件的共性技術(shù)，自主研發(fā)工業(yè)機(jī)器人工程化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人及其核心部件的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化。1.2產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 已掌握關(guān)鍵技術(shù)： 機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。其關(guān)鍵技術(shù)包括： 1）開(kāi)放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：采用分布式CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，分為機(jī)器人控制器(RC），運(yùn)動(dòng)控制器(MC），光電隔離I/O控制板和傳感器處理板等。機(jī)器人控制器(RC）通過(guò)串口/CAN總線進(jìn)行通訊。機(jī)器

6、人控制器(RC）的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O、傳感器處理等功能。 2）模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開(kāi)源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開(kāi)放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對(duì)不同的功能需求，對(duì)應(yīng)不同層次的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對(duì)對(duì)立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。 3）機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)：通過(guò)各種信息，對(duì)機(jī)器人故障進(jìn)行診斷，并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，保證機(jī)器人安全性。 4）網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)：機(jī)器人的應(yīng)用工

7、程由單臺(tái)機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來(lái)越重要?？刂破魃暇哂写?、現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。 待解決關(guān)鍵技術(shù)： 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)盡管發(fā)展得相對(duì)成熟，但是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也在不斷的發(fā)展，滿足不同產(chǎn)品需求的新的機(jī)器人構(gòu)型，如具有力覺(jué)、視覺(jué)及多種傳感器的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，滿足機(jī)器人的負(fù)載能力越來(lái)越高的控制系統(tǒng)，新的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)器件等技術(shù)都在飛速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人如果要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需在下述技術(shù)上開(kāi)展研究: 1）機(jī)器人本體優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)； 2）新一代智能機(jī)器人控制器技術(shù)； 3）關(guān)鍵

8、機(jī)器人部件單元制造技術(shù)； 4）機(jī)器人離線編程與仿真技術(shù)； 5）基于外部傳感技術(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制； 6）工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)； 7）工業(yè)機(jī)器人故障遠(yuǎn)程診斷與修復(fù)技術(shù)； 8）工業(yè)機(jī)器人與成套裝備協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)； 9）復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)及對(duì)系統(tǒng)性能的影響分析； 10）具有柔性、高加速度、大負(fù)載機(jī)器人機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模、模型簡(jiǎn)化、辨識(shí)及控制方法。 由于高精度減速器、伺服電機(jī)等核心控制領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、專利技術(shù)甚至制造工藝等均掌握在歐洲、美國(guó)、日本的手中，部分高端核心零部件目前國(guó)內(nèi)還無(wú)法制造，仍然主要依靠國(guó)外進(jìn)口，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化成本大幅提高。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈雖然不長(zhǎng)，但每個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)要想

9、取得研發(fā)上的創(chuàng)新突破均比較困難，并且其核心傳感部件和控制技術(shù)的研發(fā)周期都比較長(zhǎng)，科研項(xiàng)目周期一般都在3-5年，因此短期內(nèi)國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)受制于人的局面難以得到明顯改觀。1.3前瞻性關(guān)鍵技術(shù) 從結(jié)構(gòu)上看，工業(yè)機(jī)器人主要由本體、伺服電機(jī)、關(guān)節(jié)減速器和控制器四大部件組成。目前，除本體外的三大關(guān)鍵部件中，減速器和伺服電機(jī)基本被國(guó)外公司壟斷，國(guó)內(nèi)機(jī)器人整機(jī)制造企業(yè)在關(guān)鍵部件配套方面嚴(yán)重受制于人，基本沒(méi)有議價(jià)能力，以致整機(jī)制造成本與進(jìn)口整機(jī)倒掛，在與國(guó)外企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于非常被動(dòng)的地位。在機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器領(lǐng)域，由于該部件需要保證傳遞很大的扭矩，承受很大的過(guò)載沖擊，并保證預(yù)期的工作壽命，因而在設(shè)計(jì)上

10、使用了過(guò)定位結(jié)構(gòu)，這使得零件加工精度要求極高，加工十分困難，機(jī)器人其規(guī)?；a(chǎn)的重要制約則在于加工設(shè)備和加工工藝，這都屬于機(jī)器人研究亟需解決的前瞻性關(guān)鍵技術(shù)。1.4 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化目標(biāo) 技術(shù)性能指標(biāo): 1）實(shí)現(xiàn)集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體，通過(guò)對(duì)過(guò)程實(shí)施檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染。 2）具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn)，全面延伸人的體力和智力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化。3）可用于制造、安裝、檢測(cè)、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器

11、、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)。 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：上海是國(guó)內(nèi)最大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模（含制造、集成及服務(wù)）近百億元。而作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)，上海加大工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)布局力度。根據(jù)目標(biāo)，上海將爭(zhēng)取到2015年實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模200億元以上，其中機(jī)器人及關(guān)鍵部件制造業(yè)50億元，機(jī)器人系統(tǒng)集成及服務(wù)業(yè)150億元；到2017年產(chǎn)業(yè)規(guī)模爭(zhēng)取達(dá)到300-500億，成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、世界先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人及服務(wù)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)中心、高端制造中心。1.5 三年中分年度實(shí)施計(jì)劃和階段目標(biāo) 未來(lái)3年上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化可以劃分為以下實(shí)施階段：第一階段：打造以康橋、金橋?yàn)楹?/p>

12、心的浦東機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，發(fā)展壯大機(jī)器人技術(shù)研發(fā)、制造及系統(tǒng)集成，擴(kuò)大研發(fā)規(guī)模。第二階段：培育發(fā)展以顧村機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園為核心的寶山機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地，積極推動(dòng)有影響力、有研發(fā)能力的上海國(guó)企、央企的介入。第三階段：依托骨干企業(yè)，在金山、松江、嘉定、閔行等區(qū)，培育以機(jī)器人及核心功能部件為特色的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，掌握機(jī)器人核心技術(shù)與關(guān)鍵器件的研發(fā)。 未來(lái)上海立足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化和示范應(yīng)用兩個(gè)環(huán)節(jié)，聚焦工業(yè)機(jī)器人，壯大發(fā)展機(jī)器人本體研發(fā)制造，突破精密減速器、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、控制系統(tǒng)等三大核心功能部件，拓展機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用，使上海成為我國(guó)最大產(chǎn)業(yè)機(jī)器人基地、機(jī)器人核心技術(shù)研發(fā)中心、高端制造中心、分服務(wù)中心和應(yīng)用中心。

