世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)應(yīng)用情況分析

1、世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化應(yīng)用情況分析 Titan是目前世界上最大的工業(yè)機(jī)器人，它能用一條手臂舉起一輛寶馬車，在空中轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后再原封不動(dòng)地把它放回到原來(lái)的位置。對(duì)Titan機(jī)器人來(lái)說(shuō)，搬運(yùn)轎車是一項(xiàng)非常容易的工作。Titan由德國(guó)機(jī)器人制造商KUKA公司制造，它是一臺(tái)負(fù)荷量為1000公斤的重型機(jī)器人，手臂伸長(zhǎng)后能與長(zhǎng)頸鹿的高度相媲美。Titan主要工作在建筑行業(yè)、鑄造行業(yè)、玻璃行業(yè)和汽車行業(yè)。    圖1  轎車生產(chǎn)線上工作的機(jī)器人與Titan工業(yè)機(jī)器人相比，另外一臺(tái)由豐田公司制造的身高為1.4米的“Partner Robot”機(jī)

2、器人則顯得非常羸弱，但它的優(yōu)勢(shì)并不在力量上，而是其功能的多樣化?！癙artner Robot”機(jī)器人具有人類的許多特點(diǎn)，不像Titan工業(yè)機(jī)器人的兩只腳總是固定在地面上，“Partner Robot”的兩腿關(guān)節(jié)可以活動(dòng)并且能自由行走。Titan擁有巨大而笨重的兩條手臂，而“Partner Robot”是一臺(tái)非常小巧的機(jī)器人，它的每條手臂上都有一只帶有四根手指和一根大拇指的手。如果把小提琴架在下顎，“Partner Robot”機(jī)器人就能為你演奏一曲英國(guó)愛(ài)國(guó)名曲Land of Hope and Glory。如果你推一下它，為了不讓自己倒下，“Partner Robot”機(jī)器人會(huì)面無(wú)表情地保持住平

3、衡。以上介紹的兩種機(jī)器人在很多方面都不相同，但有一點(diǎn)是相同的，即它們都起源于工業(yè)機(jī)器人。世界第一臺(tái)工廠機(jī)器人誕生于20世紀(jì)60年代，但這種機(jī)器人僅能從事一些簡(jiǎn)單、單調(diào)和乏味的工作，例如，把物體從一條生產(chǎn)線上搬到另外一條生產(chǎn)線上，在當(dāng)時(shí)，他們充當(dāng)?shù)闹皇强嗔Φ慕巧?921年，捷克著名畫(huà)家與作家卡雷爾·恰佩克（Karel Capek）在其劇本PUR中將捷克斯洛伐克語(yǔ)中的“Robota”（意為被奴役的勞工）稍作改動(dòng)，創(chuàng)造了“Robot”一詞，即機(jī)器人的意思。到了20世紀(jì)90年代，工廠機(jī)器人可以熟練地從事與切削、碾磨、焊接和倉(cāng)庫(kù)搬運(yùn)有關(guān)的工作。這時(shí)，與人工相比，工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格已出現(xiàn)了大幅下

4、降，使得它們的數(shù)量迅速膨脹到了一百萬(wàn)。但它們大多數(shù)由歐洲和日本制造，約一半被用在亞洲。    圖2  19902006年發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)器人平均使用成本相對(duì)于人工成本指數(shù)的變化注：圖2中以1990年為基準(zhǔn)年，基數(shù)為100點(diǎn)。如今，憑借不斷增長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，擁有尖端科技的機(jī)器人已經(jīng)具備了像人類一樣的復(fù)雜系統(tǒng)，它們擁有了視覺(jué)、感知、移動(dòng)和協(xié)同工作的能力，機(jī)器人工程師把這種機(jī)器人稱為“Mechatronics”“機(jī)電一體化”機(jī)器人，它是機(jī)械學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件學(xué)融合的產(chǎn)物。現(xiàn)在，一些工作在礦山的機(jī)器人已變得非常聰明，它們可以走出它們的安全

