深度 | 王耀南院士:智能机械人技术应用与生长趋势

时间:2021-10-04 00:03

本文摘要:中国工程院院士、湖南大学教授王耀南01 生长机械人的意义和目的智能机械人生长永远在路上。我国东汉时期就泛起了驾驶车马车,可以说是世界上最早泛起的无人驾驶车,随着现代工业的生长,机械人进入第二个阶段开始为工业服务,20世纪机械人进入第三阶段即智能机械人时代。人类在最早进入现代工业时代时,便将机械人应用到工业领域,使用工业机械人举行生产运动。 由于劳动力极端短缺,二战后日本、美国和德国大规模应用机械人替代人工,因此,二战后的60年月这些国家就生长了工业机械人。

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中国工程院院士、湖南大学教授王耀南01 生长机械人的意义和目的智能机械人生长永远在路上。我国东汉时期就泛起了驾驶车马车,可以说是世界上最早泛起的无人驾驶车,随着现代工业的生长,机械人进入第二个阶段开始为工业服务,20世纪机械人进入第三阶段即智能机械人时代。人类在最早进入现代工业时代时,便将机械人应用到工业领域,使用工业机械人举行生产运动。

由于劳动力极端短缺,二战后日本、美国和德国大规模应用机械人替代人工,因此,二战后的60年月这些国家就生长了工业机械人。随着机械人的降生,其越来越多的应用到汽车制造历程中,机械人技术生长到现在,正朝着工业4.0的目的大步前进。现在的机械人还只是自动化的装置,并不是真的智能机械人,未来需要的是真正智能的机械人。

机械人是制造强国的重要工具,机械人能够高效的完成焊接、加工、丈量、检测等,尤其是我国,国家重大装备制造、例如航空及航天制造等方面离不开智能机械人,其在室内的使用也具有广泛前景。除此之外,机械人对国家民生工程方面也起到了至关重要的作用,机械人能辅助和替代人类完成危险的事情环节,能从事庞大、重复性高且耗时的任务,在大型工程制作、大型桥梁制作、应用维护、海洋开发、太空探索及智能制造中都发挥了极大的作用。

机械人是国家重大工程建设的基础设施,是“新基建”建设中的重要时代脉络。生长机械人最重要的在制造业,机械人能够解决制造业中的许多人工难点和痛点问题,例如人口老龄化、招工难题及制造难,产物迭代更新、小批量、多品种制造等方面的问题,同时也可以有效解决劳动力短缺、人口老龄化等问题。02 海内外机械人的生长现状当今世界各国都在鼎力大举生长机械人技术,如美国的机械人计划2.0,德国 、欧盟的工业4.0计划、中国制造2025以及日本的机械人战略,以推念头器人向着高端制造、智能制造进军,抢占制高点。

从美国战略2.0可以分析,美国战略2.0强调多机械人之间相互交流和协作,打造机械人感知。德国工业4.0更多强调智能工厂,打造智能强国,在智能生产线、智能车间、智能工厂当中发挥机械人作用,通过信息物理系统将机械人融合到生产线中。欧盟期望打造机械人的协同,强调机械人之间的协作和面向医疗、人类生命康健的机械人及手术机械人。

中国机械人近十年来的生长可以分为两个阶段,前五年基本上在工业生长期,现在已经进入高端期。机械人是“制造业皇冠顶端的明珠”, 其研发、制造、应用是权衡一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志,要把我国机械人水平提高上去。因此,我国需要将国家机械人工业提高上去,占领更多的市场,生长机械人技术和工业已经成为我国的重大战略需求。

“中国制造2025年”和《新一代人工智能生长计划纲要》等的公布就是要推进智能机械人生长,为国民经济和国家重大战略、国家重大工程服务,围绕机械人生长,各地政府和地方出台了许多政策,其中就包罗深圳市,深圳市在服务机械人领域的发力很是显着。03 智能机械人的关键技术机械人(Robot)是一种可以自动执行操作或者移行动业的机械装置,它具有感知、计划、决议、控制等功效, 能够完成人类难以完成的任务和重复、枯燥、危险或在恶劣情况下的事情。从用途上机械人可以分为,工业机械人、农业机械人、医疗机械人 、巡检机械人等;从空间上可以分为有陆、海、空等机械人。

其中,工业机械人是主力,其次是水下机械人、空间机械人等。不管机械人有多庞大,不管是何种类型的机械人,它都是一个自动化的系统,具备感知系统、决议系统和控制系统。

机械人的关键技术主要就是四部门:本体机构、感知、决议和执行技术。用自动化的语言来形貌即机械人是一个感知、决议和执行的反馈控制系统。

机械人也涵盖了许多的交织学科,如机械工程、人工智能、控制科学、盘算机、电子、质料以及多学科交织融合。机械人在今天无处不在,被广泛应用到制造业、物流业、医疗行业、人类生活服务、海洋、航空、航天等领域,其在汽车制造和电子制造中也发挥了极大的作用。04 机械人的未来生长偏向在装备制造业,大型庞大系统的构建,例如航空航天器的制造等方面,也需要多机械人的协同装配。

除此之外,探月机械人等空间机械人近两年也生长迅速,因为各国都在竞争太空资源,另有用于海洋的辅助、打捞、水下探测等的海洋机械人,应用于恶劣情况下的科技考察的科研机械人,例如珠穆朗玛峰的攀缘等在未来可使用机械人举行。2020年新冠疫情发作后,医疗机械人也将成为未来机械人生长的主攻偏向,如开发出测温-诊断智能机械人、智能消毒机械人、医药物资搬运智能机械人等疫情应急防控机械人、助力机械人和防疫机械人等。脑机接口机械人是十大机械人热点问题之一,军用机械人、特种作业机械人也是未来的重大生长偏向。

