云霄

摘要：近年來，世界工業(yè)發(fā)達國家紛紛將機器人發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略[1]，《中國制造2025》將機器人產(chǎn)業(yè)確立為工業(yè)轉型的重要依托，在重點領域技術創(chuàng)新路線圖中明確了我國未來十年機器人產(chǎn)業(yè)的重點發(fā)展方向。通過研究機器人領域的發(fā)展現(xiàn)狀，剖析機器人技術發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)，探討高等學校建設機器人研究所的可行性路徑。

關鍵詞：高等學校；機器人；研究所；可行性

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）07-0075-02

機器人系統(tǒng)是一種能夠代替人類在非結構化環(huán)境下從事危險、復雜勞動的自動化機器，其技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應用受到各國政府的高度重視?！吨袊圃?025》作為我國實施制造強國三步走戰(zhàn)略中的第一個十年的行動綱領，從國家戰(zhàn)略的高度確定了未來十年對機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展予以重點關注和支持。2016年4月發(fā)布的《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》更是將機器人產(chǎn)業(yè)推到了“風口”之上。本文對機器人領域的發(fā)展現(xiàn)狀、機遇與挑戰(zhàn)展開分析，探討高等學校開展機器人研究的可行路徑。

一、發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)

我國機器人的研究始于20世紀70年代后期，80年代后進入快速發(fā)展時期，“863計劃”更是推動機器人領域快速發(fā)展。當前，國內(nèi)眾多高校均開設了機器人課程，并成立了相關研究機構。

中國科學院自動化研究所成立于1956年10月，是我國最早的國立自動化研究機構。自動化所立足智能技術，已形成復雜信息的智能計算、復雜系統(tǒng)的智能控制、集成化智能系統(tǒng)三個重要研究方向，實現(xiàn)了基礎研究、應用開發(fā)與高技術產(chǎn)業(yè)化“三位一體”發(fā)展。

哈爾濱工業(yè)大學的機器人研究走在全國前列。學校在深圳設立了深圳國際技術創(chuàng)新研究院作為對外窗口，既實現(xiàn)了與海外的學術交流，又借助深圳產(chǎn)業(yè)化基地的優(yōu)勢完成了科技向生產(chǎn)力轉換的任務。通過在深圳研究院建立高科技企業(yè)的方式，輸送了一批自動控制、機電一體化專業(yè)的博士、碩士，成功地將機器人技術應用到民用領域。

北京航空航天大學機器人研究所創(chuàng)建于1987年，集教學、科研、開發(fā)為一體，主要研究靈巧機械手、醫(yī)療機器人、反恐防暴救災機器人等。

中國科學院沈陽自動化研究所成立于1958年，是中國機器人事業(yè)的搖籃，創(chuàng)造了我國機器人發(fā)展史上的多個第一，在特種機器人、先進制造和智能機器、工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化、機器人學應用基礎研究等領域形成了一大批優(yōu)秀成果并形成技術優(yōu)勢，引領了國內(nèi)機器人技術的發(fā)展。

（二）國際

美國通過“國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡”（NNMI）計劃和“高端制造合作伙伴”（AMP）計劃，在強適應性和可重構的裝配線、自主導航、綠色制造、仿人靈巧操作、供應鏈的集成與設計建模、納米制造、在非結構化環(huán)境下的感知服務、機器人與人共事的本質安全性和教育訓練等9個領域，制定了未來15年制造業(yè)機器人發(fā)展的詳盡規(guī)劃和研究路線，著力提升“美國制造”的質量，振興美國制造業(yè)[2]。

歐盟于2014年啟動了耗資28億歐元的“SPARC”機器人研發(fā)計劃，旨在通過機器人技術提高生活質量、減少資源浪費并改善工作環(huán)境，為歐洲乃至全球的生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)約巨額成本[3]。

日本將機器人產(chǎn)業(yè)列為國家重大戰(zhàn)略支撐產(chǎn)業(yè)，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)兩個方面入手，制定了一系列政策措施，大力推動機器人技術在全民的推廣，著力創(chuàng)建自主創(chuàng)新和結構改革的新型社會“Society 5.0”[4]。

二、機遇與挑戰(zhàn)

隨著人口紅利逐漸消失，人力成本快速上漲和勞動力短缺，我國原有的低附加值、低技術含量和高污染、高能耗的制造業(yè)模式已經(jīng)難以為繼，企業(yè)對工業(yè)機器人的需求不斷擴大。2013年，我國已成為全球第一大工業(yè)機器人應用市場。與此同時，老齡化社會服務、醫(yī)療康復、救災救援、公共安全、教育娛樂、重大科學研究等領域對服務機器人的需求也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢[1]。

