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下肢康復機器人 張雅琪攝

蛇形機器人 彭科峰攝

雪地機器人 彭科峰攝

   機器人的研發和利用已然成為中國乃至全球的熱點。目前，西方國家的機器人主要制造商都在紛紛加緊布局，搶占技術和市場制高點。

　　在今年6月9日召開的2014年兩院院士大會上，習近平總書記曾專門提及機器人產業的發展，并表達了自己的“憂慮”：我國將成為機器人的最大市場，但我們的技術和制造能力能不能應對這場競爭？我們不僅要把我國機器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領市場。

　　總書記的講話和寄語，為中國機器人產業的發展指明了新的方向。對于科技界、產業界而言，動力尤在，但壓力倍增。6月下旬，中科院院長白春禮在視察中科院沈陽自動化研究所時也指出，機器人產業發展蘊涵新的機遇，機器人技術與新材料技術、生物技術的進一步結合必將帶動新興領域的快速發展。

　　在相當長的一段時間內，中科院始終是“中國制造”機器人的發源地與搖籃，中科院沈陽自動化所、中科院自動化所、中科院合肥物質科學研究院、中科院重慶綠色智能技術研究院……一大批科研院所在工業機器人、服務機器人、水下機器人等領域各顯身手，各有建樹。

　　中科院制造的機器人發展水平如何？有哪些技術創新和市場應用？日前，《中國科學報》記者走訪了從事機器人研發的中科院有關院所。

　　沈陽自動化所：

　　中國機器人的搖籃

　　國際機器人聯合會的最新數據顯示，中國在2013年的工業機器人購買量是全球銷售量的1/5，在歷史上首次超過了以技術利用見長的日本。由于中國經濟轉型升級及人工成本的上升，工業機器人需求正以前所未有的速度增長。談到機器人，不能不提中科院；談到中科院的機器人研發，不能不提沈陽自動化所，而提到“沈自所”，中國工程院院士蔣新松則是一個關鍵人物。

　　從1980年開始任中科院沈陽自動化所所長14年來，蔣新松一直致力于我國自動化事業。特別是在機器人科研、應用及產業化方面，無論是水下機器人、工業機器人，還是特種機器人，他都取得了一系列開創性成果，由此被譽為“中國機器人之父”。

　　“他是我國機器人的開拓者，也是自動化所機器人科研的奠基人。正因為有一批這樣的探索者，使我們機器人的研發水平以及產業化程度在國內始終保持數一數二的位置。”中科院沈陽自動化所副所長桑子剛這樣向《中國科學報》記者介紹。

　　7月，位于東北的沈陽氣候宜人。在該所的展館內，《中國科學報》記者看到了一場各式各樣的機器人秀。身高不足半米的“靈蜥”機器人像微型坦克一樣，有著一個大鋼爪，依靠兩條履帶行走，它是一種特殊的反恐防暴機器人，可以利用機械手和多功能工具包，接近疑似爆炸物進行處理，其爬坡角度也可達到43度，可以通過有纜、無纜兩種方式進行操作。

　　“自2002年起，這種機器人已經在公安和武警部隊投入60多臺套，遍及全國20多個省市自治區。它具有全部的自主知識產權。”桑子剛介紹。

　　看上去方頭方腦，有著兩條黃色履帶的機器人，在科研人員的操作下可以實現自由變形：兩個履帶一會兒合并成一排，一會兒變成兩條直線，一會兒其頭部佇立起來組成“D字”形，看上去頗有變形金剛的神采。

　　“這是我們研發的廢墟搜索可變形機器人，它可以根據環境改變自身的構型，適應更多地震廢墟。它能利用自身攜帶的紅外攝像機、聲音傳感器，將廢墟內部的情況實時傳回后方控制臺。”桑子剛介紹說，這種廢墟搜索機器人在四川蘆山地震的現場救援中首次使用，曾協助國家地震緊急救援隊完成了多處廢墟和危樓的生命搜索排查和災情勘察任務，有效提高了搜索救援行動的效率。

