中國服務(wù)機(jī)器人市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，服務(wù)機(jī)器人相關(guān)專利申請數(shù)量持續(xù)高速增長，但個(gè)人 / 家庭類相關(guān)專利較少。我國目前在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)還有待成熟，在關(guān)鍵零部件和機(jī)器單體方面和國外還存在較大差距。雖然在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的研究我國起步晚，但是在 2015 年提出的《中國制造 2025》規(guī)劃綱要中，已經(jīng)明確將服務(wù)機(jī)器人列為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。

  （二）智能機(jī)器人發(fā)展趨勢

  1. 傳感技術(shù)發(fā)展迅速

  作為機(jī)器人基礎(chǔ)的傳感技術(shù)有了新的發(fā)展，各種新型傳感器不斷出現(xiàn)，例如：超聲波觸覺傳感器、靜電電容式距離傳感器、基于光纖陀螺慣性測量的三維運(yùn)動(dòng)傳感器，以及具有工件檢測、識別和定位功能的視覺系統(tǒng)等。多傳感器集成與融合技術(shù)在智能機(jī)器人上獲得應(yīng)用。單一傳感信號難以保證輸入信息的準(zhǔn)確性和可靠性，不能滿足智能機(jī)器人系統(tǒng)獲取全面、準(zhǔn)確環(huán)境信息以提升決策能力的要求。采用多傳感器集成和融合技術(shù)，可利用傳感信息，獲得對環(huán)境的正確理解，使機(jī)器人系統(tǒng)具有容錯(cuò)性，保證系統(tǒng)信息處理的快速性和正確性。

  2. 運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)

  智能機(jī)器人和高級工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要力求簡單緊湊，其高性能部件，甚至全部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已向模塊化方向發(fā)展；其驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電機(jī)，向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化發(fā)展，采用高速CPU和32 位芯片、多處理器和多功能操作系統(tǒng)， 提高機(jī)器人的實(shí)時(shí)和快速響應(yīng)能力。機(jī)器人軟件的模塊化簡化了編程，發(fā)展了離線編程技術(shù)，提高了機(jī)器人控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。

  在生產(chǎn)工程系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)器人，使自動(dòng)化發(fā)展為綜合柔性自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化和機(jī)器人化。近年來，機(jī)器人生產(chǎn)工程系統(tǒng)獲得不斷發(fā)展。汽車工業(yè)、工程機(jī)械、建筑、電子和電機(jī)工業(yè)以及家電行業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，引入高級機(jī)器人技術(shù)，采用柔性自動(dòng)化和智能化設(shè)備，改造原有生產(chǎn)手段，使機(jī)器人及其生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展呈上升趨勢。

  3. 微型機(jī)器人開發(fā)有突破

  微型機(jī)器和微型機(jī)器人為 21 世紀(jì)的尖端技術(shù)之一。我國已經(jīng)開發(fā)出手指大小的微型移動(dòng)機(jī)器人，可用于進(jìn)入小型管道進(jìn)行檢查作業(yè)。預(yù)計(jì)將生產(chǎn)出毫米級大小的微型移動(dòng)機(jī)器人和直徑為幾百微米的醫(yī)療機(jī)器人，可讓它們直接進(jìn)入人體器官，進(jìn)行各種疾病的診斷和治療，而不傷害人的健康。微型驅(qū)動(dòng)器是開發(fā)微型機(jī)器人的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。它將對精密機(jī)械加工、現(xiàn)代光學(xué)儀器、超大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代生物工程、遺傳工程和醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)生重要影響。微型機(jī)器人在上述工程中將大有用武之地。

  4. 新型機(jī)器人開發(fā)有突破

  顯遠(yuǎn)或遙現(xiàn)（telepresence或telexistance），被稱為臨場感。這種技術(shù)能夠測量和估計(jì)人對預(yù)測目標(biāo)的擬人運(yùn)動(dòng)和生物學(xué)狀態(tài)，顯示現(xiàn)場信息，用于設(shè)計(jì)和控制擬人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

  虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)是新近研究的智能技術(shù)，它是一種對事件的現(xiàn)實(shí)性從時(shí)間和空間上進(jìn)行分解后重新組合的技術(shù)。這一技術(shù)包括三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、多傳感器的交互接口技術(shù)以及高清晰度的顯示技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可應(yīng)用于遙控機(jī)器人和臨場感通信等領(lǐng)域。例如，可從地球上對火星探測機(jī)器人進(jìn)行遙控操作，以采集火星表面上的土壤。

  形狀記憶合金（SMA）被譽(yù)稱為智能材料。SMA 的電阻隨溫度的變化而改變，導(dǎo)致合金變形，可用來執(zhí)行驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，完成傳感和驅(qū)動(dòng)功能?？赡嫘螤钣洃浐辖穑≧SMA）也在微型機(jī)器人上得到了應(yīng)用。

  多自主機(jī)器人系統(tǒng)（MARS）是近年來開始探索的又一項(xiàng)智能技術(shù)，它是在單體智能 機(jī)器發(fā)展到需要協(xié)調(diào)作業(yè)的條件下產(chǎn)生的。多個(gè)機(jī)器人具有共同的目標(biāo)，完成相互關(guān)聯(lián)的動(dòng)作或作業(yè)。MARS 的作業(yè)目標(biāo)一致，信息資源共享，各個(gè)局部（分散）動(dòng)作的主體在全局環(huán)境下感知、行動(dòng)、受控和協(xié)調(diào)，是群控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展。在諸多新型智能技術(shù)中， 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別、檢測、控制和規(guī)劃方法的開發(fā)和應(yīng)用占有重要的地位?；趯＜蚁到y(tǒng)的機(jī)器人規(guī)劃獲得新的發(fā)展，除了用于任務(wù)規(guī)劃、裝配規(guī)劃、搬運(yùn)規(guī)劃和路徑規(guī)劃外，還用于自動(dòng)抓取方面。

  5. 移動(dòng)機(jī)器人自主性逐步提高

  近年來，對移動(dòng)機(jī)器人的研究受到重視，自主式移動(dòng)機(jī)器人是研究最多的一種。自主機(jī)器人能夠按照預(yù)先給出的任務(wù)指令，根據(jù)已知的地圖信息做出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過程中，不斷感知周圍局部環(huán)境信息，自主地做出決策，引導(dǎo)自身繞開障礙物，安全行駛到達(dá)指定目標(biāo)，并執(zhí)行要求的動(dòng)作與操作。移動(dòng)機(jī)器人在工業(yè)和國防上具有廣泛的應(yīng)用前景，如清洗機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、巡邏機(jī)器人、防化偵察機(jī)器人、水下自主作業(yè)機(jī)器人、飛行機(jī)器人等。

  四、需求與展望

  （一）智能機(jī)器人發(fā)展的重點(diǎn)方向

  首先，針對工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，重點(diǎn)發(fā)展面向裝備制造業(yè)的 6 類機(jī)器人系統(tǒng)，包括新一代與人合作型機(jī)器人系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)引機(jī)器人系統(tǒng)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)、激光加工機(jī)器人系統(tǒng)、真空機(jī)器人系統(tǒng)、潔凈機(jī)器人系統(tǒng)等的研發(fā)。

  其次，在特種機(jī)器人類別中，優(yōu)先發(fā)展旋翼飛行機(jī)器人、水下機(jī)器人、空間機(jī)器人等幾種具有先發(fā)優(yōu)勢的特種機(jī)器人。

  再次，在服務(wù)機(jī)器人類別中，優(yōu)先發(fā)展面向醫(yī)療的脊柱微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)、面向康復(fù)的手部康復(fù)及行為輔助機(jī)器人系統(tǒng)、面向助殘的智能假肢機(jī)器人系統(tǒng)以及面向老年維護(hù)的家政服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)等 4 種機(jī)器人。