13、 1.6 優(yōu)勢(shì)單位建議1）上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司是專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)銷售工業(yè)控制、傳動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人產(chǎn)品并服務(wù)于全球的高新技術(shù)企業(yè)，創(chuàng)立于1995年。 新時(shí)達(dá)三年斥巨資推動(dòng)機(jī)器人研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，新建機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地、機(jī)器人研發(fā)中心，以企業(yè)技術(shù)中心為平臺(tái)，與國(guó)內(nèi)外一流的大學(xué)合作，研發(fā)、生產(chǎn)國(guó)內(nèi)一流的機(jī)器人產(chǎn)品。 新時(shí)達(dá)憑借多年積累的驅(qū)動(dòng)與控制的技術(shù)實(shí)力，推動(dòng)驅(qū)、控一體化機(jī)器人控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，通過(guò)不斷增強(qiáng)軟實(shí)力，已經(jīng)具備了機(jī)器人全系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力，在滿足通用機(jī)器人產(chǎn)品需求的基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)客戶的應(yīng)用需求，為客戶定制開(kāi)發(fā)專用領(lǐng)域的機(jī)器人產(chǎn)品。 公司現(xiàn)擁有一支以國(guó)內(nèi)一流高校

14、的博士、碩士為主的高水平機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)，已形成275、50、16、6公斤等系列機(jī)器人產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋電梯、機(jī)加工、食品、印刷包裝、汽車零部件、電子、陶瓷等眾多行業(yè)。2）上海新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司上海新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司成立于1999年,坐落于浦東金橋出口加工區(qū)，占地約5000，是沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司針對(duì)長(zhǎng)江三角洲市場(chǎng)特點(diǎn)組建的旗下子公司。公司依托我國(guó)“先進(jìn)制造技術(shù)創(chuàng)新基地”中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，該研究所是我國(guó)唯一的“機(jī)器人技術(shù)國(guó)家機(jī)器人研究中心”、國(guó)家機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地。上海新松服務(wù)項(xiàng)目涉及工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程，自動(dòng)化裝配、檢測(cè)生產(chǎn)線等多領(lǐng)域，涵蓋汽車、摩托車、工程機(jī)

15、械、電子、電器、煙草等眾多行業(yè)，旨在為用戶提供完善的工程解決方案和交鑰匙工程。上海新松被眾多國(guó)際知名企業(yè)指定為自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商，列入全球采購(gòu)供應(yīng)商名錄。上海新松秉承“需求即為產(chǎn)品，創(chuàng)新即是價(jià)值”的經(jīng)營(yíng)理念，努力提高技術(shù)、服務(wù)、文化在產(chǎn)品中的附加值，始終保持與世界先進(jìn)技術(shù)水平的同步，不斷增強(qiáng)自身的研究開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。二、特種機(jī)器人2.1 典型應(yīng)用及現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 在非制造領(lǐng)域中應(yīng)用的特種機(jī)器人，通常是在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下工作，即作業(yè)無(wú)法在事先布置好的條件下進(jìn)行，而且在作業(yè)過(guò)程中環(huán)境可能發(fā)生變化。特種機(jī)器人與環(huán)境的交互作用更加復(fù)雜，控制更加困難，要求的智能程度更高，開(kāi)發(fā)適應(yīng)于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下工

16、作的機(jī)器人是一個(gè)更加復(fù)雜的發(fā)展目標(biāo)。 特種機(jī)器人具有感知、決策和行動(dòng)能力，應(yīng)用于如移動(dòng)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空間機(jī)器人等。這些特種機(jī)器人從外觀上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了最初工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀，更加符合應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，其功能和智能程度也大大超出了工業(yè)機(jī)器人的范圍，從而使機(jī)器人技術(shù)呈現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展空間。特種機(jī)器人特別強(qiáng)調(diào)智能性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，使其具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。特種機(jī)器人在空間及海洋探索、農(nóng)業(yè)及食品加工、采掘、建筑、醫(yī)療、服務(wù)、交通運(yùn)輸、軍事和娛樂(lè)等領(lǐng)域都具應(yīng)用前景。針對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，科學(xué)技術(shù)人員正在研制各種類型的特種機(jī)器人，如空間機(jī)器人、水下機(jī)器人

17、、服務(wù)機(jī)器人、微操作機(jī)器人、仿人機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人等。這些特種機(jī)器人將更加符合各應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，其功能和智能程度也大大超出了工業(yè)機(jī)器人的范圍，使機(jī)器人技術(shù)呈現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展空間。 在“863”計(jì)劃支持下，水下機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、微操作機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人、軍用機(jī)器人、仿人機(jī)器人和智能化智能機(jī)械等方面開(kāi)展了研究，培養(yǎng)了隊(duì)伍，取得了一批研究成果，在某些技術(shù)方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。但從總體上與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距，沒(méi)有形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果相對(duì)較少，對(duì)特種機(jī)器人基本科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)研究不足，跟蹤研究多，自主創(chuàng)新少。 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)一二線城市對(duì)管道機(jī)器

18、人的使用量為300-500臺(tái)，應(yīng)用最多的城市依次為上海、廣州、北京。三四線城市需求量為100臺(tái)左右。更為重要的是，目前二三線城市的地下管網(wǎng)檢測(cè)機(jī)器人市場(chǎng)才剛剛開(kāi)始萌芽。2012年采用了公司產(chǎn)品的十幾個(gè)城市中，只有寥寥幾個(gè)城市對(duì)機(jī)器人產(chǎn)品進(jìn)行過(guò)維修，其他城市都沒(méi)有做相關(guān)維修工作。這就意味著國(guó)內(nèi)只有幾個(gè)城市真正地讓檢測(cè)機(jī)器人“物盡其用”。2.2 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 已攻克的關(guān)鍵技術(shù)： 針對(duì)水下作業(yè)、管道作業(yè)、農(nóng)林作業(yè)、微操作、醫(yī)療與服務(wù)等領(lǐng)域應(yīng)用特種機(jī)器人的需求，攻克一批為產(chǎn)品化開(kāi)發(fā)與工程應(yīng)用提供支持的關(guān)鍵技術(shù)，包括:水下作業(yè)機(jī)器人支撐技術(shù)；微小型機(jī)器人系統(tǒng)的微視覺(jué)、微驅(qū)動(dòng)器；面向醫(yī)療的影像信息融合、