在科学杂志公布的机械人十大挑战和偏向中,智能机械人是其中最重要的一个偏向,包罗脑机接口、社会交互、医疗、多机械群等都是智能机械人的生长偏向。智能机械人网络、交互两个特征,体现出了智能化自主感知功效。机械人必须具备五概略素:感知、计划、决议、运动、自学习,其中智能感知、智能协作计划和智能精准控制是机械人的三大焦点技术。

在机械人智能感知方面。设计完整的机械人视觉感知系统,打造微传感、高智能化的感控一体的芯片是十分重要的生长偏向,其中也有诸多的事情要做。

其将在机械人的三维识别、SLAM技术,机械人丈量等方面的应用发生深远的影响。在机械人控制技术方面。机械人的柔顺控制、机械人智能控制和多机械人协同控制都是当下的研究热点。其应用中都体现出了基于深度学习、强化学习的机械人控制技术。

任务分配、庞大任务精准设置、网络控制和控制弹性,在抵御网络攻击的情况下保证系统有条不紊的事情都是机械人控制技术需要研究的内容。机械人除了智能感知和智能控制,还需要稳定有效的枢纽,机械人枢纽是其执行机构的关键部件。机械人要完成庞大的任务作业还需要有灵巧的手,无论是医疗、工业、航天,还是海洋机械人都要用手来完成庞大的作业任务,因此灵巧的手是机械人的第四个关键技术。

基于四大技术可以把机械人集成创新,形成机械人系统应用,可以打造工业机械人、服务机械人、特种作业机械人,将其应用到差别领域。设计机械人的协同、调理、柔性自动化生产线,在制药、饮料等行业应用机械视觉,在汽车制造、电子装配的某些工序等方面使用机械人替代人工等方面都是未来的生长偏向。现在的机械人还处于工业1.0、2.0的阶段,未来机械人应该是机械人3.0,除了具备现在的功效外还要具备情感交互、人机协作、自学习、人机交互、语义分析和自然语言明白等方面的功效,这样才可以真正成为智能服务机械人,未来还期望机械人生长成自主服务机械人,进阶到4.0阶段。这其中有大量的事情需要完成,需要将AI技术,感知能力、影象能力、学习能力、决议能力有机加入到机械人,让机械人具备一个智能化、自主网络控制系统,形成机械人大盘。

生长机械人,人工智能是其中的关键,人工智能三大焦点技术,感知技术、认知技术、行为控制技术是决议智能机械人的未来。未来机械人的应用将面向网络协同化制造,基于柔性的自动化生产线举行小批量、多品种和个性化的制造。其需要具备数字化、网络化、智能化的特征,具备工业互联网络架构下的智能制造,形成从产物设计、研发、制造到服务的全流程智能制造。

网络化协同制造可以满足个性化的生产与服务模式,以及庞大多变的作业情况与任务,是未来工业向智能化生产生长的趋势。机械人将在其中饰演重要作用。

在5G到来的时代配景下,在通讯速率提高,宽带、时延淘汰的云空间下,借用5G技术打造新一代智能网联电动车、智能无人航行器、智能网联电动车也是未来都会优美的生活憧憬,即打造智能网联、无人驾驶、无人码头、机场。人机交互也是很是重要的生长偏向,人机协作模式将人的优势(智慧性、灵巧性)与机械人优势(高速率、高精度)深度联合,实现人机柔性作业,解决机械人部署成本高、柔性不足的问题。

在工业、农业或者精准医疗方面都有极其重要的应用场景,它是将人工智能与机械人有机联合的强力纽带,其中包罗语言识别、物体识别、语意明白、情感分析、意图明白以及决议层具备多模态交互、步态识别和交互等。未来机械人生长一定是网络化、自主化、协作化、灵巧化的,同时机械人生长需要一个计划好的可执行性的战略,还要有创新的情况和下一代机械人的尺度和技术,最关键的是要着力造就一批高水平科研带头人和工业队伍人才。(本文凭据作者在2020国家机械人生长论坛上所作陈诉速记整理而成) - 作者简介 - 王耀南中国工程院院士、湖南大学教授1981年结业于东华理工大学电子盘算机系,1989-1995年获湖南大学工业自动化系硕士、博士学位,1995-1997年国防科学技术大学自动控制系博士后研究,1998-2001年德国Bremen大学自动化系德国洪堡学者,2002-2004年德国Bremen大学BIBA研究所,欧盟第五框架国际互助重大项目首席科学家。2001-2020年担任湖南大学电气与信息工程学院院长,2014年任机械人视觉感知与控制技术国家工程实验室主任,2015-2020年湖南大学机械人学院院长。

国家“百千万人才工程”入选者、中国自动化学会会士、中国盘算机学会会士、中国人工智能学会会士、国家863计划智能机械人领域主题专家。中国图象图形学会理事长、全国智能机械人创新同盟副理事长、中国自动化学会常务理事、中国人工智能学会监事、教育部科技委能源与交通学部委员、湖南省自动化学会理事长等。恒久从事智能控制与机械人技术的教学和科研事情。

结果获国家技术发现二等奖1项、国家科技进步二等奖4项、国际IEEE机械人与自动化领域“工业应用最高奖”。造就博士70余名(含IEEE Fellow、国家杰青等),揭晓IEEE等SCI论文160余篇,出书著作12部,获国家发现专利80余项。

获得全国高等学校优秀教师、全国五一劳动奖章、全国先进事情者、全国创新争先奖等荣誉称呼。泉源:中国自动化学会。


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