服務(wù)機(jī)器人
服務(wù)機(jī)器人
服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員,可以分為專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域服務(wù)機(jī)器人和個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人,服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣,主要從事維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合(InternationalFederationofRobotics,IRF)的定義,服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人,它能幫助人類(lèi)完成除生產(chǎn)制造加工過(guò)程以外的設(shè)備。服務(wù)機(jī)器人包括專(zhuān)用服務(wù)機(jī)器人(ProfessionalServiceRobot)和家用服務(wù)機(jī)器人(DomesticUseRobot)。其中專(zhuān)用服務(wù)機(jī)器人是指在特殊環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人,如核電站事故檢測(cè)與處理機(jī)器人、極地科考機(jī)器人、反恐防暴機(jī)器人、軍用機(jī)器人、救援機(jī)器人等;家用服務(wù)機(jī)器人是指服務(wù)于人的機(jī)器人,如助老助殘機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、清潔機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、教育娛樂(lè)機(jī)器人等。
服務(wù)機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人的區(qū)別在于工業(yè)機(jī)器人是指應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程與環(huán)境的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人通常工作在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下,在中代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)。國(guó)家科技部十分重視工業(yè)機(jī)器人研發(fā),先后從工業(yè)機(jī)器人高附加關(guān)鍵功能部件進(jìn)行部署,重點(diǎn)包括精密減速器、電機(jī)與伺服、嵌入式控制器等,與此同時(shí)結(jié)合中國(guó)國(guó)情,從量大面廣經(jīng)濟(jì)型的工業(yè)機(jī)器人成套產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了布局,重點(diǎn)包括物流、碼垛、服務(wù)等搬運(yùn)型機(jī)器人,焊接、機(jī)械、修磨、注塑等加工型機(jī)器人等。與工業(yè)機(jī)器人相比,服務(wù)機(jī)器人技術(shù)主要應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,能夠根據(jù)自身的傳感器與通過(guò)通信,獲得外部環(huán)境的信息,從而進(jìn)行決策,完成相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)。
在服務(wù)機(jī)器人重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)研究中,計(jì)劃從標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化以及可互換性等方面,進(jìn)一步部署制約我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的伺服電機(jī)、傳感器、高性能減速器等核心部件的研究與攻關(guān),實(shí)現(xiàn)機(jī)器人模塊化核心功能的國(guó)產(chǎn)化,一方面有效地降低工業(yè)機(jī)器人成本,推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。另一方面可以進(jìn)一步促進(jìn)服務(wù)機(jī)器人的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)品成熟。
數(shù)據(jù)顯示,目前,世界上至少有48個(gè)國(guó)家在發(fā)展機(jī)器人,其中25個(gè)國(guó)家已涉足服務(wù)型機(jī)器人開(kāi)發(fā)。在日本、北美和歐洲,迄今已有7種類(lèi)型計(jì)40余款服務(wù)型機(jī)器人進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和半商業(yè)化應(yīng)用。服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域各類(lèi)熱門(mén)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。特種作業(yè)機(jī)器人的熱門(mén)產(chǎn)品主要有:極限作業(yè)機(jī)器人、反恐防暴機(jī)器人、應(yīng)急救援機(jī)器人、偵察機(jī)器人、作戰(zhàn)機(jī)器人以及戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)輸機(jī)器人等;醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人的熱門(mén)產(chǎn)品主要有:微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人、血管介入機(jī)器人、肢體康復(fù)機(jī)器人、人工耳蝸、智能假肢等;家政服務(wù)與教育娛樂(lè)機(jī)器人的熱門(mén)產(chǎn)品主要有:清潔機(jī)器人、教育娛樂(lè)機(jī)器人、信息服務(wù)機(jī)器人等。
