中科院制造的機(jī)器人發(fā)展水平如何?有哪些技術(shù)創(chuàng)新和市場應(yīng)用?日前,《中國科學(xué)報》記者走訪了從事機(jī)器人研發(fā)的中科院有關(guān)院所。
沈陽自動化所:中國機(jī)器人的搖籃
國際機(jī)器人聯(lián)合會的最新數(shù)據(jù)顯示,中國在2013年的工業(yè)機(jī)器人購買量是全球銷售量的1/5,在歷史上首次超過了以技術(shù)利用見長的日本。由于中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級及人工成本的上升,工業(yè)機(jī)器人需求正以前所未有的速度增長。談到機(jī)器人,不能不提中科院;談到中科院的機(jī)器人研發(fā),不能不提沈陽自動化所,而提到“沈自所”,中國工程院院士蔣新松則是一個關(guān)鍵人物。
從1980年開始任中科院沈陽自動化所所長14年來,蔣新松一直致力于我國自動化事業(yè)。特別是在機(jī)器人科研、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化方面,無論是水下機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人,還是特種機(jī)器人,他都取得了一系列開創(chuàng)性成果,由此被譽(yù)為“中國機(jī)器人之父”?!八俏覈鴻C(jī)器人的開拓者,也是自動化所機(jī)器人科研的奠基人。正因為有一批這樣的探索者,使我們機(jī)器人的研發(fā)水平以及產(chǎn)業(yè)化程度在國內(nèi)始終保持?jǐn)?shù)一數(shù)二的位置。”中科院沈陽自動化所副所長桑子剛這樣向《中國科學(xué)報》記者介紹。
7月,位于東北的沈陽氣候宜人。在該所的展館內(nèi),《中國科學(xué)報》記者看到了一場各式各樣的機(jī)器人秀。身高不足半米的“靈蜥”機(jī)器人像微型坦克一樣,有著一個大鋼爪,依靠兩條履帶行走,它是一種特殊的反恐防暴機(jī)器人,可以利用機(jī)械手和多功能工具包,接近疑似爆炸物進(jìn)行處理,其爬坡角度也可達(dá)到43度,可以通過有纜、無纜兩種方式進(jìn)行操作。
“自2002年起,這種機(jī)器人已經(jīng)在公安和武警部隊投入60多臺套,遍及全國20多個省市自治區(qū)。它具有全部的自主知識產(chǎn)權(quán)?!鄙W觿偨榻B。
看上去方頭方腦,有著兩條黃色履帶的機(jī)器人,在科研人員的操作下可以實現(xiàn)自由變形:兩個履帶一會兒合并成一排,一會兒變成兩條直線,一會兒其頭部佇立起來組成“D字”形,看上去頗有變形金剛的神采。
“這是我們研發(fā)的廢墟搜索可變形機(jī)器人,它可以根據(jù)環(huán)境改變自身的構(gòu)型,適應(yīng)更多地震廢墟。它能利用自身攜帶的紅外攝像機(jī)、聲音傳感器,將廢墟內(nèi)部的情況實時傳回后方控制臺?!鄙W觿偨榻B說,這種廢墟搜索機(jī)器人在四川蘆山地震的現(xiàn)場救援中首次使用,曾協(xié)助國家地震緊急救援隊完成了多處廢墟和危樓的生命搜索排查和災(zāi)情勘察任務(wù),有效提高了搜索救援行動的效率。
水下滑翔機(jī)、小型自治遙控水下機(jī)器人、深海調(diào)查型水下機(jī)器人……在沈陽自動化所的機(jī)器人水下試驗區(qū)域內(nèi),記者看到了更多機(jī)器人的現(xiàn)場演示。它們或許看上去沒有我們想象中的人類形狀外表,卻依然可以在水下進(jìn)行水文、聲學(xué)探測,完成科考和一些海洋事故的調(diào)查與處理。
讓中科院沈陽自動化所引以為豪的,還有該所的工業(yè)機(jī)器人。他們研發(fā)的移動機(jī)器人(AGV)系列產(chǎn)品占據(jù)了我國汽車整車裝配生產(chǎn)線的絕大部分市場,相關(guān)產(chǎn)品不斷出口美國等國外市場,“即使在2008年金融危機(jī)爆發(fā)的時候,我們的工業(yè)機(jī)器人出口量也在不斷攀升”?!澳壳?,我們正在大力發(fā)展仿生機(jī)器人。讓機(jī)器人變得更加智能,這是我們未來主攻的方向之一?!鄙W觿偛粺o自豪地說。 中科院自動化所:服務(wù)市場國家“兩不誤”
相比沈陽自動化所種類多樣的機(jī)器人,中科院自動化所研發(fā)的機(jī)器人類型也不遑多讓。他們曾經(jīng)承擔(dān)過國家基金委、科技部、工信部的多項與機(jī)器人相關(guān)的任務(wù),掌握了許多機(jī)器人研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。
中科院自動化研究所研究員王碩向《中國科學(xué)報》記者介紹,自動化所在控制器與自動焊接機(jī)器人方面有一定的優(yōu)勢,技術(shù)已相對成熟。“當(dāng)然,我們主要還是做理論、技術(shù)先導(dǎo)方面的研究,產(chǎn)業(yè)化仍需要依托企業(yè)來完成?!?