19、醫(yī)用機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人機(jī)交互導(dǎo)航與控制；農(nóng)業(yè)機(jī)器人的共性技術(shù)與先進(jìn)設(shè)計(jì)平臺(tái)；具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器；多傳感器系統(tǒng)及導(dǎo)航定位技術(shù)；面向遙控操作機(jī)器人的臨場(chǎng)感技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；以及仿人機(jī)器人創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)控制及人類行為特征的模擬與實(shí)現(xiàn)等。 待解決的關(guān)鍵技術(shù)包括： 1）特種機(jī)器人學(xué)中的擬人智能技術(shù)研究； 2）未知環(huán)境信息獲取、理解和控制的新機(jī)制新理論； 3）復(fù)雜環(huán)境中的機(jī)器人自主工作新方法與新理論； 4）機(jī)器人精確自定位新手段與新技術(shù)； 5）生態(tài)機(jī)器人學(xué)研究，即研究生態(tài)學(xué)原理在特種機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用； 6）仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)控制新方法； 7）特種機(jī)器人的人機(jī)交互問(wèn)

20、題研究，包括監(jiān)控技術(shù)、通訊技術(shù)和遠(yuǎn)程操作技術(shù)。2.3 引領(lǐng)未來(lái)的前沿關(guān)鍵技術(shù)及共性技術(shù) 特種機(jī)器人大都工作在非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中，在現(xiàn)在及可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，人機(jī)遙控加上局自治，仍將是一種主要的控制方式。操作者和機(jī)器人可能在同一環(huán)境中，也可能分布在兩處。分布在兩處時(shí)，其聯(lián)系的通信時(shí)間，在空間及深海中，可能長(zhǎng)達(dá)分的數(shù)量級(jí)，而工作的環(huán)境，在大多數(shù)的情形下又是未知的。感知、規(guī)劃、行動(dòng)和交互技術(shù)是特種機(jī)器人的共性技術(shù)。 1）遙控及監(jiān)控技術(shù) 機(jī)器人高水平的半自治功能；多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)；對(duì)有時(shí)延的環(huán)境，克服時(shí)延所造成的控制上的困難；通過(guò)事先對(duì)可能出現(xiàn)的情況及對(duì)策的

21、詳細(xì)研究，進(jìn)行局部自治控制等。 2）人機(jī)接口 近幾年來(lái)，在包括虛擬環(huán)境的人機(jī)接口方面的研究工作非?；钴S，開(kāi)發(fā)出各式各樣的輸入和輸出裝置，如三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、快門(mén)眼鏡、頭盔等，各種具有更好性能的臨場(chǎng)感方法相繼被提出來(lái)，如具有類似人的大小的手、臂和雙眼視覺(jué)系統(tǒng)等。利用臨境技術(shù)建立機(jī)器人工作環(huán)境，讓操作者身臨其境地進(jìn)行操作。 3）多傳感器系統(tǒng) 基于多傳感器信息的獲取、融合、理解、處理和控制技術(shù)將是在未知環(huán)境中實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性及高魯棒性行為的機(jī)器人的關(guān)鍵。 4）導(dǎo)航和定位問(wèn)題 對(duì)移動(dòng)式機(jī)器人來(lái)說(shuō)，導(dǎo)航和定位是兩個(gè)重要的問(wèn)題。對(duì)陸上機(jī)器人來(lái)說(shuō)，里程計(jì)、方向陀螺等都比較成熟；對(duì)水下短程機(jī)器人來(lái)說(shuō)，定位

22、可以利用短基線、超短基線或長(zhǎng)基線，而用GPS來(lái)標(biāo)定，導(dǎo)航可采用基于方向陀螺和多普勒測(cè)速組成遞推算法，并按測(cè)定的位置定時(shí)校正；對(duì)水下大航程機(jī)器人來(lái)說(shuō)，目前還沒(méi)有好的方法。由于長(zhǎng)距離的水下通信問(wèn)題沒(méi)有解決，而海底圖匹配、海底圖的地理特征很難確定，試驗(yàn)過(guò)的方法很多，如地貌匹配、重力場(chǎng)、重力梯度場(chǎng)等都不理想，而且代價(jià)太大，目前從理論上還沒(méi)有好辦法。 5）機(jī)器智能 特種機(jī)器人大多對(duì)其智能程度有更高的期望，滿足其在未知或部分未知環(huán)境中自主作業(yè)的需要。特種機(jī)器人的智能可以體現(xiàn)在其工作的各個(gè)方面，包括諸如對(duì)環(huán)境的感知、信息的處理、行為決策、與人環(huán)境的協(xié)調(diào)和自學(xué)習(xí)等。 6）虛擬機(jī)器人技術(shù) 許多特種機(jī)器人，在用于

23、空間、水下、地面、地下、農(nóng)業(yè)和食品加工、消防和救援、醫(yī)療和護(hù)理、休閑和娛樂(lè)等時(shí)，遙控不失為一種主要手段?；诙鄠鞲衅?、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)、臨場(chǎng)感的虛擬遙操作和人機(jī)交互，將成為共同需要發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。 7）網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人技術(shù) 通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展完全能夠?qū)⒏鞣N機(jī)器人連接到計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)上，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行有效的控制。其中包括網(wǎng)絡(luò)接口裝置、眾多信息組的壓縮與解壓方法及傳輸方法研究。 8）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù) 包括用于實(shí)現(xiàn)決策和操作自主的有多智能體組成的群體行為控制技術(shù)。微型和微小機(jī)器人技術(shù)包括微機(jī)構(gòu)、微傳感及相應(yīng)的微系統(tǒng)集成技術(shù)等。軟機(jī)器人技術(shù)主要研究在未來(lái)眾多的人與機(jī)器人共存的環(huán)境中，機(jī)器人對(duì)人的

