央廣網(wǎng)科技10月21日消息 10月21日，2016世界機器人大會進入論壇時間，共3天主論壇與22場專題論壇。邀請了全球近300位機器人領(lǐng)域知名專家及企業(yè)領(lǐng)袖，就機器人前沿科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)展路線及戰(zhàn)略政策制定等問題開展高水平的學(xué)術(shù)交流和探討。中國華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院院長丁漢院士首先進行了題為“共融機器人的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)”的演講。

　　丁漢表示，未來機器人將有3個特征：1.機器人與環(huán)境的共融，2.機器人與人之間的協(xié)同，3.機器人與機器人之間的共融，并指出將來機器人可能有多模態(tài)傳感、更加理解人類需求。

　　以下是演講實錄：

　　大家知道，機器人自從1959年誕生以來在各方面都取得了很大的應(yīng)用，特別是在汽車工業(yè)，近年來在康復(fù)醫(yī)療、國防、太空探索以及自然勘探方面都得到了很好的應(yīng)用。人類發(fā)明機器人的目的最早是代替人，然后發(fā)展到服務(wù)人，將來是擴展人，就是可以從人類發(fā)展過程當(dāng)中看出來最早是在一些惡劣的、極端的環(huán)境之下代替人，然后慢慢地為人服務(wù)，擴展出了一些新的功能。

　　現(xiàn)實當(dāng)中的機器人和我們的期望值有很大的差距，例如工業(yè)機器人，目前大多在一些結(jié)構(gòu)化的環(huán)境當(dāng)中工作，在線傳感能力都是比較差的，服務(wù)機器人目前還只能完成一些簡單的任務(wù)，特種機器人都是需要遙操作來完成特定的工作。所以可以看出，現(xiàn)實當(dāng)中的機器人和我們?nèi)祟惖南胂襁�有很大的差距。

　　最早的機器人在五十年代就是一個Manipulator，慢慢地隨著模擬傳感器的發(fā)展開始進行一些自主的決策，然后又開始做一些群體的智能，剛開始是簡單的工業(yè)機器人，慢慢地開始進行復(fù)雜的交互。未來的機器人操作的環(huán)境可能會和操作者更加協(xié)同來完成這樣復(fù)雜的工作，所以未來機器人會有這樣幾個特征。

　　這是未來的一個趨勢，就是機器人環(huán)境的適應(yīng)，還有機器人和機器人之間的協(xié)同，比如多機器人可以進行協(xié)同工作，完成一個復(fù)雜的任務(wù)。實際上多機器人可以協(xié)同，單機器人可以自主，這也是未來的一個方向。還有就是機器人和人的協(xié)同，這是英國的機械手，可以看到假手和人手進行協(xié)同。以前我們都是剛的機器人，慢慢地可能發(fā)展到剛軟機器人�？梢钥吹胶腿私换サ臅r候剛度的變化，還有人機交互的動力學(xué)，這也是未來機器人研究面臨的第一個挑戰(zhàn)。面臨的第二個挑戰(zhàn)就是對人的信號怎么理解，尤其是多模態(tài)的信號在動態(tài)環(huán)境下的表現(xiàn)，還有人的機電信號怎樣進行交互，這也是和人互動必須進行的相關(guān)研究。

　　作為群體智能，一個很重要的標(biāo)志就是個體之間有自立、群體之間有合作，需要研究群體智能的機理以及分布式的操作系統(tǒng)能夠?qū)�機器人所有的資源進行有效的管理。正是在這樣的前提之下，很多專家進行了近兩年的研討，最后基金委重大研究計劃正式發(fā)布了，希望能夠?qū)ξ磥頇C器人的這三個特點做一些理論上的研究，也為機器人的研究提供后續(xù)發(fā)展的動力。這個計劃叫做共融機器人，這個英文翻譯經(jīng)過了仔細的考慮，主要具有三個特征：要是在一起Co-existing，就把機器人從一個被動的角色變成Partner的角色，機器人和人之間形成這樣一個系統(tǒng)。

　　為了實現(xiàn)這樣一個目標(biāo)，無論是對機構(gòu)、傳感還是操作系統(tǒng)都提出了很大的挑戰(zhàn)，將來機器人可能是一個剛?cè)彳浀呐己辖Y(jié)構(gòu)，可能會有無限多的自由度。傳感不一定是單模態(tài)，可能是多模態(tài)，另外對人的信號理解也會很重要。還有一個特點就是群體智能，單個的群體智能和多個的協(xié)同，還有怎樣能夠滿足這樣一個合作任務(wù)。我們研究最主要的核心問題是要從機器人最原始的三個部分，就是結(jié)構(gòu)、感知、控制開展研究，支撐下一代或者未來機器人的可持續(xù)發(fā)展。這里主要是機構(gòu)方面更加強調(diào)剛?cè)彳�，傳感方面強調(diào)多模態(tài)，分布式要有自己的機器人操作系統(tǒng)和相關(guān)規(guī)則的制定。