5、地與人一起工作。由于這些“機(jī)電一體化”機(jī)器人既聰明又靈巧，它們已經(jīng)漸漸從工廠向辦公室和家庭發(fā)展。對(duì)一臺(tái)機(jī)器人的定義不能因其外表而定義，而應(yīng)該知道它們是如何被控制的。越是自動(dòng)化率和自我決定行為較高的機(jī)器人，它的行為越復(fù)雜，它內(nèi)部的運(yùn)算次數(shù)也就會(huì)越多。這種機(jī)器人的典型代表是擁有單一服務(wù)功能的家庭型機(jī)器人，家庭機(jī)器人會(huì)使用吸塵器，修剪草坪，當(dāng)你離開(kāi)家時(shí)，它可以保護(hù)你的家庭財(cái)產(chǎn)。在一些診所，運(yùn)輸型機(jī)器人正在忙忙碌碌的為醫(yī)生遞送文件和藥品，有些還在為診所辦公室擦窗戶。在伊拉克和阿富汗，數(shù)以千計(jì)的武裝型機(jī)器人被軍隊(duì)使用，它們執(zhí)行投放炸彈、飛行偵查和攻擊任務(wù)，有的還游戈于水下。但它們并不都是與人類相像，有時(shí)

6、，它們的外形就像汽車輪胎上的斑點(diǎn)，如果把它們空投，它們會(huì)像昆蟲(chóng)一樣在空中飛行。但不管怎樣，他們都是機(jī)器人。人們對(duì)“Partner Robot”多功能服務(wù)型機(jī)器人的應(yīng)用目前還處于設(shè)想階段，對(duì)其制造也暫時(shí)處于實(shí)驗(yàn)室水平。在這種機(jī)器人和其他類人機(jī)器人未出現(xiàn)前，人們還有許多工作要做。像本田公司研制的“阿西莫”（Asimo）智能機(jī)器人，它可以自由外出謀生。盡管如此，類人機(jī)器人在人們心中還只是停留在展覽會(huì)上的欣賞階段，人們對(duì)這種機(jī)器人雖充滿了好奇，但他們很少為家庭購(gòu)買(mǎi)和使用機(jī)器人。但最終，擁有先進(jìn)技術(shù)的類人機(jī)器人將走出實(shí)驗(yàn)室。從機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，豐田和本田都希望將來(lái)的日本能成為世界最大的機(jī)器人

7、市場(chǎng)，讓機(jī)器人切實(shí)成為人們的家庭助手。在類人機(jī)器人大批量生產(chǎn)之前，多手的蜘蛛型機(jī)器人將為其發(fā)展鋪平道路。未來(lái)，很多類人機(jī)器人將工作在人們的辦公室和家庭中，有些還能從事多項(xiàng)工作。近日，從德國(guó)慕尼黑兩年一度召開(kāi)的國(guó)際機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)貿(mào)易博覽會(huì)（Automatica）上了解到，工廠機(jī)器人已在有些工廠中承擔(dān)了更多的工作，它們可以飛行，繞道而行，搬運(yùn)，有的甚至還可以談話和執(zhí)行外科手術(shù)。這次博覽會(huì)表明了機(jī)器人未來(lái)發(fā)展的四大趨勢(shì)，即機(jī)器人變得更隨機(jī)應(yīng)變；價(jià)格變得更便宜；程序設(shè)計(jì)越來(lái)越簡(jiǎn)單；安全性能大幅提高。既能看又能感知的智能機(jī)器人德國(guó)慕尼黑Oktoberfest啤酒節(jié)是德國(guó)非常重要的節(jié)日，德國(guó)PAAL包

8、裝公司為啤酒節(jié)制造了一臺(tái)名為Roboshaker的服務(wù)型機(jī)器人，它就像酒吧間的男招待。實(shí)際上，Roboshaker機(jī)器人主要是根據(jù)日本發(fā)那科（FANUC）公司生產(chǎn)的小型機(jī)器人的基礎(chǔ)上而制造。在啤酒節(jié)上，Roboshaker能為客人調(diào)酒，在客人飲完后還能把桌子收拾干凈，有時(shí)會(huì)向飲料中添加些營(yíng)養(yǎng)成分，還能為客人打開(kāi)易拉罐的拉環(huán)。但PAAL包裝公司明白，Roboshaker機(jī)器人并不能取代端著泡沫啤酒的女招待。Roboshaker其實(shí)是在展示當(dāng)它們具有機(jī)器視覺(jué)功能時(shí)，它們的能力有多大。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不僅為機(jī)器人在工廠工作提供了保證，也為其進(jìn)軍其他行業(yè)提供了可能，如食品和飲料行業(yè)，在這些行業(yè)中工作的人，