24、安全保護(hù)性技術(shù)。2.4 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化或應(yīng)用目標(biāo) 特種機(jī)器人總體目標(biāo)：研制通用化平臺(tái)與模塊化載荷，載荷支撐系統(tǒng)，避免針對(duì)多個(gè)具體需求研制多個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)所導(dǎo)致特種機(jī)器人系統(tǒng)需求量小、 種類雜的局面，實(shí)現(xiàn)面向不同應(yīng)用需求的通用化應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，為后續(xù)產(chǎn)品化，產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。在十二五示范應(yīng)用的基礎(chǔ)上，與產(chǎn)業(yè)集團(tuán)合作，不斷加強(qiáng)特種機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化水平， 2020年期望實(shí)現(xiàn)特種機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化， 達(dá)到類似目前工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化水平。2.5 優(yōu)勢(shì)單位建議1）上海宇航系統(tǒng)工程研究所805所于是上海航天運(yùn)載火箭總體設(shè)計(jì)單位之一，同時(shí)也是航天上?；剌d人飛船、探月工程的技術(shù)抓總研制單位。 自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，其

25、獨(dú)立研制或參與研制的運(yùn)載火箭、載人飛船、應(yīng)用衛(wèi)星均取得了連續(xù)圓滿成功，始終保持著高可靠的質(zhì)量和不敗的記錄，為中國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。特別是在載人航天二步一階段領(lǐng)域，805所在對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、半剛性太陽(yáng)電池翼和高壓傳輸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等三個(gè)層次上攻堅(jiān)克難、頑強(qiáng)拼搏，突破和掌握了對(duì)接機(jī)構(gòu)研制技術(shù)和半剛性太陽(yáng)帆板等的技術(shù)。交會(huì)對(duì)接任務(wù)的圓滿完成表明，我國(guó)已成為第三個(gè)獨(dú)立掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家，提高了我國(guó)航天大國(guó)的形象，也為我國(guó)后續(xù)空間站的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。805所是最早參與我國(guó)載人航天工程的研究單位之一，參加了九十年代初期的飛船總體論證，隨后參加了載人航天工程一期神舟一號(hào)至神舟六號(hào)研制任務(wù)，以及

26、二步一階段神舟七號(hào)、運(yùn)輸飛船、目標(biāo)飛行器的研制任務(wù)。根據(jù)我國(guó)載人航天工程三步走戰(zhàn)略， 805所從2003年開(kāi)始開(kāi)展二步一階段運(yùn)輸飛船和目標(biāo)飛行器的研制工作，主要承擔(dān)了推進(jìn)艙和資源艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與總體總裝、對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)太陽(yáng)電池翼與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)子系統(tǒng)等研制任務(wù)。805所自主創(chuàng)新研制的空間交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)載人航天二期工程任務(wù)目標(biāo)的兩大關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)接機(jī)構(gòu)機(jī)械組件是迄今為止國(guó)內(nèi)上天產(chǎn)品中最復(fù)雜的機(jī)、電、控制技術(shù)為一體的系統(tǒng)產(chǎn)品，技術(shù)難度大、涉及專業(yè)面廣、功能及組成復(fù)雜、技術(shù)創(chuàng)新多，是分系統(tǒng)研制的重點(diǎn)和核心，805所在注重消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，立足自我研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，掌握

27、了核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，擁有20多項(xiàng)發(fā)明專利，器件國(guó)產(chǎn)率達(dá)到99%。實(shí)現(xiàn)了中國(guó)對(duì)接機(jī)構(gòu)的跨越式發(fā)展。通過(guò)長(zhǎng)達(dá)16年的艱苦攻關(guān)、1101次地面對(duì)接試驗(yàn)和647次地面分離試驗(yàn)，充分驗(yàn)證了對(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)接和分離的可靠性，為我國(guó)后續(xù)載人交會(huì)對(duì)接任務(wù)圓滿完成和空間站建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在此次任務(wù)中，805所研制的對(duì)接機(jī)構(gòu)順利完成了天宮一號(hào)和神舟八號(hào)兩個(gè)空間飛行器的接觸、捕獲、緩沖、拉緊、密封連接及分離等任務(wù)。首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)試驗(yàn)結(jié)果表明，805所承制的產(chǎn)品在軌工作正常，對(duì)接結(jié)果與地面模擬試驗(yàn)符合性好，在我國(guó)首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)中取得了驕人的成績(jī)。805所在載人航天第二步任務(wù)的實(shí)踐中積累了較豐富的總體設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)

28、計(jì)與試驗(yàn)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，形成和鍛煉了一支技術(shù)過(guò)硬、作風(fēng)頑強(qiáng)的科研技術(shù)隊(duì)伍和與之相應(yīng)的管理保障隊(duì)伍，造就了一批學(xué)科帶頭人。在運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析、動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面，以及空間飛行器結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)專業(yè)、機(jī)電控制設(shè)計(jì)、空間機(jī)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫婢_(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。三、服務(wù)機(jī)器人3.1 典型應(yīng)用及現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 服務(wù)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、材料、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的戰(zhàn)略性高技術(shù)，不僅能應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力成本上升、人口老齡化等問(wèn)題，而且對(duì)于相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著重要的支撐和引領(lǐng)作用。服務(wù)機(jī)器人是一種新型智能化裝備、一項(xiàng)戰(zhàn)略性高技術(shù)，服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀是取得了一批基礎(chǔ)研究成果、產(chǎn)業(yè)化取得初步進(jìn)展、核心技術(shù)和產(chǎn)