　　水下滑翔機、小型自治遙控水下機器人、深海調查型水下機器人……在沈陽自動化所的機器人水下試驗區域內，記者看到了更多機器人的現場演示。它們或許看上去沒有我們想象中的人類形狀外表，卻依然可以在水下進行水文、聲學探測，完成科考和一些海洋事故的調查與處理。

　　讓中科院沈陽自動化所引以為豪的，還有該所的工業機器人。他們研發的移動機器人（AGV）系列產品占據了我國汽車整車裝配生產線的絕大部分市場，相關產品不斷出口美國等國外市場，“即使在2008年金融危機爆發的時候，我們的工業機器人出口量也在不斷攀升”。

　　“目前，我們正在大力發展仿生機器人。讓機器人變得更加智能，這是我們未來主攻的方向之一。”桑子剛不無自豪地說。

　　中科院自動化所：

　　服務市場國家“兩不誤”

　　相比沈陽自動化所種類多樣的機器人，中科院自動化所研發的機器人類型也不遑多讓。他們曾經承擔過國家基金委、科技部、工信部的多項與機器人相關的任務，掌握了許多機器人研發的關鍵技術。

　　中科院自動化研究所研究員王碩向《中國科學報》記者介紹，自動化所在控制器與自動焊接機器人方面有一定的優勢，技術已相對成熟。“當然，我們主要還是做理論、技術先導方面的研究，產業化仍需要依托企業來完成。”

　　據了解，自動化所的機器人研發一部分以滿足市場需求為主，還有一部分則在于落實國家戰略要求。走進實驗室，該所自主研發的醫療健康類服務型機器人引起了 記者的注意。

　　一款血管介入手術機器人有著和人的小臂相似的高精度機器臂，它具備基于多數據融合的機器人定位與導航技術，能用激光找準手術點，“醫生如果不用這個機器人，需要用上百例動物實驗后才能找準手術部位，有了這項技術，就能夠通過機器臂感知血管位置和壓力，大大提高手術的準確率。”王碩說。

　　看起來像一個大躺椅，有著舒適的坐墊、夸張的金屬“腳”，這其實是一個下肢康復機器人。它分為主動和被動兩種類型，如果下肢稍微有力氣，可以上下移動，機器人會順著這個節奏和頻率搖擺；如果下肢完全沒有力氣，機器人會自動擺動，進而幫助患者鍛煉自己的下肢，達到早日康復的目的。

　　中科院自動化研究所精密感知與控制中心研究員徐德介紹，目前該團隊在機器人領域的最新成果是異構復雜零件的精密微裝配機器人。該機器人2011年開始研制，2013年底研制成功，基本達到美國國家點火裝置（NIF）的性能指標。“它的主要作用是對多種異構復雜零件實現精密的立體裝配，應用在軍方和工業領域的精密組件裝配上。”

　　此外，該所研發的自動搬運機器人，已在亞馬遜公司天津運營中心穩定運行一年以上，“我們把關鍵技術做好之后，企業進一步做產品研發，現在剛剛開始小規模研究。

　　中科院先進制造技術研究所：

　　鎖定服務與工業機器人

　　相比自動化所和沈陽自動化所，中科院合肥物質科學研究院先進制造技術研究所的機器人研發，主要鎖定服務和工業兩大機器人領域。

　　該所項目辦葉曉東介紹，該院的服務機器人包括老人服務機器人和類人型機器人等，主要應用于未來中國的服務業。

　　目前，該所對老人服務機器人各組成單元及其信息處理、接口耦合、人機交互進行了深入研究，使得整個機器人系統有機集成，突破了環境識別、自主行走等多項關鍵技術。

　　“它能夠拾取和遞送日常物品，陪老人聊天并進行簡單的娛樂活動，還能對老人進行監護，比如提醒老人按時服藥、鍛煉等。”葉曉東介紹，這項成果的綜合技術性能指標已達到國內領先水平，為未來服務機器人大量進入家庭奠定了技術基礎。

　　該所2013年研制出類人型機器人，該課題屬于中科院“一三五”重點培育方向。此款類人機器人也成為中國大陸唯一獲得參加美國國防部高級研究計劃局（DARPA）舉辦的“國際機器人挑戰賽”資格的項目。