9、他們的大部分時(shí)間是在做重復(fù)性的工作。擁有機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的機(jī)器人能看到飲料瓶或罐中充滿飲料的正確位置，灌滿后還能蓋上蓋子并在合適的位置貼上商標(biāo)。視覺(jué)機(jī)器人能夠極其精確而快速地分辨和挑選任何東西。它們可以把巧克力放入盒子，挑選蘋(píng)果，攪拌沙拉，還能為寒冷地區(qū)屠宰場(chǎng)要宰殺的牲畜剃毛，之后再宰殺牲畜，他們做這些工作不用像人類一樣休息和去廁所。視覺(jué)機(jī)器人也可以在面包店里工作，它們切蛋糕比人切的更精準(zhǔn)。同時(shí)，現(xiàn)代機(jī)器人的傳感性能也在增強(qiáng)。傳感器能分析出機(jī)器人觸摸物體表面的材料，并利用傳感器對(duì)物體表面的阻力反應(yīng)作出對(duì)物體的解決方案。擁有感知系統(tǒng)的機(jī)器人能使其在從事與塑形有關(guān)的工作時(shí)變得更輕揉和更靈活。一般說(shuō)來(lái)，

10、人們從事不同的工作要使用不同的鉗子，但傳感機(jī)器人能不厭其煩地自動(dòng)交換手中的鉗子。這種機(jī)器人還能選擇一個(gè)合適的托板舉起盒子，然后把它放到生產(chǎn)線上，再用帶有手指的手撿起一些瑣碎的東西放入盒子。目前，生產(chǎn)經(jīng)理們要處理好工廠內(nèi)不相同的生產(chǎn)線日益增多的局面，因而，工廠更需要能適應(yīng)不同工作的機(jī)器人。工廠機(jī)器人現(xiàn)在在汽車制造廠的普及率已達(dá)到了60%，這些機(jī)器人能在相同的汽車裝配線上制造出不同的汽車模具。汽車制造商需要根據(jù)消費(fèi)者的訂單制造每一輛汽車，因此，他們購(gòu)買(mǎi)了能夠辨認(rèn)不同汽車模具并能按照訂單進(jìn)行生產(chǎn)的機(jī)器人。有多種方法可以幫助機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航工作。有時(shí)，面對(duì)狹小的工作環(huán)境，即使工業(yè)機(jī)器人交叉臂膀或者像雜技

11、演員那樣把胳膊放在背后都無(wú)法進(jìn)行工作。例如，當(dāng)一輛轎車內(nèi)部需要焊接時(shí)，機(jī)器人要把帶有電極的焊條接觸到焊點(diǎn)上，但在狹小而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的車殼內(nèi)部，機(jī)器人工作起來(lái)難度很大。但激光解決了這一難題，機(jī)器人可以利用激光在遠(yuǎn)距離進(jìn)行焊接作業(yè)。意大利機(jī)器人專業(yè)公司柯馬（Comau）股份有限公司研發(fā)出了一種3D激光遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)菲亞特500新型轎車的制造起到了促進(jìn)作用。3D激光遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)的工作原理主要是通過(guò)光纜傳輸激光脈沖給機(jī)器人，機(jī)器人再利用攜帶的廣角鏡和臂膀末端的鏡頭瞄準(zhǔn)激光所指向的焊接部位。利用激光，機(jī)器人能很精確地進(jìn)行焊接，且焊接速度比普通的焊接方法要快的多。馬丁·海格勒（Martin

12、Hagele）是負(fù)責(zé)歐盟SMErobot人機(jī)對(duì)話解決方案項(xiàng)目的主管，他主張為中小公司生產(chǎn)機(jī)器人。他認(rèn)為，在汽車生產(chǎn)線上使用數(shù)量龐大而技術(shù)先進(jìn)的機(jī)器人工作能節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。但在過(guò)去，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)的成本之所以高昂的原因在于，僅對(duì)一臺(tái)機(jī)器人的安裝和維護(hù)費(fèi)用就占去了生產(chǎn)成本的四分之一。現(xiàn)在，使用機(jī)器人的成本正在下降，機(jī)器人變得越來(lái)越便宜。一臺(tái)具有能夠把貨物堆放到貨盤(pán)功能的中等型號(hào)機(jī)器人的價(jià)格約為5萬(wàn)美元。由于現(xiàn)代機(jī)器人的零部件具有簡(jiǎn)便性的特點(diǎn)，其安裝和維護(hù)成本也出現(xiàn)了下降?！昂芏喙菊J(rèn)為有些機(jī)器人外形過(guò)于龐大且價(jià)格昂貴，有的還有噪音。” 海格勒先生表示，“但是，如今制造的機(jī)器人具有更靈活、更敏捷和