29、業(yè)化存在后發(fā)優(yōu)勢(shì)、國(guó)家對(duì)服務(wù)機(jī)器人的扶持力度不斷加大。但存在有自主研發(fā)能力弱、公共技術(shù)平臺(tái)缺失、產(chǎn)業(yè)鏈尚未有效形成、進(jìn)入成熟市場(chǎng)的過(guò)程非常緩慢、相關(guān)社會(huì)問(wèn)題等。 醫(yī)療機(jī)器人是我國(guó)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的先行者，哈工大機(jī)器人所和北航機(jī)器人所的手術(shù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。在家用機(jī)器人領(lǐng)域，蘇州科沃斯被譽(yù)為中國(guó)的“IROBOT”，其產(chǎn)品由于價(jià)格比國(guó)外便宜，并迅速占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。 1）國(guó)內(nèi)服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化先行者：醫(yī)療機(jī)器人 哈工大手術(shù)機(jī)器人性能和美國(guó)直覺(jué)外科公司的達(dá)芬奇機(jī)器人接近，但是有更為先進(jìn)的地方，比如哈工大手術(shù)機(jī)器人能夠做到手術(shù)時(shí)的反饋力，進(jìn)一步提高醫(yī)生的手術(shù)質(zhì)量。另外，以蘇州博時(shí)為代表的國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)，在積

30、極探索其它類型的醫(yī)療機(jī)器人，比如康復(fù)機(jī)器人、伽馬刀機(jī)器人和腸道手術(shù)機(jī)器人。以上產(chǎn)品都有望在未來(lái)5-10年真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 2）科沃斯：中國(guó)的IROBOT 蘇州科沃斯原來(lái)是伊萊克斯吸塵器的代工企業(yè)，從2009年開(kāi)始推出“地寶”掃地機(jī)器人，價(jià)格約為IROBOT的ROOMBA一半，迅速占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。估計(jì)2013年?duì)I收已達(dá)10個(gè)億規(guī)模，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額超50%。 據(jù)專家估計(jì)，目前家用掃地機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的滲透率只有0.4%，而同類產(chǎn)品由于進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)的時(shí)間要比中國(guó)早的多，從2001年至今已經(jīng)過(guò)了12年的發(fā)酵，美國(guó)現(xiàn)在滲透率達(dá)到了16%，因此，以掃地機(jī)器人為代表的家庭服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)前景看好。 目前，我國(guó)已步入老

31、齡化社會(huì)，勞動(dòng)力人口所占比重正在逐年下滑。2012年末，我國(guó)15-59歲人口為93727萬(wàn)人，占總?cè)丝诒戎貫?9.2%，人數(shù)比上年末減少345萬(wàn)人，比重較上年末下降0.60個(gè)百分點(diǎn)。而解決這一問(wèn)題的出路在于大力發(fā)展服務(wù)機(jī)器人自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，十二五服務(wù)機(jī)器人重點(diǎn)專項(xiàng)將安排公共安全機(jī)器人、仿生機(jī)器人平臺(tái)、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人和模塊化核心部件等4個(gè)方面任務(wù)。公共安全機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)公共安全、能源維護(hù)服務(wù)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等工程化應(yīng)用，滿足國(guó)家安全戰(zhàn)略需求；仿生機(jī)器人平臺(tái)和醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人，建立高端科技引領(lǐng)研發(fā)系統(tǒng)，提高國(guó)際綜合競(jìng)爭(zhēng)力；模塊化核心部件，滿足我國(guó)應(yīng)用需求，支撐服務(wù)機(jī)器人新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展方向

32、是服務(wù)型機(jī)器人，這會(huì)成為今后機(jī)器人發(fā)展的主流。機(jī)器人很快就會(huì)走向市場(chǎng)，預(yù)計(jì)這類服務(wù)型機(jī)器人在三年至五年內(nèi)會(huì)逐步走進(jìn)中國(guó)的千家萬(wàn)戶，為百姓生活服務(wù)?，F(xiàn)在服務(wù)型機(jī)器人的功能已經(jīng)基本完善，但是這些機(jī)器人并沒(méi)有推向市場(chǎng)，最主要的原因就是因?yàn)檫@些機(jī)器人容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。比如服務(wù)型機(jī)器人很有可能成為黑客的目標(biāo)，機(jī)器人一旦中了病毒，黑客便可以操縱它們，竊聽(tīng)、偷看、偷竊，給百姓的生活安全造成很大隱患。因此，只有確保了機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)安全，服務(wù)型機(jī)器人才會(huì)給百姓帶來(lái)更多的方便。 隨著信息網(wǎng)絡(luò)、傳感器、智能控制、仿生材料等高新技術(shù)的發(fā)展，以及機(jī)電工程與生物醫(yī)學(xué)工程等的交叉融合，服務(wù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)三大態(tài)勢(shì)：一是

33、服務(wù)機(jī)器人由簡(jiǎn)單機(jī)電一體化裝備，向以生機(jī)電一體化和智能化等方面發(fā)展；二是以服務(wù)機(jī)器人單一作業(yè)，向服務(wù)機(jī)器人群體交流、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等方面發(fā)展；三是服務(wù)機(jī)器人由研制單一復(fù)雜系統(tǒng)，向?qū)⑵浜诵募夹g(shù)、核心模塊嵌入先進(jìn)制造相關(guān)系統(tǒng)中。 3.2 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 雖然服務(wù)機(jī)器人分類廣泛，包含清潔機(jī)器人、醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人、護(hù)理和康復(fù)機(jī)器人、家用機(jī)器人、消防機(jī)器人、監(jiān)測(cè)和勘探機(jī)器人等，但完整的服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)通常都由3個(gè)基本部分組成移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。因此，與之相應(yīng)的自主移動(dòng)技術(shù)（包括地圖創(chuàng)建、路徑規(guī)劃、自主導(dǎo)航）、感知技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)就成為各類服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，其包括: 1）環(huán)境感知傳感器和信

34、號(hào)處理方法 多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人腦綜合處理信息的過(guò)程一樣，它充分地利用多個(gè)傳感資源，通過(guò)對(duì)各種傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則組合起來(lái)，產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋和描述，多傳感器信息融合技術(shù)按照數(shù)據(jù)的抽象層次分類可分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合三種。 2）智能控制 智能控制主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算等，且逐漸成為成熟的控制思想10。模糊控制源于模糊數(shù)學(xué)，是研究如何表現(xiàn)和處理模糊性現(xiàn)象的一個(gè)數(shù)學(xué)分支，模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，從生物

