畅想未来机器人:极端化 网络化 模块化 智能化_5

2019-11-23 14:25

  总体而言,目前机器人的发展正在向高性能化、低价格、模块化、可重构、开放式、智能化、虚拟现实仿真、遥操作等方向发展。其中,高性能化有这几个方面:高速度、高精度、高可靠性、高操作维护便利性。

  新趋势新特点

  对提高工作效率的不断追求,使得制造企业会更加关注机器人的高速度、高精度和高可靠性。而目前工人的专业技术水平不高,必然要求机器人要便于操作和维护。而价格方面,机器人平均单机价格从上世纪90年代的80万~100万元已降至目前的30万元左右,而未来机器人模块化、高度集成化等技术发展,必然使机器人成本更低。

  机器人向高性能、高功率密度比方向发展的一个必然趋势就是模块化,比如一体化关节,它将伺服电机、关节、减速机等做成一体。不久的将来,由一体化关节、连杆模块即可组成机器人整机,这将大大减少机器人装配难度,提高成品质量。

  而在技术接口的开放性方面,前景也非常乐观。机器人的控制系统必然向基于PC机的开放型控制器方向发展,采用模块化结构的控制柜逐渐变小,且器件高度集成,开放型控制器接口标准化、网络化,从而使机器人系统具有高可靠性、易操作性和维护性。这将会大大降低操作机器人的资格门槛,它带来的直接好处是机器人应用越来越普及。

  机器人智能化水平的提高必须依赖各种智能传感器的集成。目前机器人系统普遍集成了位置、速度、加速度等传感器。而在焊接机器人、服务机器人上还集成了视觉传感器、3D数据感知传感器;在抛光、打磨机器人上还集成了力觉传感器等;在智能服务机器人上则集成了视觉、听觉、力、触觉、味觉等多传感器进行环境感知与决策控制。目前已有多种传感器融合技术在一些智能化产品系统中得到了成熟应用。

  提到未来应用,仿真技术更有利于未来机器人的应用。目前机器人的仿真已有仿真、半实物仿真、实物仿真等,而虚拟现实技术将会使机器人技术从单纯的仿真逐步扩展到过程控制,比如手术机器人将会使医师在远程遥操作机器人产生置于手术现场的感觉来完成手术。

  未来的工厂型态之一是无人化的智能工厂,而实现智能工厂的一个重要环节是遥操作技术。遥操作技术与云、人机交互等技术发展密不可分。目前的远程手术机器人、嫦娥计划中的玉兔号、火星探测机器人等都是这种技术的成功应用案例。

玉兔号

  模块化是主流

  智能制造的发展离不开智能制造装备的发展。智能制造装备是具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称。我国在十二五期间,将突破9大关键智能基础共性技术、推进8项智能测控装置与部件的研发和产业化、提升8类重大智能制造装备集成创新能力和促进在国民经济6大重点领域的示范应用推广。

  在9大关键智能基础共性技术中,集中表现在智能传感器、模块化平台、实时可靠通信与远程故障诊断等技术。总之,利用高可靠的模块化平台集成智能传感器、专用工具;利用云端技术或自身智能系统,实现多行业多任务工作,因此,未来在智能制造领域的模块化机器人会得到广阔发展空间。利用模块化机器人平台,针对不同任务集成不同的专用工具和智能传感器,利用智能系统规划任务,必将带动未来智能制造领域的发展。

  新技术的凝结体

  今后机器人发展的趋势是极端化、网络化、模块化、智能化等。而极端制造、云计算、智能传感器等技术的发展都会推动机器人技术的发展。

  机器人技术是一种跨多种学科高度集成的技术,涵盖了机械工程、自动控制、计算机技术、材料科学、人工智能,甚至生物医学等学科。所以,从材料、设计、加工、系统集成到智能化、网络化等各领域新技术都会推动机器人技术的发展。新型材料的出现将会大幅提高机器人的性能;机器人设计、制造、加工等技术也必将提高机器人的相关性能指标;生物医学研究的进展可能会对机器人的认知提供新思路。

  因此,科技的最新发展能直接推动机器人技术发展。

  补足短板是急务

  目前,我国机器人在不同的应用上存在不同的短板,比如工业机器人需要较高的精度、轨迹精度、速度、加速度等性能指标,但是目前国内工业机器人的应用智能化程度不高、且开放性不太好。另外,模块化程度也不高,这里面涉及很多因素,比如关键零部件的设计、加工技术等,还有材料技术等。

  而对于智能服务机器人来说,在概念实现上已无大问题,但是在高度智能化上目前已陷入瓶颈,未知环境中的大数据处理、人机交互、语音交互、自主学习等都限制了智能机器人的发展,迫使研究者们继续在基础理论上创新,打破传统,实现智能机器人飞跃发展。

  而极端环境下的机器人,如核泄露环境下的机器人探测、救援等仍不能得到较好的发展,又有纳米机器人的发展,亟需系统高度集成、能量传输、超精密制造等技术发展带动。

  因此,机器人技术在不同应用中存在不同短板。反过来说,机器人技术仍有很大的发展潜力,如果机器人技术得到发展,必然会帮助制造企业生产更为趋向完美的产品。

  从材料、设计、加工、系统集成到智能化、网络化等各领域的新技术都会推动机器人技术发展。新型材料的出现将会大幅提高机器人性能。

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