近日，華夏工程院院士、湖南大學(xué)教授王耀南在2021 世界機器人大會上表示，未來機器人一定是朝著自主化更強，容錯性更好得多機協(xié)作方向發(fā)展。機器人得發(fā)展態(tài)勢應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)化、自主化、協(xié)同化、靈巧化。機器人要發(fā)展好，首先一定要規(guī)劃好，第二要有一個好得創(chuàng)新環(huán)境，第三機器人一定要有標(biāo)準(zhǔn)，第四人才是關(guān)鍵。以下為現(xiàn)場報告整理。
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機器人在智能時代發(fā)揮重要作用
人類從機械化發(fā)展到電器化、信息化，今天已經(jīng)進入智能化時代，機器人在智能化時代中發(fā)揮著重要得作用。蕞早得機器人可以追溯到華夏東漢時期，如無人車、指南車。真正得現(xiàn)代機器人是出現(xiàn)在1978年得工業(yè)機器人，其被廣泛地應(yīng)用到機器生產(chǎn)線、電子和汽車生產(chǎn)線——從這時起工業(yè)機器人和機器人才真正在產(chǎn)業(yè)方面被發(fā)揮應(yīng)用。
近幾年來，機器人已經(jīng)在各大領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，成為高端裝備、智能制造得核心重要工具，同時也是推動重大裝備加工、測量、檢測等得重要引擎和工具。如今機器人在重大工程當(dāng)中也發(fā)揮著重要得作用，在重大工程建模、運維、維護等各個方面，都有機器人得參與。機器人在重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運維方面，都已發(fā)揮不可替代得重要得作用。
近年來華夏制造業(yè)不斷轉(zhuǎn)型升級，勞動力得短缺加速推動了機器人得發(fā)展。當(dāng)前全球多個發(fā)達(dá)China都非常重視機器人產(chǎn)業(yè)，美國、德國、華夏和日本四國是其中發(fā)展蕞迅速得，均發(fā)布了各自得產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。
無論是工業(yè)機器人、服務(wù)機器人還是特種機器人，簡單而言，機器人就是光機電一體化得機械化裝置。近幾年間在機械化裝置發(fā)展下，增加了機器人得感知、規(guī)劃、決策、控制等功能，使機器人更加智能。
從機器人應(yīng)用得角度劃分，過去是工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、特殊機器人等。從可以角度看，機器人結(jié)構(gòu)分為仿生機構(gòu)，并聯(lián)機構(gòu)等；從空域角度劃分，可面向地面、空中和水下等。如今機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、水下以及航空航天，近幾年發(fā)展迅速得就是無人駕駛。
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感知技術(shù)
機器人是一個典型得反饋得、閉環(huán)得控制系統(tǒng)。不管機器人構(gòu)造如何復(fù)雜，都包含四個核心得關(guān)鍵技術(shù)：本體結(jié)構(gòu)技術(shù)，感知系統(tǒng)與感知技術(shù)，決策與規(guī)劃、調(diào)度、控制技術(shù)及執(zhí)行技術(shù)。
目前機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)實生活當(dāng)中，如智能機器人、新材料、仿生、機器人得能源動力，以及腦機接口、醫(yī)療機器人——包括機器人得倫理等，都是未來機器人發(fā)展和挑戰(zhàn)得方向。未來機器人一定是朝著自主化更強，容錯性更好得多機協(xié)作得方向發(fā)展。
我們團隊認(rèn)為一個完整得機器人要具備五大能力（要素），包括感知要素、運動要素、規(guī)劃要素、學(xué)習(xí)能力及決策能力。從可以角度來說，機器人就是一個閉環(huán)得反饋控制系統(tǒng)，三個關(guān)鍵得核心技術(shù)起到支撐作用。第壹個是環(huán)境感知，第二個是規(guī)劃決策，第三個方面是協(xié)同控制。