35、學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能為信息處理和推理、聯(lián)想和思維等高級(jí)的思想活動(dòng)，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的一種技術(shù)系統(tǒng)，它是一種大規(guī)模并行的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。 3）導(dǎo)航與定位 在服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)中，自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù)，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和多傳感器融合技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于服務(wù)機(jī)器人的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 4）路徑規(guī)劃 路徑規(guī)劃就是指在服務(wù)機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開(kāi)障礙物的路徑。路徑規(guī)劃方法大致可以分為傳統(tǒng)方法和智能方法。智能路徑規(guī)劃方法是將遺傳算法、模糊邏輯以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方法應(yīng)用到路徑規(guī)劃中，來(lái)提高機(jī)

36、器人路徑規(guī)劃的避障精度，加快規(guī)劃速度，滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。其中應(yīng)用較多的算法主要有模糊方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等，這些方法在障礙物環(huán)境已知或未知情況下均已取得一定的研究成果。把模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相融合，形成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制用于服務(wù)機(jī)器人的避障，以BP網(wǎng)絡(luò)作為機(jī)體，以基于模糊規(guī)則的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用CCD攝像機(jī)和多個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，對(duì)服務(wù)機(jī)器人能夠避障進(jìn)行控制。 除此之外，圍繞服務(wù)機(jī)器人的有效作業(yè)、交互安全、以及環(huán)境認(rèn)知等基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題急待攻克，關(guān)鍵技術(shù)主要集中在仿生材料與設(shè)計(jì)制造、環(huán)境感知與智能認(rèn)知、人機(jī)交互與安全控制，以及面向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、互換性和接口協(xié)議等方面。

37、由于服務(wù)機(jī)器人直接和人打交道，因此實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人相互之間互助信息傳遞非常重要。這主要包括視覺(jué)和語(yǔ)音交互、力覺(jué)和觸覺(jué)交互、多通道交互以及新型人機(jī)交互，以便提供友好的用戶界面、多層次可選擇的用戶輸入和方便的用戶操作。由于操作者和服務(wù)機(jī)器人常有直接接觸，加之某些服務(wù)機(jī)器 人的實(shí)際用戶應(yīng)變能力差，因此系統(tǒng)的安全性是設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮的首要問(wèn)題。在前沿技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面，大多屬于跟蹤研究，缺乏創(chuàng)意理念和原創(chuàng)性成果；在集成技術(shù)方面，雖可實(shí)現(xiàn)原型樣機(jī)集成，但關(guān)鍵零部件與可靠性方面與國(guó)外相差5-10年；在設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面，我國(guó)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料與工藝技術(shù)、系統(tǒng)集成水平與國(guó)外先進(jìn)水平存在較大差距。產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)現(xiàn)象

38、較為嚴(yán)重。我國(guó)服務(wù)機(jī)器人的研究主要集中在高校和少數(shù)研究所，企業(yè)新型產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新能力有限。創(chuàng)新體系建設(shè)尚處于起步階段。服務(wù)機(jī)器人在戰(zhàn)略規(guī)劃、研發(fā)平臺(tái)、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)制訂、市場(chǎng)培育、國(guó)際合作、財(cái)稅金融政策扶持等創(chuàng)新體系建設(shè)的許多環(huán)節(jié)與世界先進(jìn)水平明顯滯后，尚處于起步階段。 目前，一批核心關(guān)鍵技術(shù)無(wú)法突破，成為制約我國(guó)服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的主要瓶頸之一。特別是在機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、環(huán)境適應(yīng)技術(shù)等方面的研究，在驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、減速器等關(guān)鍵部件的開(kāi)發(fā)等方面，我國(guó)亟需突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)。 3.3 引領(lǐng)未來(lái)前沿關(guān)鍵技術(shù)及共性技術(shù) 機(jī)器人技術(shù)是多技術(shù)集成，它的進(jìn)步取決于其他領(lǐng)域的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)、信息處理、

39、傳感器和驅(qū)動(dòng)器、通信和網(wǎng)絡(luò)等。服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共性技術(shù)主要包括如下方面： 1）自主移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)技術(shù) 大量服務(wù)機(jī)器人通過(guò)自主移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)，盡管因其服務(wù)功能不同而需要在移動(dòng)平臺(tái)上配置不同的輔助機(jī)構(gòu)，但自主移動(dòng)機(jī)器人通?？梢宰鳛橄喈?dāng)一大類家用服務(wù)機(jī)器人的基礎(chǔ)平臺(tái)。在這類平臺(tái)上存在一些共性問(wèn)題，如控制器、驅(qū)動(dòng)器和傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題、機(jī)器人操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題、機(jī)器人內(nèi)部通信總線的魯棒性問(wèn)題、機(jī)器人的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境問(wèn)題等。在集成上述關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，若研究開(kāi)發(fā)開(kāi)放式和標(biāo)準(zhǔn)化的移動(dòng)機(jī)器人硬件和軟件平臺(tái)，可以為服務(wù)機(jī)器人提供直接有效的運(yùn)動(dòng)部件，適應(yīng)對(duì)不同服務(wù)內(nèi)容機(jī)器人的柔性需求；

40、2）機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)家用服務(wù)機(jī)器人在不同的作業(yè)環(huán)境下工作，需要不同類型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和作業(yè)機(jī)構(gòu)。機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將朝著微型化和一體化的方向發(fā)展。開(kāi)發(fā)具有真正操作能力的機(jī)器人，必須解決服務(wù)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和作業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)家庭環(huán)境和不同作業(yè)任務(wù)的適應(yīng)性問(wèn)題。比如，學(xué)術(shù)界一直熱衷于雙足機(jī)器人、仿人型操作臂和靈巧手的開(kāi)發(fā)，雖然日本、韓國(guó)和歐盟都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出高水平的樣機(jī)，但是由于其機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高昂成本和有限功能，這些樣機(jī)目前還僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。 3）感知技術(shù)傳感器是服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵部件，是其對(duì)環(huán)境做出準(zhǔn)確、及時(shí)反映的信息基礎(chǔ)。針對(duì)家用服務(wù)機(jī)器人對(duì)獲取周圍感知信息的需求，開(kāi)發(fā)物美價(jià)廉的適合在家庭環(huán)境內(nèi)使