  最后，面向工業(yè) 4.0 新型制造體系的需求，研發(fā)智能化設(shè)備與裝置、全覆蓋管控一體化網(wǎng)絡(luò)、新型數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、分布式智能控制系統(tǒng)、智能決策與管理系統(tǒng)、支撐制造產(chǎn)品全生命周期管理的信息服務(wù)平臺，研發(fā)面向航空、軍工、汽車、自動(dòng)化儀表、高端電子等典型行業(yè)的基于機(jī)器人的智能化柔性裝配和制造生產(chǎn)系統(tǒng)。

  具體的機(jī)器人系統(tǒng)與相關(guān)應(yīng)用行業(yè)及技術(shù)的關(guān)系如圖 1 所示。

  （二）智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)

  與各類機(jī)器人系統(tǒng)相對應(yīng)，我國發(fā)展智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)包括：

  1. 機(jī)器人本體及關(guān)鍵零部件技術(shù)

  面向未來智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展需求，研究開發(fā)伺服電機(jī)技術(shù)和減速機(jī)技術(shù)，研究開發(fā)新型材料（形狀記憶合金、化合物等）技術(shù)、視覺和激光等新型感知技術(shù)，為智能機(jī)器人能力的進(jìn)一步提升提供原動(dòng)力。

  2. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

  面向新工業(yè)革命的需求，研發(fā)下一代工業(yè)機(jī)器人及機(jī)器人操作系統(tǒng)，在柔順機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)、非結(jié)構(gòu)環(huán)境理解、實(shí)時(shí)認(rèn)知技術(shù)、人機(jī)協(xié)同任務(wù)規(guī)劃技術(shù)、自適應(yīng)與可重構(gòu)裝配技術(shù)、安全性技術(shù)等方面進(jìn)行技術(shù)變革，通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的信息技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的融合，促進(jìn)機(jī)器人綜合能力的提升，實(shí)現(xiàn)與人的緊密協(xié)作，提升制造系統(tǒng)的智能化， 滿足新工業(yè)革命對個(gè)性化制造模式的要求，其核心技術(shù)路線圖如表 1 所示。

  3. 特種機(jī)器人技術(shù)

  發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋探測技術(shù)，研發(fā)面向資源勘探、捕撈救援、環(huán)境監(jiān)測等需求的系列化海洋裝備，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提供我國在深遠(yuǎn)海國際競爭中的技術(shù)支撐與能力保障；研發(fā)國防建設(shè)急需的無人化機(jī)器人裝備，包括面向海陸空單一環(huán)境和多棲環(huán)境的無人偵查及作戰(zhàn)機(jī)器人系統(tǒng)、增強(qiáng)單兵能力的助力機(jī)器人、智能光電系統(tǒng)等；研發(fā)面向極地科考、核電站巡檢、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等需求的特種機(jī)器人系統(tǒng)，其核心技術(shù)路線圖如表 2 所示。

  4. 服務(wù)機(jī)器人技術(shù)

  研究開發(fā)可在特定環(huán)境下（如家庭、醫(yī)院、賓館等）為非專業(yè)人員提供服務(wù)的智能機(jī)器人技術(shù)。針對醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人，為了豐富傳統(tǒng)醫(yī)療康復(fù)手段、提升醫(yī)療康復(fù)水平，研究高靈巧度的操作手臂、基于醫(yī)學(xué)影像引導(dǎo)的手術(shù)操作系統(tǒng)、基于傳感器的健康數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、定量診斷和評估系統(tǒng)、機(jī)器人行為的安全保障系統(tǒng)，研制?？菩褪中g(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、穿戴式智能假肢機(jī)器人系統(tǒng)、特殊需求人群的個(gè)性化護(hù)理機(jī)器人、人體腔道介入機(jī)器人等，其核心技術(shù)路線圖如圖 4 所示。