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机器人发展来到“人机共融”时代

中国科学报 2018-08-15 作者:赵广立

  现阶段工业机器人乃至服务机器人发展得并不理想的原因之一,就是没有跟人融合在一起,而机器人发展的下一个阶段,人机共融的模式将成为主流,制造服务将成为新的业态。

  变“主仆关系”为“伙伴关系”的人机共融机器人,或是机器人制造产业下一个突破口。

  机器人足球场上,一个机器人“队员”仰面摔倒在地。只见它两只脚撑地、腰部发力,企图挺着“爬”起来,笨拙的样子让人着急。“好费劲啊,还能这样站起来。”围观的一位小朋友忍不住喊道。

  这是《中国科学报》记者近日在2018Robot Cup机器人世界杯开幕式上看到的一幕。同行的一位记者朋友半开玩笑地评论说:“机器替代人的事情可以先不用担心了。”

  “机器人的发展还有很多不足。比如现在特别需要的高层建筑擦玻璃机器人、船舶焊接机器人、飞机装配机器人等,都还没有真正实现。”在同期举办的2018国家机器人发展论坛上,中国工程院院士王天然举例说,不仅工业机器人,现如今“大部分服务机器人都只是个玩具”,需要进一步寻求技术上的突破。

  在诸多酝酿着突破的领域中,王天然认为,变“主仆关系”为“伙伴关系”的人机共融机器人,或是机器人制造产业下一个突破口。

  人机共融将成为主流

  在国家机器人发展论坛的主题演讲中,王天然提到,当前有相当多的劳动密集型工业产业,一直在喊着机器换人、黑灯工厂,但实际上,最终的结果并不是很理想。

  “相当多的劳动密集型的工作,机器人未必能够胜任。”他举例说,富士康公司曾经希望用100万台机器人代替人工,但最终发现,很多工作机器人代替不了。“此外,包括风靡全球的‘再制造’产业,也都是‘手工作坊’——把发动机拆下来、洗净油污、维修翻新,并没有现成的规律可循。”

  王天然认为,现阶段工业机器人乃至服务机器人发展得并不理想的原因之一,就是“没有跟人融合在一起”,而机器人发展的下一个阶段,“人机共融的模式将成为主流”,制造服务将成为新的业态。

  机器人走向人机共融有其必然。当前,机器人主要有工业机器人、服务机器人和特种机器人三大类。其中,工业机器人在3C装配制造、物流仓储搬运以及农副产品制造等领域应用最广;服务机器人则在机器人助理、聊天和陪护等领域有着很大的市场空间;特种机器人的主要应用市场是智能汽车、无人机、医疗手术和金融交易决策等领域。

  尽管想象空间巨大,但现实中的机器人与人们期望值还有很大的差距。中国科学院自动化所研究员乔红告诉记者,一方面,机器人融合了多个学科体系,需要整合软件、硬件等方面的不同知识,产品开发非常困难,需要大规模的研发团队和很长的研发周期,要进入市场就要花更多时间。另一方面,目前工业机器人大多在结构化的环境中工作,服务机器人只能完成一些简单任务,特种机器人还要依靠遥控完成特定工作。

  “有人预言人机共融机器人Cobot从Robot演化而来,将在2025年以后成为机器人中的主流,未来还将衍生出大量新的工作领域,带来更大的发展机会。”王天然说,Cobot的使命不是取代人,而是响应环境、要灵活、与人合作。“人机关系的改变,将成为一个新的突破。”

  人机共融助力智能制造

  在国家机器人论坛上,德国菲尼克斯电气(中国)公司副总裁杜品圣在题为《人工智能助力机器人行业的发展》的演讲中提到,在人机共融机器人时代,人工智能将扮演重要角色。

  “人工智能是按照人的器官功能,如模拟人的眼睛、耳朵、大脑等机能进行开发研究,没有这些,机器人不会成为实现智能制造的有力武器。”杜品圣说,在过去的十年里,人工智能一直在对制造业起提升作用。正如德国人工智能研究中心教授Wahlster所言,如果没有人工智能,就不可能充分实现工业4.0。

  杜品圣告诉记者,将智能机器人应用于整个生产制造链,意味着更大范畴上的人机共融。“未来的自动化制造,不是机器换人、工厂无人、机器造人,而是机器助人、工厂要人、智能学人。”他举例说,比如,人同时操控多个机器人协同工作,可以提高效率、增加灵活性;人与机器人协调互动,不仅将提高机器人的加工精度和加工速度,还能增强机器人的自学习功能。

  “未来,人机共融机器人系统,还将进一步利用专家系统和最优决策系统,开发新一代智能机器人。”杜品圣表示。

  今年3月,有媒体报道浙江义乌“世界杯订单”机器换人的问题,指出工厂并未找到适合中小规模工厂的柔性换线方案,认为“机器换人后的效率并不明显”。

  “这说明仅依靠传统的工业机器人已经不能胜任人们对效率提升的要求,感知型机器人或协作机器人市场潜力巨大。”美的集团电机技术研究高级工程师龚黎明认为,协作机器人以其安全、低成本、易于上手的使用方式和较低的改造成本,特别适用于以小批量、定制化为主的中小型企业。“长期来看人机协作是方向,人机融合机器人市场潜力巨大。”

  关键部件亟待国产化

  在跟上机器人发展新趋势的同时,龚黎明提醒,我国工业机器人目前国产化率不足30%,大量进口自日本和德国,特别是在成本占比约70%的伺服驱动系统、控制器、减速器三大核心部件上,亟待实现国产化替代。

  “我国在‘中国制造2025’战略中制定了在2020年实现50%的工业机器人国产化的目标,目前来看,形势不容乐观。”龚黎明说,国产化的关键是三大核心部件的国产化,但现在除国产控制器较为成熟、是机器人关键核心部件中与国外差距最小的零部件之外,2017年的统计数据显示,国外品牌占据了中国交流伺服市场80%左右的市场份额,高端市场国内企业整体份额不足10%;国产品牌减速器占国内市场不到20%。

  “我国低水平重复建设的隐患初步显现,小、散、弱等问题仍未得到根本改变。”龚黎明告诉记者,除了在机器人成本结构中比重较大的减速机、伺服驱动系统、控制器都严重依赖进口之外,机器人的顶层架构设计和基础技术也被发达国家控制,“国产机器人并不具备显著成本优势”。

  关键核心技术是利器。“发达国家不会轻易向中国转移或授权机器人核心技术、专利,我国机器人企业通过参与国际标准制定、技术合作研发进入中高端市场的阻碍还未完全扫除。”龚黎明认为,在中美贸易战背景下,我国应该看到通信行业的前车之鉴,在制备预案的同时,正视我国在工业机器人领域的问题,认真发展国产机器人产业。

  《中国科学报》 (2018-04-26 第6版 前沿)

责任编辑:王超

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