41、用的（包括對(duì)人體安全的）傳感器模塊，是服務(wù)機(jī)器人真正以低成本進(jìn)入普通百姓家庭的必要條件。4）交互技術(shù) 服務(wù)機(jī)器人既以服務(wù)為目的，人們自然需要有更多、更方便、更自然的方式與機(jī)器人進(jìn)行交互，這包括高層次的情感交互及低層次的力覺(jué)和觸覺(jué)的交互等，而不再滿足操縱鍵盤(pán)和按鈕的方式。 基于視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的人機(jī)交互是該領(lǐng)域的發(fā)展方向，受制于當(dāng)前語(yǔ)音理解與合成技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的研究水平。交互技術(shù)的目標(biāo)是賦予機(jī)器人以情感，把人與人之間要依靠語(yǔ)音和視覺(jué)交互的習(xí)慣，逐漸延伸到人與機(jī)器之間的交互。 5）自主技術(shù) 家用機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境通常是半結(jié)構(gòu)化環(huán)境，其執(zhí)行的任務(wù)多樣復(fù)雜。因此，對(duì)于各種實(shí)用性的家用機(jī)器人來(lái)說(shuō)，如何提高

42、其對(duì)變化環(huán)境和多種任務(wù)的適應(yīng)性，提高自主服務(wù)能力，是一項(xiàng)具有平臺(tái)性的關(guān)鍵技術(shù)。3.4 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化或應(yīng)用目標(biāo) “十二五”期間，要求攻克一批智能化高端裝備，發(fā)展和培育一批高技術(shù)產(chǎn)值超過(guò)100億元的核心企業(yè)，同時(shí)將重點(diǎn)培育發(fā)展服務(wù)機(jī)器人新興產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)發(fā)展公共安全機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人、仿生機(jī)器人平臺(tái)和模塊化核心部件等四大任務(wù)。實(shí)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人成為模塊化技術(shù)和構(gòu)件組合而成的集合體，覆蓋服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，包括清潔機(jī)器人、家用機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、醫(yī)用及康復(fù)機(jī)器人、老年及殘疾人護(hù)理機(jī)器人、辦公及后勤服務(wù)機(jī)器人、建筑機(jī)器人、救災(zāi)機(jī)器人、酒店售貨及餐廳服務(wù)機(jī)器人等，完成維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)

43、等工作。 3.5 優(yōu)勢(shì)單位建議 1）上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司是一家單核心多業(yè)務(wù)的高科技公司。作為全球第一家專業(yè)從事伙伴機(jī)器人業(yè)務(wù)的尖端技術(shù)企業(yè)，未來(lái)伙伴致力于使機(jī)器人能夠真正融入人類的教學(xué)、生活與工作中，我們的使命是為人類創(chuàng)建一種更智能、更便捷和更有益的生活方式。當(dāng)前，公司擁有世界知名的機(jī)器人學(xué)專家和專業(yè)的研發(fā)、設(shè)計(jì)和營(yíng)銷人員，擁有一系列全球領(lǐng)先的技術(shù)和創(chuàng)新與實(shí)踐教育產(chǎn)品與服務(wù)。歷經(jīng)17年實(shí)踐，未來(lái)伙伴已成為國(guó)內(nèi)教育機(jī)器人的領(lǐng)導(dǎo)者，未來(lái)10年的目標(biāo)是把未來(lái)伙伴打造成真正具有全球競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的中國(guó)品牌。未來(lái)伙伴擁有國(guó)內(nèi)最全面的機(jī)器人產(chǎn)品線，公司擁有四個(gè)機(jī)器人事業(yè)部：中小學(xué)

44、教育機(jī)器人事業(yè)部，大學(xué)教學(xué)與研究機(jī)器人事業(yè)部，公共安全機(jī)器人事業(yè)部和家用機(jī)器人事業(yè)部。在教育機(jī)器人方面，未來(lái)伙伴為教育領(lǐng)域提供全球產(chǎn)品線最全的全開(kāi)放、高性能的教育機(jī)器人；在公共安全機(jī)器人方面，未來(lái)伙伴為政府提供高穩(wěn)定性的公共安全及反恐，單兵作戰(zhàn)、科學(xué)探險(xiǎn)機(jī)器人；在家用機(jī)器人方面，未來(lái)伙伴成功研制全球第一臺(tái)家庭教育機(jī)器人，并已在上海世博會(huì)中投入使用。 四、基礎(chǔ)零部件4.1 需求及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵零部件指構(gòu)成機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人性能起到關(guān)鍵影響作用，并具有通用性和模塊化的部件單元。主要包括精密減速機(jī)、高性能交直流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器及高性能控制器等。其中，國(guó)內(nèi)外

45、技術(shù)差距最大的是減速機(jī)和伺服電機(jī)?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商在高端領(lǐng)域不能直接與國(guó)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)機(jī)器人的成功之道在于打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人本體，尤其要突破減速機(jī)等關(guān)鍵零部件。 目前，中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在單體以及核心零部件仍然落后于日、美、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家。雖然中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在較大差距，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)依然薄弱，關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能夠提供規(guī)?；倚阅芸煽康木軠p速器生產(chǎn)企業(yè)。全球市場(chǎng)75%的市場(chǎng)被日本兩家企業(yè)占據(jù)，納博特斯克生產(chǎn)的RV減速器約占60%，Harmonica生產(chǎn)的諧波減速器約占15%。 在高精度機(jī)器人減速

46、機(jī)方面，市場(chǎng)份額的75%均兩家日本減速機(jī)公司壟斷，分別為提供RV擺線針輪減速機(jī)的日本Nabtesco和提供高性能諧波減速機(jī)的日本Harmonic Drive.包括 ABB， FANUC， KUKA，MOTOMAN在內(nèi)國(guó)際主流機(jī)器人廠商的減速機(jī)均由以上兩家公司提供，與國(guó)內(nèi)機(jī)器人公司選擇的通用機(jī)型有所不同的是，國(guó)際主流機(jī)器人廠商均與上述兩家公司簽訂了戰(zhàn)略合作關(guān)系，提供的產(chǎn)品大部分為在通用機(jī)型基礎(chǔ)上根據(jù)各廠商的特殊要求進(jìn)行改進(jìn)后的專用型號(hào)。國(guó)內(nèi)在高精度擺線針輪減速機(jī)方面研究起步較晚，僅在部分院校，研究所有過(guò)相關(guān)研究。目前尚無(wú)成熟產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人。近年來(lái)國(guó)內(nèi)部分廠商和院校開(kāi)始致力高精度擺線針輪減速