一、我國(guó)服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)十分重視服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展,《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中明確指出將服務(wù)機(jī)器人作為未來(lái)優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略高技術(shù),并提出“以服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用需求為重點(diǎn),研究設(shè)計(jì)方法、制造工藝、智能控制和應(yīng)用系統(tǒng)集成等共性基礎(chǔ)技術(shù)”。“十一五”期間,通過(guò)全面實(shí)施國(guó)家863計(jì)劃、973計(jì)劃、科技支撐計(jì)劃,安排部署了一批服務(wù)機(jī)器人科技項(xiàng)目,促進(jìn)服務(wù)機(jī)器人在公安安全、助老助殘、醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展,提高了我國(guó)服務(wù)機(jī)器人研究與應(yīng)用水平,為和諧社會(huì)的發(fā)展提供了有力支撐?!笆濉狈?wù)機(jī)器人重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)將安排公共安全機(jī)器人、仿生機(jī)器人平臺(tái)、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人和模塊化核心部件等4個(gè)方面任務(wù)。公共安全機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)公共安全、能源維護(hù)服務(wù)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等工程化應(yīng)用,滿(mǎn)足國(guó)家安全戰(zhàn)略需求;仿生機(jī)器人平臺(tái)和醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人,建立高端科技引領(lǐng)研發(fā)系統(tǒng),提高國(guó)際綜合競(jìng)爭(zhēng)力;模塊化核心部件,滿(mǎn)足我國(guó)應(yīng)用需求,支撐服務(wù)機(jī)器人新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
近年來(lái),全球服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)保持較快的增長(zhǎng)速度,根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟的數(shù)據(jù),2010年全球?qū)I(yè)領(lǐng)域服務(wù)機(jī)器人銷(xiāo)量達(dá)13741臺(tái),同比增長(zhǎng)4%,銷(xiāo)售額為320億美元,同比增長(zhǎng)15%;個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人銷(xiāo)量為220萬(wàn)臺(tái),同比增長(zhǎng)35%,銷(xiāo)售額為5.38億美元,同比增長(zhǎng)39%。據(jù)國(guó)外最新權(quán)威預(yù)測(cè),全球個(gè)人/家用機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模將由2009年的8870萬(wàn)臺(tái),增加到2010-2013年將達(dá)到1140萬(wàn)臺(tái);服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)值將由2010年的約171億美元,增加到2025年的517億美元。同時(shí),我國(guó)潛在巨大市場(chǎng)急待開(kāi)發(fā)?,F(xiàn)階段,我國(guó)在應(yīng)對(duì)地震、洪澇災(zāi)害和極端天氣,以及礦難、火災(zāi)、社會(huì)安防等公共安全事件中,對(duì)服務(wù)機(jī)器人有著重要的需求。同時(shí),人口老齡化趨勢(shì)加快,截至2009年底,60歲以上的老齡人口已達(dá)1.67億,預(yù)計(jì)到2015年,這一數(shù)字將達(dá)到2億;殘疾人群龐大,2006年殘疾人總數(shù)為8296萬(wàn),占人口總數(shù)的6.34%,有殘疾人的家庭共7000多萬(wàn)戶(hù),涉及2.6億家庭人口。此外,醫(yī)療與教育需求旺盛,這些因素將使得我國(guó)有望形成全球最大的服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)。
另外一個(gè)方面,全球人口的老齡化帶來(lái)大量的問(wèn)題,例如對(duì)于老齡人的看護(hù),以及醫(yī)療的問(wèn)題,這些問(wèn)題的解決帶來(lái)大量的財(cái)政負(fù)擔(dān)。由于服務(wù)機(jī)器人所具有的特點(diǎn)使之能夠顯著的降低財(cái)政負(fù)擔(dān)。因而服務(wù)機(jī)器人能夠被大量的應(yīng)用。
我國(guó)在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的研發(fā)與日本、美國(guó)等國(guó)家相比起步較晚。在國(guó)家863計(jì)劃的支持下,我國(guó)在服務(wù)機(jī)器人研究和產(chǎn)品研發(fā)方面已開(kāi)展了大量工作,并取得了一定的成績(jī)。在公共安全機(jī)器人、仿生機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人等服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域取得了一批研究成果,如反恐排爆機(jī)器人已經(jīng)成功應(yīng)用于北京2008奧運(yùn)會(huì)以及2010亞運(yùn)會(huì);消防滅火機(jī)器人和排煙機(jī)器人有近60臺(tái)在全國(guó)20多個(gè)省市的消防部隊(duì)中服役;仿人機(jī)器人技術(shù)水平顯著提高;醫(yī)療外科手術(shù)機(jī)器人成功實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用上千例,主動(dòng)控制智能藥丸口已開(kāi)始批量應(yīng)用等。在服務(wù)機(jī)器人模塊化共性技術(shù)研究方面取得一定研究成果,攻克了機(jī)器人控制器、交流伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器等部分制約我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)器人關(guān)鍵功能部件,制定了一批機(jī)器人模塊化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
二、我國(guó)服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的主要差距和不足
目前,我國(guó)服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展還存在諸多差距與不足,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.自主研發(fā)能力落后于世界先進(jìn)水平