我國于上世紀70年代初開始研究機器人技術，80年代實施“863計劃”并組建了一批相關學術組織和研究機構，90年代在點焊、弧焊、裝配等領域形成了一批具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品。近年來，我國機器人技術及產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，國家也出臺了一系列政策文件來加強頂層設計。但是要看到，我國機器人產(chǎn)業(yè)的研發(fā)制造水平仍落后于國際主流國家，核心技術受制于人，核心零部件在技術含量、可靠性、穩(wěn)定性和精度等方面與國外產(chǎn)品差距較大，高校及科研院所的科技成果實際轉化率較低。

三、建設機器人研究所的可行性分析

（一）研究基礎

西安電子科技大學于1985年成立了機器人研究室，是全國最早從事機器人技術研究的單位之一。經(jīng)過多年發(fā)展，已形成機器人智能控制、柔性并聯(lián)機器人等兩個主要研究方向?，F(xiàn)有專任教師18人，其中教授6人，副教授6人，具有博士學位的教師9人，博士比例達50%。近5年，承擔各類研究課題40余項，包括“973”“863計劃”、國家自然科學基金面上項目、國防預研項目等，到?？蒲薪?jīng)費接近1300萬元；發(fā)表SCI論文36篇，EI論文76篇；授權發(fā)明專利11項；獲得國家科技進步二等獎1項、省部級科科學技術獎2項。培養(yǎng)相關學科碩士生132名，博士生25人。

（二）研究方向

1.機器人智能控制技術。（1）多機器人協(xié)調(diào)控制技術。以多機器人系統(tǒng)、機器人—人融合系統(tǒng)、機器人與其他機器系統(tǒng)為研究對象，通過對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理、感知與學習方法、建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面的研究，提高群體機器人的智能性、協(xié)調(diào)性和適應性。（2）虛擬機器人技術。利用虛擬設計的手段，研究基于多傳感器、多媒體、虛擬現(xiàn)實及臨場感技術，實現(xiàn)機器人的虛擬遙控操作和人機交互。增強操作者與機器人之間的交互能力，提高機器人單元控制模擬功能和多控制器模擬功能。

2.柔性并聯(lián)機器人技術。（1）并聯(lián)機構設計。面向工程需求，對剛性、柔性并聯(lián)機構的構型進行優(yōu)化設計，保證在給定工作空間內(nèi)整個系統(tǒng)具有好的可控性。（2）運動學與動力學分析。研究柔性構件與其他剛性構件之間的動力學耦合關系，在考慮柔性構件力學特性的前提下分析并聯(lián)機器人的運動學和動力學特性，準確建立起該類機構的動力學方程，為機構的標定、振動抑制和跟蹤控制提供力學模型，為實現(xiàn)整個系統(tǒng)的平穩(wěn)、快速、精確運動控制奠定基礎。（3）測量與標定。研究面向大工作空間柔性并聯(lián)機器人末端執(zhí)行器位姿檢測的非接觸測量新技術、新裝置及系統(tǒng)集成方案；針對柔性驅動機器人驅動構件力變化范圍大、靈敏度高的特點，研究柔性驅動構件力學實時檢測裝置及數(shù)據(jù)處理技術。為提高柔性驅動機器人的運動精度，基于當前的位姿和柔性驅動器力測量水平，研究并聯(lián)機器人的運動學、動力學參數(shù)標定理論與新方法。（4）控制理論與技術。研究并聯(lián)機器人運動軌跡的無奇異點規(guī)劃方法，克服運動規(guī)劃引入的柔性驅動的顫振問題。針對不完全約束柔性驅動機器人，研究基于重力補償或非線性動力補償且具有強魯棒性的反饋控制器，以實現(xiàn)末端執(zhí)行器的精確定位與驅動的振動抑制；針對完全約束和過約束柔性驅動機器人，研究冗余驅動力優(yōu)化求解及控制策略，以實現(xiàn)其主動剛度控制、高速魯棒速度跟蹤任務。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）[Z].2016-04-27.

[2]曾艷濤.美國未來15年制造業(yè)機器人研究路線[J].機器人技術與應用，2007，（3）：1-5.

[3]劉金國，張學賓，曲艷麗.歐盟“SPARC”機器人研發(fā)計劃解析[J].機器人技術與應用，2015，（2）：24-29.

[4]王凱，孫帙，西森年壽，李哲.日本機器人教育的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].現(xiàn)代教育技術，2017，4（27）：5-11.