　　中國機器人未來的發(fā)展離不開基礎(chǔ)理論的支撐，希望圍繞著共融機器人開展一些研究，也希望通過這個進行多學(xué)科的交叉。當(dāng)然，我們有兩個考慮：一個是瞄準(zhǔn)了機器人的國際學(xué)術(shù)前沿，大家知道最近軟體機器人和群體機器人的工作開展了很多。因為我們是一個制造大國，可能要瞄準(zhǔn)三個很重要的方向，就是制造業(yè)、康復(fù)和國防安全方面。我們需要研究剛?cè)彳洐C器人的機構(gòu)學(xué)和動力學(xué)，還要研究人和機器人之間的自然交互，這里牽涉到傳感以及學(xué)習(xí)原理，還有操作系統(tǒng)和群體智能，希望能夠在分布式框架之下對機器人進行自動操作，還有多機器人的協(xié)同和智能控制。

　　機器人重大研究計劃有三個代表性的成果：第一是在機器人加工方面，第二是在康復(fù)方面，第三是在操作系統(tǒng)方面，這是我們重大研究計劃的定位。我們認(rèn)為將來可能會出現(xiàn)一些能工巧匠的機器人，尤其是在一些大型零件和復(fù)雜曲面，將來的機器人可能會出現(xiàn)一些能工巧匠。當(dāng)然，機器人本體的性能要好，另外機器人要有一些AI和Learning Organism�？祻�(fù)方面要有一些聰明和體貼的機器人，就是能夠準(zhǔn)確理解人的意圖，可以和人非常和諧地在一起。還有就是特種機器人方面能夠進行不同跨度的協(xié)作，完成一些特定的用途。

　　重大研究計劃的執(zhí)行期是2014年到2024年，總共是八年時間，投入是兩個億的人民幣。這個項目會分三類：一種是一般性的項目，還有一種是重點項目、探索項目和集成項目，每個項目的強度大概是80萬元、350萬元到2000萬元的標(biāo)準(zhǔn)。我們也有5%的項目和國際上的機器人機構(gòu)進行合作，希望有些高水平的機器人研討會以及這樣的雜志。我們發(fā)起了智能機器人應(yīng)用的國際會議，這個會議開到了第十屆，也為我們機器人研究提供了一個平臺。同時明年我們也發(fā)布了一個智能機器人和應(yīng)用的雜志，希望有些成果在雜志上發(fā)表。

　　下面和大家匯報的是機器人加工的一些挑戰(zhàn)。

　　大家可以看到，機器人最早是用作Manipulator，變成Machining就要有一個精度，需要有一個實時校正。這種大型的風(fēng)電葉片和汽輪機葉片，針對這種零件的加工優(yōu)勢就會慢慢地顯示出來。因為這樣大的零件要用機床加工的話成本非常之高，可能要三五千萬人民幣，但是機器人靈活配置可以完成大型結(jié)構(gòu)件的加工。這個方面歐盟做了很多工作，幾個計劃都是和機器人加工相關(guān)的，他們提出了一個明確的目標(biāo)，就是實現(xiàn)50MU的加工精度，個人認(rèn)為這個計劃還是非常有挑戰(zhàn)性的。

　　我們認(rèn)為機器人加工有這樣幾個特點：首先是可以在一個很大的工作空間里面進行配置，然后是能夠非常容易地集成一些傳感信息，所以機器人加工可以說是Multi-Sensor的系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)里面機器人的加工應(yīng)該可以表現(xiàn)出很多的優(yōu)勢。螺旋槳加工是典型的機器人車輛加工操作一體化，因為要先對它進行測量再進行匹配，還要進行這樣的Machining。

　　當(dāng)然，機器人加工也會面臨很多挑戰(zhàn)，比如精度太低，只有0.3毫米，高級機床可以達到微米以下，剛度和機床相比也有很大的差距，1MU里面是1牛頓，機床是50牛頓。但優(yōu)點就是靈活配置，所以機器人加工可以作為機床加工的互補，機床還是作為主流，對于一些大型的零件機器人加工有它的優(yōu)點。

　　研究機器人加工就有一些基礎(chǔ)理論問題必須解決，包括道具路徑的產(chǎn)生和Dynamic Model，還有過程的控制，這個工作必須仔細研究。中國機器人的發(fā)展將來要進一步突破的話，只有在基礎(chǔ)理論上形成我們自己的一套理論體系才能支撐這個行業(yè)可持續(xù)健康的發(fā)展。

