机器人：创新勇立潮头 应用遍地开花

经过产、学、研、用各界的共同努力，中国机器人产业发展迈上了新的台阶，中国也成为全球机器人最大的应用市场。2021年，我国机器人全行业营业收入超过1300亿元。中国机械工业联合会机器人分会数据显示，我国工业机器人年销量连续9年位居世界首位。工业机器人、服务机器人、特种机器人正在各行各业的效率提升及安全生产中发挥作用，并更好地满足民众对美好生活和个性化服务的需要。 　　各行各业大显身手 　　在新松机器人的调试装配车间，最早可追溯到上世纪90年代的“老大哥”——汽车底盘合装机器人，托举起汽车底盘的前桥和后桥，紧密追随吊装车身完成动态安装。与此同时，刚刚发布的“新朋友”星卫来工业清洁机器人，在移动机器人控制系统的指挥下灵活避障，还能“礼让”与它发生干涉的其他机器人。 　　工业机器人是智能制造的基石。2021年，我国工业机器人产量达36.6万台，比2015年增长了10倍，应用覆盖国民经济60个行业大类、168个行业中类，稳居全球第一大工业机器人市场。2021年我国制造业机器人密度达到每万人超300台，比2012年增长约13倍。 　　在3月2日举办的北京2022年冬残奥会火种汇集暨火炬传递起跑仪式中，身披“钢铁战衣”的火种汇集选手邵海朋吸引了现场媒体和观众的注意。邵海朋曾因高空坠落导致截瘫，只能借助轮椅出行。在外骨骼机器人的辅助下，邵海朋不仅能够独立行走，还打破了穿戴外骨骼机器人行走马拉松的世界纪录。在3月4日北京首钢园区的冬残奥火炬传递中，“全国三八红旗手”杨淑亭也通过外骨骼机器人实现行走，传递了当日上午的第二棒火炬。 　　据悉，这些外骨骼机器人由大艾机器人提供。 　　“邵海朋穿戴的是大艾新一代AI外骨骼机器人，其关键技术在于传感器优化分布及多传感器信息融合技术基础上开发的AI算法和传感网络技术，实时判断使用者的运动意图，识别多部位的细节变化并做出步态反应，辅助使用者‘随心而动’，实现快走、慢走任意切换。该技术还可以根据地面特征和周边地形环境变化，提供匹配使用者自身能力的运动助力，帮助使用者调整肌肉发力和掌控步态姿势，实现上下楼梯、上下坡等较为复杂的动作。”大艾机器人董事长、北京航空航天大学教授帅梅向《中国电子报》记者指出。 
图为大艾机器人的外骨骼机器人产品 　　在人力成本逐步提升的背景下，机器人的发展势头也从制造业蔓延到社会经济的方方面面。通过“机器人+医疗”“机器人+物流”“机器人+商用”“机器人+农业”“机器人+建筑”“机器人+制造”“机器人+矿山”等，机器人已成为助推各行各业数字化升级的重要作用。 　　在千行百业落地开花的同时，服务机器人也在走入寻常百姓家。美的AI创新中心推出的家用服务机器人，可以接入IoT设备成为智能家居中控，并提供日程提醒等助理服务和投影等娱乐服务。深圳市人工智能行业协会数据显示，中国家庭服务机器人的市场规模已经从2013年的9.6亿元成长至2020年的114.6亿元，复合年增长率达42.5%。 　　中国家庭服务机器人市场规模情况 
数据来源：深圳市人工智能行业协会 　　“我国走出了一条以‘机器人+应用’深耕优势行业，带动技术突破、迭代升级产品、提升产业规模的创新发展路径。”国家智能制造专家咨询委员会专家委员、国家智能制造标准化专家咨询组专家成员郝玉成向《中国电子报》表示：“从最初开发应用的扫地机器人，到现在机器人在餐饮、教育、医疗、物流等领域广泛应用，我国的服务机器人产业蓬勃发展，不仅改善和提高着我们的生活质量，未来的前景更加令人期待。” 　　产业链条加速完善 　　目前，我国基本形成了从零部件到整机再到集成应用的全产业链体系，整机研发及批量制造能力不断增强，产业链应变能力和协同发展能力持续提升。 　　“机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。我国机器人产业技术水平进一步提升，技术研发从最初的机器人的单项技术攻关到现在系统技术的突破，在精密减速器、智能控制器、实时操作系统等核心技术研发上取得了重要进展。”郝玉成说。 　　