13、使用程序更簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。”瑞典ABB公司機(jī)器人研究中心的Charlotte Brogren博士認(rèn)為，計(jì)算機(jī)價(jià)格下降對(duì)機(jī)器人很多特性的應(yīng)用更具有實(shí)際意義，例如視覺(jué)系統(tǒng)、觸覺(jué)系統(tǒng)和意識(shí)系統(tǒng)。機(jī)器人生產(chǎn)廠商已開(kāi)始制造能夠在工作臺(tái)上工作的小型機(jī)器人，這項(xiàng)工作也是歐盟SMErobot人機(jī)對(duì)話解決方案項(xiàng)目的一部分。由于這種小型機(jī)器人具有撿拾物體和移動(dòng)靈活的特點(diǎn)，一旦研發(fā)成功，它將成為木匠和小型工程公司的新寵。世界上也出現(xiàn)了不同種類的低價(jià)格機(jī)器人，但它們并不像工廠機(jī)器人那樣是工廠生產(chǎn)的主力軍。這種機(jī)器人擁有利用直線電機(jī)滑行的鋼架和導(dǎo)管，它們能夠靈活使用工具進(jìn)行焊接、切削、粘合和安裝機(jī)器。該種機(jī)器人能承擔(dān)大量瑣

14、碎的工作，它可以獨(dú)立從一座工廠到另外一座工廠開(kāi)始新的工作。還有一種機(jī)器人能在玻璃廠從事切割和研磨玻璃工作。在有些情況下，有些工作必須由人工完成，主要原因是有些小型玻璃廠認(rèn)為如果實(shí)行機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)量會(huì)很低。由于勞動(dòng)法對(duì)在玻璃廠工作的工人實(shí)行長(zhǎng)期勞動(dòng)傷害保護(hù)，并且對(duì)工人在工廠的勞動(dòng)時(shí)間有明確的限定，因此，玻璃廠的人工成本費(fèi)用昂貴。但現(xiàn)在出現(xiàn)的新型架構(gòu)型機(jī)器人具有使用靈活和價(jià)格便宜的特點(diǎn)，很適合小型玻璃廠使用。但英國(guó)咨詢機(jī)構(gòu)Castings Technology International公司研發(fā)主管Peter Haigh認(rèn)為：“當(dāng)你使用了機(jī)器人后，你就會(huì)想盡辦法再設(shè)計(jì)它，讓它使用起來(lái)更有效，

15、這無(wú)疑又增添了成本?！比藗冋κ箼C(jī)器人的應(yīng)用程序變得越來(lái)越簡(jiǎn)單化。德國(guó)KUKA機(jī)器人制造公司負(fù)責(zé)人Jürgen Schulze-Ferebee表示：“如果我們想銷售更多機(jī)器人，那么我們必須制造出使用起來(lái)非常簡(jiǎn)便的機(jī)器人?！?KUKA公司是首家在機(jī)器人制造中使用計(jì)算機(jī)程序的公司之一，不像其他機(jī)器人制造商那樣，僅有幾家大公司的工程部了解機(jī)器人的使用代碼。有些機(jī)器人由被稱作“吊架”的手動(dòng)設(shè)備裝配，這種手動(dòng)設(shè)備程序的運(yùn)行速度要高于機(jī)器人的運(yùn)行速度。機(jī)器人的協(xié)同作業(yè)能力正變得越來(lái)越緊密，例如，在有些轎車廠里，大型機(jī)器人會(huì)舉起小型器人進(jìn)入汽車內(nèi)部安裝零部件。機(jī)器人也在學(xué)習(xí)如何理解直接指令。有些