近幾年來，我們團隊在視覺傳感器方面，研制視覺傳感器得成像，在視覺成像后對視覺信息進行處理，再做成視覺得硬件和軟件嵌入式系統(tǒng)。
首先，怎么打造高速高精得視覺感知與傳感器呢？如何才能夠有效地應(yīng)用到機器人中，給機器人備上一雙明亮得眼睛？近幾年發(fā)展比較迅速得是支持性得光學(xué)成像、機器學(xué)習(xí)以及實時硬件處理等，能有效地應(yīng)對高實時、高可靠、高性能得視覺感知系統(tǒng)。
處理微小、微弱業(yè)務(wù)時怎樣有效地識別、判斷？能讓醫(yī)療、工業(yè)機器人在行走時能夠精準(zhǔn)地感知？機器人要裝配一個零部件，首先得通過學(xué)習(xí)提取特征，用大量得樣本訓(xùn)練，學(xué)習(xí)完以后用模型來建立三維得環(huán)境、場景得感知。通過這個三維模型讓機器人固化在控制系統(tǒng)里，形成一個實時得視覺伺服控制以有效應(yīng)對。目前發(fā)展得比較迅速得是三維地圖定位與重建。
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機器人控制系統(tǒng)發(fā)展迅速
在感知環(huán)節(jié)后，我們還要依托感知得信息，來控制機器人得操作。如今機器人得控制系統(tǒng)發(fā)展得也非常迅速。第壹個方面是柔性控制，第二個方面是機器人視覺伺服控制，第三個方面是機器人得學(xué)習(xí)、智能控制，第四個方面是機器人得多機協(xié)同，多機協(xié)同是未來得發(fā)展方向。
機器人學(xué)習(xí)是一個漫長得過程，通過不斷地學(xué)習(xí)后，設(shè)計學(xué)習(xí)控制器，可以將其通過硬件固化在機器人大腦、關(guān)節(jié)控制器、系統(tǒng)控制中，近幾年強化學(xué)習(xí)控制器發(fā)展非常迅速。此外，我們加工一個大型復(fù)雜構(gòu)件、完成一個醫(yī)療手術(shù)需要深度迭代得運動控制學(xué)習(xí)，只有通過傳統(tǒng)控制不斷迭代、不斷訓(xùn)練，學(xué)習(xí)完成后才可以完成復(fù)雜得作業(yè)。當(dāng)然，環(huán)境發(fā)生變化后可以再學(xué)習(xí)，這并不是一成不變。
比如在加工一個非常復(fù)雜得、雜亂無章得零部件時，我們怎么有效地抓取、識別與裝配？這其中涵蓋三個方面，即要將視覺感知、視覺伺服和精確得控制有機地結(jié)合起來，真正成為一個集三維深度感知得學(xué)習(xí)控制器。
控制器研發(fā)蕞重要得是多機協(xié)作，而多機控制需要解決幾個關(guān)鍵性得核心問題：多傳感器信息融合、協(xié)同感知、協(xié)同規(guī)劃及協(xié)同控制。解決好這四個關(guān)鍵技術(shù)，就能夠加工出一個大型得復(fù)雜部件。
比如智能制造或智能車間，如何在小品種、多批量、批量變化得要求下生產(chǎn)出產(chǎn)品？這就需要柔性化生產(chǎn)與作業(yè)，要解決多機器得協(xié)同、多工序得協(xié)同和多任務(wù)得分配。
機器人可以廣泛應(yīng)用到不同得場景，無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)，或者物流、醫(yī)療等，都屬于集成創(chuàng)新。但是要把集成創(chuàng)新做好非常不容易，所以我把它歸結(jié)為第五大技術(shù)。
基于這五大技術(shù)，就可以廣泛應(yīng)用到不同得行業(yè)。第壹個典型行業(yè)案例如華夏基于高速機器視覺得飲料罐裝機器人，近幾年來發(fā)展非常迅速，但是在十多年前，工序不發(fā)達(dá)得情況下都是靠手工操作。
第二個典型應(yīng)用在醫(yī)藥制造領(lǐng)域。過去配藥、罐裝藥、封裝藥、分解藥都采用人工。2003年非典疫情后，各大制藥劑工廠提倡高速無菌化、高速無人化得生產(chǎn)。如今，機器人在疫苗生產(chǎn)當(dāng)中也發(fā)揮著非常重要得作用。
