第二节 智能机器人

从机器人的发展历程来看，最先成熟、最先大规模应用的是工业机器人，因为它的功能比较单一，基本是为了完成一项简单重复性的工作而设计的。

“工业机器人”一词来自美国人乔治·德沃尔（George Devol）1954年注册的专利“Programmed Article Transfer”。其中描述了示教再现机器人的概念——通过示教（teaching）与再现（playback）能够取放物品（put and take）的机械。这种机械能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。

根据这一专利，1958年美国Consolidated Controls公司研制成第一台数控工业机器人原型机——Automatic Programmed Apparatus，随后1962年美国Unimation公司和AMF公司都推出了示教再现机器人的试作机（图1-5）。

20世纪60年代正是日本经济高速增长的时期，劳动力人口出现了严重不足，迫切需要以工业机器人弥补。于是，1967年日本首次从美国进口了示教再现机器人，并自此开始了工业机器人的自主研发和量产。

工业机器人主要替代工人在一些危险性的、污染的环境中工作或者从事简单重复性工作，目的在于提升生产安全性和产品质量，从而提升生产效率，因此得以在制造业被广泛采用。

通常认为，工业机器人是在20世纪70年代开始“量产化”的，1980年是“普及元年”，20世纪80年代诞生了柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）、工厂自动化（Factory Automation，FA）等新型生产系统。因此，传统的大规模生产时代开始向中批量中种类、小批量多种类的生产时代变迁。正是因为机器人相对于传统自动机更具广泛性，在新一代生产系统中发挥着核心作用，因此机器人产业得以快速发展。从应用的角度区分，智能机器人可以分为工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人和特种机器人四类。其中，工业机器人包括焊接机器人、喷涂机器人、搬运机器人、加工机器人、装配机器人、清洁机器人及其他工业机器人。

工业机器人市场集中度高，是机器人应用最为广泛的领域。国际机器人联盟（IFR）发布的数据显示，2017年工业机器人在全球机器人市场中占据高达63.4%的市场份额，发展最为蓬勃。中、韩、日、美、德五国2017年的工业机器人销量占全球总销量的71%。其中，中国工业机器人的销量达到13.8万台，其次是韩国约4万台，日本约3.8万台，美国约3.3万台，德国约2.2万台。新型工业机器人能够取代人工进行繁重的制造作业，在专业的金属加工工作中，它可用于金属器件的制作、搬运、码垛，还因其拥有智能服务内核和学习型“大脑”，在训练与实践过程中可以不断提升金属产品的加工精度。

相对而言，个人/家用服务机器人包括家政服务机器人、教育娱乐服务机器人、养老助残服务机器人、个人运输服务机器人和安防监控机器人等。人工智能的兴起推动了家政行业的智能化，个人/家用机器人的应用更加广泛。日本软银公司推出的陪护机器人，有学习能力，可表达情感，会说话，能看护婴幼儿和病人，甚至能在聚会时给人做伴，根据不同的场景需要，可实现家居布防、亲情陪护、健康监测、远程监控、主动提醒、居家娱乐、启蒙早教、应急报警、语言学习等诸多服务，是儿童的玩伴及老年人的贴心守护者（图1-6）。

它们可以基于云计算平台分享数据，从而发展自己的情感能力，但不会共享主人的个人信息。英特尔公司推出的3D打印机器人，除了走路、说话外，还能帮主人发微博、翻译语言，或开冰箱拿饮料。小米公司开发的扫地机器人能够自主探知障碍物和室内地形，实现对室内的自动化清洁。

公共服务机器人包括酒店服务机器人、银行服务机器人、场馆服务机器人和餐饮服务机器人等。个人/家用服务机器人和公共服务机器人也可统称为服务机器人。

公共服务机器人在酒店、金融、电信、电力、物流等具有大规模智能服务需求的行业中广泛应用，在低投入的基础上为企业提供了优质高效的服务。

米克力美的智能酒店服务机器人能自动学习酒店的通道、电梯和房间位置，自动构建虚拟电子地图来进行导航，确定行走路径，能自动避让人和障碍物，并且可自动乘坐电梯。实现了无人陪伴的情况下独自完成各项服务，降低了酒店人工成本，同时提升了运营效率。

2012年Amazon以6.78亿美元买下自动化物流提供商Kiva的机器人仓储业务后，利用机器人来处理仓库的货物盘点及配货等工作。所有员工只需要在固定的位置进行盘点或配货，而Kiva机器人则负责将货物（连同货架）一块搬到员工面前。

Starship公司推出了一种专门用来实施小件货物配送的“盒子机器人”，其配置了一系列摄像头和传感器，能够保障其安全行走在人行道上，在指定时间从物流中心出发，穿越大街小巷，来到顾客家门口完成快递任务。在配送过程中，所携带的包裹都被严密封装，接收者只有通过其智能手机才能打开。

阿里巴巴自主研发的机器人“曹操”接到订单后，可以迅速定位出商品在仓库的位置，并且规划最优分拣路径，分拣货后会自动把货物送到打包台。在2018年“618”购物节期间，京东、阿里巴巴菜鸟、顺丰等物流企业积极应用仓内机器人、分拣机器人等智能设备，提升了仓储管理的自动化智能化水平。

特种机器人包括特种极限机器人、康复辅助机器人、农业机器人、水下机器人、军用和警用机器人、电力机器人、石油化工机器人、矿业机器人、建筑机器人、物流机器人、安防机器人、清洁机器人和医疗服务机器人等。

随着特种机器人智能化水平不断提升，它们正开始替代人类完成特殊环境下人类难以完成的工作。在医疗领域，国产手术机器人“天玑”在骨科类手术中已经进入临床实践，有效减少了骨科手术人工操作过程中可能造成的脊髓、血管损伤风险。在诊后康复环节，轻量化、高柔韧性的康复机器人开始逐步应用推广。

上海璟和机器人公司推出的多体位智能康复机器人系统Flexbot，适用于各级医疗机构的康复科、骨科、神经内科、脑外科等临床科室，用于开展临床步态分析，具有机器人步态训练、虚拟行走互动训练、步态分析和康复评定等功能。

在农业特种机器人领域，美国投资公司Khosla Ventures的报告指出，农业特种机器人能够自己识别区分作物与杂草，用专门的除草剂对杂草选点喷洒，能够降低20%的农药污染，同时降低种植成本。

我国智能机器人产业技术水平近几年持续提升。在工业机器人领域，新松、埃夫特等本土工业机器人进入了第一梯队，相关产品逐步获得市场认可。其中，新松集团将人工智能和虚拟现实技术应用于国内首台7自由度协作机器人，实现了快速配置、牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能。在服务机器人领域，我国服务机器人的智能化水平已基本可与国际先进水平媲美，涌现出一批有竞争力的创新创业企业。在特种机器人领域，开诚智能、GQY视讯、海伦哲等企业创新活跃，技术水平不断提高，在室内定位、高精度定位导航与避障、汽车底盘危险物品快速识别等技术领域取得了突破。

《新一代人工智能发展规划》要求，下一步发展智能机器人，首先要攻克智能机器人核心零部件、专用传感器，完善智能机器人硬件接口标准、软件接口协议标准及安全使用标准（图1-7）。研制智能工业机器人、智能服务机器人，实现大规模应用并进入国际市场。研制和推广空间机器人、海洋机器人、极地机器人等特种智能机器人。建立智能机器人标准体系和安全规则。