16、機(jī)器人能讓操作員“牽著鼻子走”，操作員如果把機(jī)器人的手臂轉(zhuǎn)動(dòng)一周，這就表示機(jī)器人要開(kāi)始工作了。機(jī)器人所應(yīng)用的軟件都非常直觀，如果操作員在空中顯示幾個(gè)點(diǎn)，機(jī)器人就能畫(huà)出一個(gè)非常完美的圓環(huán)，有些機(jī)器人還可以用聲音作答。  機(jī)器人要遵守機(jī)器人三大法律如果人們?cè)谵k公室和家庭中廣泛使用機(jī)器人，那么必須要確保這些機(jī)器人是安全的。因此，機(jī)器人必須要遵守阿西莫夫（Isaac Asimov）機(jī)器人三大定律。第一定律：機(jī)器人不得傷害人類，或看到人類受到傷害而袖手旁觀?，F(xiàn)在，有些人對(duì)待機(jī)器人就像對(duì)待猛獸一樣，把它關(guān)在安全欄中。人們把機(jī)器人的工作地點(diǎn)稱為“機(jī)器人單間（Robot Cell）”，只有

17、關(guān)掉機(jī)器人電源后，人們才敢進(jìn)入這個(gè)單間。如果當(dāng)一臺(tái)重量超大并且是盲眼的機(jī)器人正在揮舞手臂工作時(shí)，這時(shí)如果有人靠近就會(huì)難免受傷。要讓機(jī)器人使用起來(lái)更安全就要賦予機(jī)器人更多適應(yīng)環(huán)境的傳感系統(tǒng)。如果機(jī)器人在開(kāi)著門(mén)的工作間工作時(shí)，有人不巧進(jìn)入，那么機(jī)器人就必須放慢或停止工作。相信不久的將來(lái)，隨著機(jī)器視覺(jué)和觸覺(jué)功能的提高，機(jī)器人終將擺脫圍欄的束縛。到那時(shí)，機(jī)器人就可以幫助木匠或組裝工人在生產(chǎn)線上工作。豐田公司的部分汽車廠已使用了自動(dòng)化機(jī)器人，這種機(jī)器人能把50公斤重的汽車儀表板放入轎車內(nèi)，還能指示汽車工人進(jìn)入正確的位置進(jìn)行裝配作業(yè)。豐田公司的Toru Miyagawa表示：“我們的目標(biāo)之一就是讓機(jī)器人在

18、沒(méi)有安全欄的情況下能從工廠回到家中繼續(xù)工作?！比祟惖南乱豁?xiàng)任務(wù)就是編寫(xiě)滿足阿西莫夫機(jī)器人第二定律的程序，即在不違反第一定律的前提下，機(jī)器人必須絕對(duì)服從人類給與的任何指令。第三定律要求機(jī)器人在不違反第一定律和第二定律的前提下，必須盡力保護(hù)自己。當(dāng)機(jī)器人擁有了足夠的安全性和對(duì)環(huán)境能夠產(chǎn)生意識(shí)時(shí)，這說(shuō)明它們已經(jīng)具備了進(jìn)入更高級(jí)和更放松的場(chǎng)所去工作的可能，如人類的辦公室和住宅。最終，采用先進(jìn)技術(shù)的多用途機(jī)器人完全能夠遵守阿西莫夫機(jī)器人三大定律，這也正實(shí)現(xiàn)了科幻小說(shuō)中的一些構(gòu)想。服務(wù)型機(jī)器人將具有像人類一樣更多的特點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儺吘挂谌祟愃O(shè)計(jì)的環(huán)境中工作。但有些機(jī)器人很可能表現(xiàn)出與一般機(jī)器人完全不同的特性，即隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，相信不久就會(huì)出現(xiàn)第一臺(tái)走上生產(chǎn)線的服務(wù)型機(jī)器人?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)能夠坐在一臺(tái)看起來(lái)像輪椅的機(jī)器人式座椅上行進(jìn)，這是一件非常有意義的事。如果人們告訴機(jī)器人式座椅要去的地方，那么機(jī)器人就會(huì)帶你去那里。在去往目的地的過(guò)程中，機(jī)器人式座椅會(huì)很靈活地操縱自己以免撞上行人。近年來(lái)，豐田公司把研發(fā)目光瞄向了兩輪自動(dòng)座椅式機(jī)器人，這種座椅式機(jī)器人具有很好的平衡性。該公司目前已把這種座椅投放到了一家日本購(gòu)物中心和豐田所屬的醫(yī)院進(jìn)行使用，它們看起來(lái)就像大型的兩輪電車Segway。目前，已有少數(shù)服務(wù)型機(jī)器人進(jìn)入了更寬廣的領(lǐng)域，它們和人的相似度