據(jù)了解,自動化所的機(jī)器人研發(fā)一部分以滿足市場需求為主,還有一部分則在于落實國家戰(zhàn)略要求。走進(jìn)實驗室,該所自主研發(fā)的醫(yī)療健康類服務(wù)型機(jī)器人引起了記者的注意。
一款血管介入手術(shù)機(jī)器人有著和人的小臂相似的高精度機(jī)器臂,它具備基于多數(shù)據(jù)融合的機(jī)器人定位與導(dǎo)航技術(shù),能用激光找準(zhǔn)手術(shù)點,“醫(yī)生如果不用這個機(jī)器人,需要用上百例動物實驗后才能找準(zhǔn)手術(shù)部位,有了這項技術(shù),就能夠通過機(jī)器臂感知血管位置和壓力,大大提高手術(shù)的準(zhǔn)確率。”王碩說。
看起來像一個大躺椅,有著舒適的坐墊、夸張的金屬“腳”,這其實是一個下肢康復(fù)機(jī)器人。它分為主動和被動兩種類型,如果下肢稍微有力氣,可以上下移動,機(jī)器人會順著這個節(jié)奏和頻率搖擺;如果下肢完全沒有力氣,機(jī)器人會自動擺動,進(jìn)而幫助患者鍛煉自己的下肢,達(dá)到早日康復(fù)的目的。
中科院自動化研究所精密感知與控制中心研究員徐德介紹,目前該團(tuán)隊在機(jī)器人領(lǐng)域的最新成果是異構(gòu)復(fù)雜零件的精密微裝配機(jī)器人。該機(jī)器人2011年開始研制,2013年底研制成功,基本達(dá)到美國國家點火裝置(NIF)的性能指標(biāo)?!八闹饕饔檬菍Χ喾N異構(gòu)復(fù)雜零件實現(xiàn)精密的立體裝配,應(yīng)用在軍方和工業(yè)領(lǐng)域的精密組件裝配上?!贝送?,該所研發(fā)的自動搬運機(jī)器人,已在亞馬遜公司天津運營中心穩(wěn)定運行一年以上,“我們把關(guān)鍵技術(shù)做好之后,企業(yè)進(jìn)一步做產(chǎn)品研發(fā),現(xiàn)在剛剛開始小規(guī)模研究。
中科院先進(jìn)制造技術(shù)研究所:鎖定服務(wù)與工業(yè)機(jī)器人
相比自動化所和沈陽自動化所,中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院先進(jìn)制造技術(shù)研究所的機(jī)器人研發(fā),主要鎖定服務(wù)和工業(yè)兩大機(jī)器人領(lǐng)域。
該所項目辦葉曉東介紹,該院的服務(wù)機(jī)器人包括老人服務(wù)機(jī)器人和類人型機(jī)器人等,主要應(yīng)用于未來中國的服務(wù)業(yè)。
目前,該所對老人服務(wù)機(jī)器人各組成單元及其信息處理、接口耦合、人機(jī)交互進(jìn)行了深入研究,使得整個機(jī)器人系統(tǒng)有機(jī)集成,突破了環(huán)境識別、自主行走等多項關(guān)鍵技術(shù)。
“它能夠拾取和遞送日常物品,陪老人聊天并進(jìn)行簡單的娛樂活動,還能對老人進(jìn)行監(jiān)護(hù),比如提醒老人按時服藥、鍛煉等。”葉曉東介紹,這項成果的綜合技術(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,為未來服務(wù)機(jī)器人大量進(jìn)入家庭奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
該所2013年研制出類人型機(jī)器人,該課題屬于中科院“一三五”重點培育方向。此款類人機(jī)器人也成為中國大陸唯一獲得參加美國國防部高級研究計劃局(DARPA)舉辦的“國際機(jī)器人挑戰(zhàn)賽”資格的項目。
目前,該所已在工業(yè)機(jī)器人方面全面開展與企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化合作?!艾F(xiàn)在勞動力的成本高價格貴,工業(yè)機(jī)器人不僅節(jié)約了成本,還能夠提升質(zhì)量,有的國外企業(yè)會對產(chǎn)業(yè)鏈上的機(jī)器人數(shù)目有要求,這就要求拓寬機(jī)器人的市場?!比~曉東介紹,研究所正積極與企業(yè)溝通,充分了解市場需求,以開發(fā)研制出市場迫切需要的機(jī)器人。事實上,這種產(chǎn)學(xué)合作已經(jīng)積累了成功的經(jīng)驗。2007年,有企業(yè)向該所反映需要鍛壓方面的機(jī)器人,科技人員隨即展開科研攻關(guān),一方面抓緊研究,另一方面不斷地完善技術(shù),整個項目一做就是7年。
葉曉東介紹,現(xiàn)有的鍛造設(shè)備廠廣泛用人工完成工件制坯、成型及沖孔工序中的取料和放料過程,不僅耗費人力、效率不高,且現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,對人工自身影響很大。該所開發(fā)的“鍛造自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)”突破了高溫環(huán)境下精確定位、多臺工業(yè)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)等核心關(guān)鍵技術(shù),通過工業(yè)機(jī)器人實現(xiàn)了制坯、成型和沖孔過程的全自動上下料、故障報警、顯示等功能,不僅顯著提高了生產(chǎn)效率,還大大提升了我國鍛造等金屬加工業(yè)的自主創(chuàng)新水平。 未來發(fā)展:領(lǐng)航仍須突破技術(shù)產(chǎn)業(yè)瓶頸