在前沿技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)方面,我國(guó)大多屬于跟蹤研究,缺乏創(chuàng)意理念和原創(chuàng)性成果;在集成技術(shù)方面,我國(guó)雖可實(shí)現(xiàn)原型樣機(jī)集成,但在關(guān)鍵零部件與可靠性方面與國(guó)外相差5-10年;在設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面,我國(guó)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料與工藝技術(shù)、系統(tǒng)集成水平與國(guó)外存在較大差距。
2.產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)現(xiàn)象較為嚴(yán)重
我國(guó)服務(wù)機(jī)器人的研究主要集中在高校和少數(shù)研究所,企業(yè)新型產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新能力有限,產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。
3.創(chuàng)新體系建設(shè)尚處于起步階段
我國(guó)服務(wù)機(jī)器人在戰(zhàn)略規(guī)劃、研發(fā)平臺(tái)、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)制訂、市場(chǎng)培育、國(guó)際合作、財(cái)稅金融政策扶持等創(chuàng)新體系建設(shè)的許多環(huán)節(jié)上明顯滯后,尚處于起步階段。
三、我國(guó)服務(wù)機(jī)器人工作的重點(diǎn)任務(wù)
服務(wù)機(jī)器人重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)的重點(diǎn)布局立足在服務(wù)于國(guó)家安全與裝備、服務(wù)于國(guó)家民生科技、服務(wù)于未來(lái)引領(lǐng)科技平臺(tái)。科技研發(fā)方向的重點(diǎn)布局在重大前沿技術(shù)與原理創(chuàng)新、重大核心關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)支撐。將重點(diǎn)圍繞以下幾方面的任務(wù)進(jìn)行部署。
1.開(kāi)展前沿高技術(shù)探索研究
前沿高技術(shù)的探索研究是推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)不斷向前發(fā)展主要?jiǎng)恿?,主要包括:仿生材料與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)器一體化設(shè)計(jì),非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的動(dòng)力學(xué)與智能控制,精密微/納操作,生機(jī)電激勵(lì)與控制,多自由度靈巧操作,非結(jié)構(gòu)環(huán)境認(rèn)知與導(dǎo)航規(guī)劃,故障自診斷與自修復(fù),人類(lèi)情感與運(yùn)動(dòng)感知理解,人類(lèi)語(yǔ)義識(shí)別與提取,記憶和智能推理,多模式人機(jī)交互,多機(jī)器人協(xié)同作業(yè),集成設(shè)計(jì)軟件等。
2.開(kāi)展產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)研究
產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)是推動(dòng)服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要力量,主要包括:產(chǎn)品創(chuàng)意與性能優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),模塊化/標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、高性能、低成本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制器等核心零部件制造技術(shù),高功率密度能源動(dòng)力技術(shù),信息識(shí)別與宜人化人機(jī)交互技術(shù),人機(jī)共存安全技術(shù),系統(tǒng)集成與應(yīng)用技術(shù),性能測(cè)試規(guī)范與維護(hù)技術(shù)等。
3.推進(jìn)國(guó)家公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用
圍繞國(guó)家公共安全領(lǐng)域的重大需求,專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)推進(jìn)以下相關(guān)機(jī)器人技術(shù)的研究開(kāi)發(fā):安全與救災(zāi)服務(wù)機(jī)器人(如:面向地震、火災(zāi)、水災(zāi)等的救災(zāi)機(jī)器人,反恐排爆機(jī)器人,危險(xiǎn)搬運(yùn)與維護(hù)檢修機(jī)器人等),能源維護(hù)服務(wù)機(jī)器人(如:核電站監(jiān)測(cè)、缺陷修復(fù)、拆裝、救援等遙控機(jī)器人、電力巡線檢測(cè)與檢修機(jī)器人、電站安全監(jiān)控機(jī)器人等),軍民兩用服務(wù)機(jī)器人(如:大型高速全地域越野移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái),大型變結(jié)構(gòu)海空航行器平臺(tái),核生化防護(hù)與作業(yè)機(jī)器人平臺(tái))等。
4.推進(jìn)國(guó)家民生科技領(lǐng)域應(yīng)用
圍繞人工器官,將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)人工視覺(jué)、人工耳蝸、人工心臟、智能假肢等;圍繞醫(yī)療康復(fù),將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)微創(chuàng)外科機(jī)器人、精密血管介入機(jī)器人、肢系統(tǒng)體康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)、重大疾病預(yù)警及診斷微系統(tǒng)等;圍繞家政服務(wù),將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)輔助高齡老人與殘障人移動(dòng)護(hù)理監(jiān)控機(jī)器人、家庭生活清潔機(jī)器人、教育娛樂(lè)機(jī)器人、兩輪自平衡電動(dòng)代步車(chē)等機(jī)器人。