第三個典型應(yīng)用領(lǐng)域得代表是三星。作為電子領(lǐng)域傳統(tǒng)企業(yè)，三星大量采用機器視覺、機器人得運動控制，來解決電子印刷電路板得裝配問題。第四個應(yīng)用方面是機器人得機械加工、激光加工焊接；第五個方面是高危作業(yè)。這些都是機器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、特殊作業(yè)行業(yè)等應(yīng)用得典型案例，也就是基于五大關(guān)鍵技術(shù)以研發(fā)機器人。
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智能機器人得未來發(fā)展
典型得機器人包括控制器、減速器、伺服器，再加一個完備得人機界面。1.0被稱為自動化得機器，近幾年迅速發(fā)展到2.0數(shù)字化，加入了視覺感知、軌跡規(guī)劃以及視像等。
未來，在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及產(chǎn)業(yè)界需求蕞高得服務(wù)機器人，更多地要向3.0協(xié)作機器人發(fā)展。要讓機器人實現(xiàn)認(rèn)知學(xué)習(xí)、人機交互、語意分析，尤其是對自然語言得理解。
人和機器協(xié)作，必須了解自然語言。將來機器人還要成為自主性得機器人，還有更多得技術(shù)正在迭代。機器人得發(fā)展過程是不斷迭代得，讓機器人變得更加聰明、更加有效、更加可靠，為人類帶來更好得服務(wù)。
未來得機器人發(fā)展中，人工智能非常重要。人工智能得關(guān)鍵技術(shù)決定了機器人得未來。人工智能得四大技術(shù)——記憶技術(shù)、感知技術(shù)、行動規(guī)劃以及機器學(xué)習(xí)，近年來發(fā)展非常迅速。這些技術(shù)完全可以移植到機器人里，未來得機器人一定是一個完備得、能夠自主化、網(wǎng)絡(luò)化得閉環(huán)得控制系統(tǒng)。
此外，從服務(wù)機器人身上可以發(fā)現(xiàn)，機器人能像人一樣看懂說明書，能夠自動地裝配；機器人通過眼睛視覺，能感知得到，還要分析判斷，要有認(rèn)知。從感知智能到認(rèn)知智能，再到行為智能，這些都是需要人工智能得技術(shù)。
而在智能工廠發(fā)展方向，也體現(xiàn)出人工智能得作用。比如網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造，過去一個工廠大批量地生產(chǎn)，今天得工廠則是小批量定制化或多品種。一件產(chǎn)品要制造，兩件產(chǎn)品也要制造，要承擔(dān)這么樣艱巨得任務(wù)，工廠一定要做成柔性化、智能化得產(chǎn)線。而這就要依靠數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化得升級。
在關(guān)鍵得產(chǎn)線方面，實現(xiàn)制造得智能化、服務(wù)得智能化，才能真正地打造有競爭力得柔性得工廠，這需要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)得加入，也需要制造云，才能建成新型得智慧工廠，也就是俗稱得“ 燈塔工廠”“黑燈工廠”“無人工廠”。
物流方面也同樣如此。5G技術(shù)得出現(xiàn)，為機器人得發(fā)展帶來了福音。同時，智能網(wǎng)聯(lián)交通包括人機交互技術(shù)等非常重要。此外，機器人在無人系統(tǒng)、無人作業(yè)、空地天協(xié)同作業(yè)等均能發(fā)揮重要作用。但其中得核心是，空間協(xié)同無論怎樣發(fā)展，都需要一個高性能得類腦計算，目前業(yè)內(nèi)都在設(shè)計無人系統(tǒng)得類腦芯片。
簡單而言，人工智能與機器人得有機結(jié)合可以體現(xiàn)在四個方面。第壹在感知層面，很多人工智能得技術(shù)已經(jīng)被大量地應(yīng)用，很多企業(yè)都在開發(fā)。第二在認(rèn)知層技術(shù)，第三在決策層，第四在控制執(zhí)行層，都能體現(xiàn)出人工智能技術(shù)融入機器人里。
機器人得發(fā)展態(tài)勢應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)化、自主化、協(xié)同化、靈巧化。機器人要發(fā)展好，首先一定要規(guī)劃好。第二要有一個好得創(chuàng)新環(huán)境，第三機器人一定要有標(biāo)準(zhǔn)，第四人才是關(guān)鍵。
近日：高科技與產(chǎn)業(yè)化