盡管中科院相關(guān)院所在機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域做出了很多國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的新技術(shù)創(chuàng)產(chǎn)品,相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化程度也已走在國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的前列,但受訪專家仍表示,中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要想在國際競爭中脫穎而出,仍需關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)以及成果產(chǎn)業(yè)化方面作更多努力。
目前,國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化較成功的案例是由中科院沈陽自動化所科研人員創(chuàng)建的新松機(jī)器人自動化股份有限公司。新松機(jī)器人的產(chǎn)品以工業(yè)機(jī)器人為主,產(chǎn)品成功出口全球13個國家和地區(qū),一舉改寫了中國機(jī)器人只有進(jìn)口、沒有出口的歷史,目前其企業(yè)市值超過150億元人民幣。梳理國內(nèi)其他機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè),很難找到擁有新松這樣技術(shù)背景和發(fā)展規(guī)模的企業(yè)。
相比中科院的其他院所,中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院在機(jī)器人研制方面起步較晚,但也不乏特色。2011年6月,該院首批研究員進(jìn)駐重慶兩江新區(qū),7月初開始機(jī)器人研究工作。
該院教授何國田向《中國科學(xué)報》記者介紹,研究院主要從事工業(yè)機(jī)器人及其自動化、水下機(jī)器人、無人智能車、手術(shù)機(jī)器人、助老助殘機(jī)器人等研發(fā)工作,目前已建立了國內(nèi)首個機(jī)器人檢測中心。
在部分專家看來,和國外相比,目前國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)上已達(dá)到與國外接近或相當(dāng)?shù)乃剑袊圃斓臋C(jī)器人在價格上沒有優(yōu)勢,在實用性、可靠性等方面也有所欠缺,因此,國外工業(yè)機(jī)器人壟斷我國機(jī)器人市場的局面短期內(nèi)將難以改變。葉曉東認(rèn)為,中國機(jī)器人面臨的問題主要是三大關(guān)鍵部件自主創(chuàng)新能力不足,與國外存在較大差距。而在產(chǎn)業(yè)化過程中,還存在產(chǎn)品穩(wěn)固性、批量生產(chǎn)和工程化等一系列技術(shù)問題。
“國內(nèi)有企業(yè)在某些關(guān)鍵部件上做得很好,但是這些企業(yè)沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈,不能有效發(fā)揮產(chǎn)業(yè)整體優(yōu)勢?,F(xiàn)在大家更多地關(guān)注眼前的利益,沒有意識到產(chǎn)業(yè)鏈完善后所帶來的巨大好處。所以下一步需要以企業(yè)為紐帶,把一些關(guān)鍵部件做得好的企業(yè)緊密聯(lián)系起來,逐步完善機(jī)器人創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈,為中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在未來國際競爭中贏得一席之地?!比~曉東說。
“我們的自動化做得很好,但是產(chǎn)業(yè)化這方面還是不行,應(yīng)用面很窄,這方面不是我們的強(qiáng)項,更是一塊難啃的硬骨頭?!敝锌圃鹤詣踊芯繂T徐德分析認(rèn)為,我國現(xiàn)階段機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的弱點在于關(guān)鍵部件的質(zhì)量跟不上,關(guān)鍵技術(shù)雖然已經(jīng)相對成熟,但是受到國產(chǎn)部件如減速機(jī)和運動臺的限制,做出來的機(jī)器人只能做到功能上類似于國外,但在耐用性上還難以達(dá)到要求。
何國田則表示,目前國內(nèi)機(jī)器人檢測方法、手段及裝配細(xì)節(jié)同國外有一定差距,而且市場被國外壟斷相關(guān)的研究與產(chǎn)業(yè)化情況一直以來并未引起有關(guān)方面的注意。
談到機(jī)器人未來的發(fā)展,徐德表示,原理上不是問題,關(guān)鍵在于怎么把智能部件有機(jī)集成起來。因為一些關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口,國家花了很大的力氣改進(jìn),國家投入很多經(jīng)費,“863”計劃就是其中一項,但還沒有完全解決。一旦這個問題解決了,他相信我國工業(yè)機(jī)器人會很快地打開市場。
“未來,應(yīng)該把應(yīng)用機(jī)器人和智能化結(jié)合起來,設(shè)計組合操作工具,加強(qiáng)集成化創(chuàng)新,形成以機(jī)器人為基礎(chǔ)的高端智能裝備?!毙斓陆o出了這樣的寄語。
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