　　如何使機器人進行加工？很重要的就是標(biāo)定和集成，需要進行這樣一項工作。簡單匯報一下我們在復(fù)雜機器人加工方面做的一些工作，作為一個理論至少需要十到十五年的時間。我們系統(tǒng)建立了機器人加工的運動學(xué)，就是刀具路徑的產(chǎn)生和測量方法。這里主要的工作是建立了機器人加工的理論和技術(shù)，主要是復(fù)雜曲面。大家知道國家制造能力的體現(xiàn)很重要的表現(xiàn)就是復(fù)雜曲面和大型備件的加工能力，所以我們這種復(fù)雜曲面的加工理論和動力學(xué)，還有相關(guān)的軟件，并且也建立了多機器人加工的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)已經(jīng)在相關(guān)企業(yè)得到了應(yīng)用。首先是大型風(fēng)電以及燃氣輪機葉片，還有關(guān)于有效的測量方法。

　　我們的理論必須要有一個軟件和系統(tǒng)的體現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了自己的軟件，這個軟件可以對復(fù)雜的葉輪進行刀度規(guī)劃，然后可以對復(fù)雜的曲面零件進行理論、軟件和實際，相關(guān)的系統(tǒng)已經(jīng)完成了。以前這些葉片都是人工磨泡，勞動強度很大，所以我們建立了一套機器人磨泡系統(tǒng)，完成了機器人磨泡的工作。這是我們磨泡的結(jié)果，可以看出機器人磨泡的時間、精度、一致性比人工磨泡更好，最主要的是機器人能夠在惡劣的環(huán)境當(dāng)中把人解放出來，也能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　另一個工作是大型風(fēng)電葉片，這種葉片很大，最長可以達到70-80米，現(xiàn)在都是人在磨泡，所以科技工作者應(yīng)該在一些國家急需的行業(yè)把機器人的技術(shù)應(yīng)用進去，這樣對國家和行業(yè)的進步都是非常大的。這里可以看到現(xiàn)場機器人系統(tǒng)已經(jīng)在中國中車得到了應(yīng)用，這種大型風(fēng)電葉片可以達到80-100米，現(xiàn)場的環(huán)境非常惡劣，這種惡劣的環(huán)境之下對人的傷害是非常大的。現(xiàn)在我們建立了多機器人加工磨泡系統(tǒng)，進行了大量的工藝過程研究。我覺得機器人的研究將來很大一個方面就是工藝支持非常重要，不是買幾個機器人回來就叫智能制造，一個很重要的前提就是針對一個行業(yè)的工業(yè)支持以及實際應(yīng)用。我們進行了大量的磨泡實驗，然后在現(xiàn)場進行調(diào)試，這是國內(nèi)第一條大型風(fēng)電葉片，緊接著后面有很多風(fēng)電企業(yè)都會找我們課題組應(yīng)用這個技術(shù)，工人的勞動強度也可以得到極大的，希望能夠在將來得到實際應(yīng)用。

　　今天給大家介紹的主要是未來機器人的特點，這種應(yīng)用的空間非常大，想像的空間、應(yīng)用的空間和探索的空間也非常大。未來機器人很難用一句話概括，我這里講的主要是幾個典型的方面：將來機器人的發(fā)展有非常廣闊的前景，尤其是近年來隨著人工智能的技術(shù)、新材料的技術(shù)以及各方面應(yīng)用的技術(shù)，機器人的明天會更加美好。當(dāng)然，機器人的事業(yè)要發(fā)展壯大一個很重要的問題就是加強基礎(chǔ)研究，離開了基礎(chǔ)研究機器人的技術(shù)無法突破。作為一個重載的機器人，必須要有很好的控制算法，需要很多傳感的技術(shù)，所以我們也是在國家基金委的組織之下，相關(guān)專家發(fā)起了這樣的一個建議，通過多輪驗證和認(rèn)證，最后也正式實施了基金委的重大研究計劃。因為重大研究計劃的資金有限，我們只能Focus在幾點上面，但是機器人的方向是無限的，可以說它的應(yīng)用空間是非常大的，未來機器人很難能夠把它Exactly描述出來，但是很多新的技術(shù)的進步對于機器人的發(fā)展也提出了很大的挑戰(zhàn)。我們就趁著這個機會和各位專家、各位來賓分享一下我們前期重大研究計劃的一些思考，作為拋磚引玉把我們的工作和大家做了一個介紹。將來整個制造業(yè)的升級、生命健康和國防安全當(dāng)中機器人會扮演越來越重要的角色，我們也希望能夠在這幾個方面貢獻自己的力量。