5.推進(jìn)新興技術(shù)領(lǐng)域的探索
圍繞高端仿生技術(shù),將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)仿人形機(jī)器人、高負(fù)載高穩(wěn)定高速機(jī)動(dòng)仿生騾子、適應(yīng)多環(huán)境的自變形模塊化機(jī)器人等;圍繞微納系統(tǒng)技術(shù),將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)介入人體或血管的微納米機(jī)器人、腦生肌電認(rèn)知與智能假肢控制技術(shù)等;圍繞模塊標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)技術(shù),將重點(diǎn)研究模塊標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu),開(kāi)源機(jī)器人控制與軟件系統(tǒng),模換性功能部件(傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制器等),接口協(xié)議等。
6.大力培育產(chǎn)業(yè)試點(diǎn)
緊密結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展,建立以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟,支持服務(wù)機(jī)器人區(qū)域性產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的建設(shè),加強(qiáng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民營(yíng)企業(yè)的支持力度,鼓勵(lì)優(yōu)勢(shì)企業(yè)的品牌運(yùn)作和資本運(yùn)作。接納全球服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,通過(guò)對(duì)國(guó)際先進(jìn)研發(fā)技術(shù)、創(chuàng)意理念和運(yùn)營(yíng)模式的消化吸收,帶動(dòng)本土中小企業(yè)集群的跨越式發(fā)展,促進(jìn)我國(guó)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步增長(zhǎng)。以市場(chǎng)為導(dǎo)向,以企業(yè)為主體,以規(guī)?;瘧?yīng)用為目標(biāo),建立重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)和應(yīng)用示范區(qū);實(shí)施應(yīng)用示范工程,引入風(fēng)險(xiǎn)投資,推進(jìn)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
7.加強(qiáng)研發(fā)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)
建立高層次技術(shù)研發(fā)平臺(tái),攻克關(guān)鍵核心技術(shù),建立高層次研
發(fā)平臺(tái),加大對(duì)服務(wù)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)的支持力度。建立公共服務(wù)平臺(tái),攻克應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù),建立服務(wù)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等共享技術(shù)公共服務(wù)平臺(tái),通過(guò)創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合機(jī)制和示范應(yīng)用,推進(jìn)成熟技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
8.推進(jìn)自主標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)
加快推進(jìn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè),重點(diǎn)建立若干服務(wù)機(jī)器人硬件接口標(biāo)準(zhǔn)、軟件接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及安全使用標(biāo)準(zhǔn),初步形成針對(duì)這些行業(yè)的服務(wù)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系。以“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合”的原則,優(yōu)先研究和制訂服務(wù)機(jī)器人基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn),初步建立擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的服務(wù)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系,鼓勵(lì)企業(yè)和科研院所參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制訂,為推進(jìn)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品走向國(guó)際市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。
9.培養(yǎng)高素質(zhì)人才
建立服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域科研人才專(zhuān)家?guī)欤⒔∪?wù)機(jī)器人科技人才激勵(lì)機(jī)制,優(yōu)化創(chuàng)新人才成長(zhǎng)環(huán)境,著力培養(yǎng)一批高水平科研帶頭人。引進(jìn)高層次人才。加大對(duì)留學(xué)人才回國(guó)的資助力度,提高從事服務(wù)機(jī)器人研究與開(kāi)發(fā)領(lǐng)軍人才引進(jìn)的支持力度,引進(jìn)和培養(yǎng)能夠承擔(dān)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大項(xiàng)目的高層次人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。
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