47、機(jī)的國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化研究，如浙江恒豐泰，重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津減速機(jī)廠，秦川機(jī)床廠，大連鐵道學(xué)院等。在諧波減速機(jī)方面，國(guó)內(nèi)已有可替代產(chǎn)品，如北京中技克美，北京諧波傳動(dòng)所，但是相應(yīng)產(chǎn)品在輸入轉(zhuǎn)速，扭轉(zhuǎn)高度，傳動(dòng)精度和效率方面與日本產(chǎn)品還存在不小的差距，在工業(yè)機(jī)器人上的成熟應(yīng)用還剛剛起步。 在伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)方面，歐系機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)部分主要由倫茨，Lust，博世力士樂(lè)等公司提供，這些歐系電機(jī)及驅(qū)動(dòng)部件過(guò)載能力，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，驅(qū)動(dòng)器開(kāi)放性強(qiáng)，且具有總線接口，但是價(jià)格昂貴。而日系品牌工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其價(jià)格相對(duì)降低，但是動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力較差，開(kāi)放性較差，且大部分只具

48、備模擬量和脈沖控制方式。國(guó)內(nèi)近年來(lái)也開(kāi)展了大功率交流永磁同步電機(jī)及驅(qū)動(dòng)部分基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京和利時(shí)，廣州數(shù)控等單位，并且具備了一點(diǎn)的生產(chǎn)能力，但是其動(dòng)態(tài)性能，開(kāi)放性和可靠性還需要更多的實(shí)際機(jī)器人項(xiàng)目應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證。 在機(jī)器人控制器方面，目前國(guó)外主流機(jī)器人廠商的控制器均為在通用的多軸運(yùn)動(dòng)控制器平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研發(fā)。目前通用的多軸控制器平臺(tái)主要分為以嵌入式處理器（DSP，POWER PC）為核心的運(yùn)動(dòng)控制卡和以工控機(jī)加實(shí)時(shí)系統(tǒng)為核心的軟PLC系統(tǒng)，其代表分別是Delta Tau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的在運(yùn)動(dòng)控制卡方面，固高公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出相應(yīng)成

49、熟產(chǎn)品，但是在機(jī)器人上的應(yīng)用還相對(duì)較少。 國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30個(gè)年頭的發(fā)展，目前已形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在制造領(lǐng)域、應(yīng)急救援、野外勘測(cè)、資源開(kāi)發(fā)、國(guó)防軍工等領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)仍存在較大差距，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)依然薄弱，關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。4.2 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù) 減速機(jī)國(guó)產(chǎn)化是重中之重，必須攻堅(jiān)精密減速器技術(shù)。全球減速機(jī)市場(chǎng)容量估計(jì)100多億，RV減速機(jī)和諧波減速機(jī)按數(shù)量看，兩者是6：4，RV減速機(jī)主要用于20公斤以上的機(jī)器人關(guān)節(jié)，諧波用在20公斤以下機(jī)器人關(guān)節(jié)，RV減速機(jī)由于組成零件更復(fù)雜，承載強(qiáng)度更高，難度要比諧波減速機(jī)大，而且RV減速機(jī)生產(chǎn)線投資規(guī)模遠(yuǎn)大

50、于諧波減速機(jī)。世界范圍內(nèi)RV減速機(jī)企業(yè)主要包括納博特斯克、Spinea和住友，以納博特斯克為主；諧波主要是Harmonic。 國(guó)內(nèi)正在研制減速機(jī)，且研制減速機(jī)的企業(yè)很多，RV減速機(jī)企業(yè)包括南通振康、秦川發(fā)展、山東帥克等，諧波減速機(jī)企業(yè)包括江蘇綠的和中技克美。目前看諧波減速機(jī)可能比較快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，RV減速機(jī)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)可能還需要一些時(shí)間。諧波減速機(jī)能夠較快突破，配合國(guó)內(nèi)機(jī)器人本體企業(yè)，滿足國(guó)內(nèi)3C等行業(yè)對(duì)20公斤以下小型通用六軸機(jī)器人強(qiáng)勁需求，推動(dòng)機(jī)器人本體國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程。 4.3 前瞻性關(guān)鍵技術(shù) 在高精度諧波減速機(jī)方面， 在其齒輪傳動(dòng)中采用雙圓弧齒廓，有效改善柔輪齒根的應(yīng)力狀況和傳動(dòng)嚙合質(zhì)量，提高承

51、載能力、扭轉(zhuǎn)剛度和柔輪疲勞壽命，并降低最小傳動(dòng)比。在諧波傳動(dòng)輕量化技術(shù)方面，采用鋁等輕合金材料制造波發(fā)生器與減速器殼體等方式，減薄剛輪外緣以及改進(jìn)連接結(jié)構(gòu)等形式，使整機(jī)重量大幅度減輕。相比于諧波減速機(jī)，RV擺線針輪減速機(jī)具有更高的高度和回轉(zhuǎn)精度，目前其發(fā)展方向是如何通過(guò)對(duì)內(nèi)部軸承的配置，材料和熱處理工藝的改進(jìn)，增加減速機(jī)的扭轉(zhuǎn)剛度，最大抗彎彎矩，以及提高在頻繁加減速等惡劣工況下的使用壽命。在機(jī)器人伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器方面，機(jī)器人專用化的伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器將成為發(fā)展趨勢(shì)，即在普通通用伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)器人的高速，重載，高精度等應(yīng)用要求，增加驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的瞬時(shí)過(guò)載能力，增加驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，驅(qū)動(dòng)增加相應(yīng)的自定義算法接口單元，并且采用通用的高速通訊總線作為通訊接口，摒棄