赛迪顾问智能装备产业研究中心总经理张凌燕向记者指出，在关键零部件及软件领域，我国谐波减速器的制造技术实现突破、总产能快速增长，控制器、伺服驱动系统等多种产品性能不断优化。在本体制造环节，我国大负载多关节工业机器人性能持续提高，协作机器人等产品实现了从“跟跑”到“领跑”的突破，家用服务机器人产品增势强劲，骨科手术机器人等医疗机器人加快临床应用，矿业机器人、危险环境作业机器人等产品开发走在世界前列。在系统集成领域，我国工业机器人系统集成产品不断深入细分场景，有力地支撑了工业经济的快速发展。 　　据悉，目前机器人行业内已经有101家专精特新“小巨人”企业，主营业务涵盖伺服电机、减速机、控制器、传感器等关键零部件，工业软件、机器视觉、系统集成等软件技术，机器人整机等产业链关键环节。 　　与此同时，中国企业加快“走出去”步伐，积极进行全球化布局，合作建立研发中心，减速器、伺服电机等核心零部件企业成功进入国际头部企业供应链体系，合作广度和深度不断拓展。 　　技术创新勇立潮头 　　在央视2021牛年春晚的舞台上，身披中国红和金色祥云纹路的“拓荒牛”机器人迎歌起舞，与演员共同带来创意表演《牛起来》。据悉，“拓荒牛”由优必选科技研发。早在2016年，优必选研发的540台Alpha 1S机器人在春晚登台齐舞，这些双足仿人形机器人拥有16个关节自由度，机器人之间的同步误差达到毫秒级别的处理能力，在灵活模仿人类肢体动作的同时保持了动作的整齐划一。相比身长39.8厘米的Alpha 1S，“拓荒牛”本体站立身高83cm、重60kg，最大负重达到15kg。为满足春晚表演需要，优必选团队攻克了力控关节、运动控制算法、自主定位导航算法等技术，并基于自主研发的高精度高带宽伺服驱动器和高性能实时控制器，让“拓荒牛”的头部、四足、尾巴足够灵活，呈现出科技感十足的表演。 　　近年来，在产、学、研、用的协同攻关下，我国机器人产业在关键核心技术上持续取得进展，信息感知与导航、多任务规划与智能控制等共性技术取得突破，仿生感知与认知、电子皮肤等前沿技术取得部分原创性成果。 　　在强化研发和创新能力的过程中，国内机器人企业及机构也从多学科交叉和多技术融合的角度，持续推动机器人产业的产业转型升级和跨越式发展。 　　随着智能化水平的提升与行业应用的不断深入，机器人越来越强调多学科的结合。中国工程院院士赵春江表示，农业机器人不是农业的问题，也不单纯是工业问题，而是多学科交叉的问题，包括材料问题、计算科学、智能科学、农业科学等。国内企业在推出、迭代机器人产品的过程中，也越来越注重多学科协同的创新研发。 　　以大艾机器人为例，帅梅向记者表示，下肢外骨骼康复机器人涉及人体生物力学、人体工程学等众多学科，涵盖传感、控制、机械动力、人机交互、工业设计等领域。“由于下肢外骨骼机器人机械的复杂性、原材料、设备广谱性、驱动关节、训练模式、AI传感关键技术创新等因素，导致外骨骼机器人研发投入成本高昂，目前我们通过优化供应链和产品工艺攻克技术成本，依托于自主研发的独家技术，通过一种独特的机械传动方式的传动链设计，现已将制造成本降低了十倍左右。”帅梅说。 　　新一代信息技术与机器人深度融合，让机器人在更多场景、更大范围显身手。北京积水潭医院远程实施“5G+骨科手术机器人”全膝关节置换手术，为远在1000公里外的患者完成了全膝关节置换。南京江北新区研创园企业超级队长联合南机智农研究院研发的“5G+AR”科技智能消杀机器人，让操作者“身临其境”地远程控制移动、自动喷洒消毒，实现远程安全作业…… 　　“北京冬奥会诞生了很多优秀的技术融合应用案例，例如以AI技术为主导的各式服务机器人广泛应用在冰壶比赛、手语转播、智慧餐厅等公共服务场景，覆盖从防疫巡检、赛事服务到日常生活的‘闭环’，在世界舞台展现出我国机器人产业发展的丰硕成果。”张凌燕说。 　　“机器人产业发展越来越显示出战略新兴产业的特征。市场更加青睐有前景的智能机器人、服务机器人、特殊机器人‘赛道’，机器人行业内的专精特新‘小巨人’企业，将以新模式、新业态，加快我国机器人新产业的高质量发展。”郝玉成说。