　　目前，該所已在工業機器人方面全面開展與企業的產業化合作。“現在勞動力的成本高價格貴，工業機器人不僅節約了成本，還能夠提升質量，有的國外企業會對產業鏈上的機器人數目有要求，這就要求拓寬機器人的市場。”葉曉東介紹，研究所正積極與企業溝通，充分了解市場需求，以開發研制出市場迫切需要的機器人。

　　事實上，這種產學合作已經積累了成功的經驗。2007年，有企業向該所反映需要鍛壓方面的機器人，科技人員隨即展開科研攻關，一方面抓緊研究，另一方面不斷地完善技術，整個項目一做就是7年。

　　葉曉東介紹，現有的鍛造設備廠廣泛用人工完成工件制坯、成型及沖孔工序中的取料和放料過程，不僅耗費人力、效率不高，且現場環境復雜，對人工自身影響很大。該所開發的“鍛造自動化生產線系統”突破了高溫環境下精確定位、多臺工業機器人協同作業等核心關鍵技術，通過工業機器人實現了制坯、成型和沖孔過程的全自動上下料、故障報警、顯示等功能，不僅顯著提高了生產效率，還大大提升了我國鍛造等金屬加工業的自主創新水平。

　　未來發展：

　　領航仍須突破技術產業瓶頸

　　盡管中科院相關院所在機器人研發領域做出了很多國內領先、國際一流的新技術創產品，相關技術的產業化程度也已走在國內機器人產業的前列，但受訪專家仍表示，中國機器人產業要想在國際競爭中脫穎而出，仍需關鍵核心技術研發以及成果產業化方面作更多努力。

　　目前，國內機器人產業化較成功的案例是由中科院沈陽自動化所科研人員創建的新松機器人自動化股份有限公司。新松機器人的產品以工業機器人為主，產品成功出口全球13個國家和地區，一舉改寫了中國機器人只有進口、沒有出口的歷史，目前其企業市值超過150億元人民幣。梳理國內其他機器人生產企業，很難找到擁有新松這樣技術背景和發展規模的企業。

　　相比中科院的其他院所，中科院重慶綠色智能技術研究院在機器人研制方面起步較晚，但也不乏特色。2011年6月，該院首批研究員進駐重慶兩江新區，7月初開始機器人研究工作。

　　該院教授何國田向《中國科學報》記者介紹，研究院主要從事工業機器人及其自動化、水下機器人、無人智能車、手術機器人、助老助殘機器人等研發工作，目前已建立了國內首個機器人檢測中心。

　　在部分專家看來，和國外相比，目前國內的機器人技術上已達到與國外接近或相當的水平，但中國制造的機器人在價格上沒有優勢，在實用性、可靠性等方面也有所欠缺，因此，國外工業機器人壟斷我國機器人市場的局面短期內將難以改變。

　　葉曉東認為，中國機器人面臨的問題主要是三大關鍵部件自主創新能力不足，與國外存在較大差距。而在產業化過程中，還存在產品穩固性、批量生產和工程化等一系列技術問題。

　　“國內有企業在某些關鍵部件上做得很好，但是這些企業沒有形成產業鏈，不能有效發揮產業整體優勢。現在大家更多地關注眼前的利益，沒有意識到產業鏈完善后所帶來的巨大好處。所以下一步需要以企業為紐帶，把一些關鍵部件做得好的企業緊密聯系起來，逐步完善機器人創新產業鏈，為中國機器人產業在未來國際競爭中贏得一席之地。”葉曉東說。

　　“我們的自動化做得很好，但是產業化這方面還是不行，應用面很窄，這方面不是我們的強項，更是一塊難啃的硬骨頭。”中科院自動化所研究員徐德分析認為，我國現階段機器人產業的弱點在于關鍵部件的質量跟不上，關鍵技術雖然已經相對成熟，但是受到國產部件如減速機和運動臺的限制，做出來的機器人只能做到功能上類似于國外，但在耐用性上還難以達到要求。

　　何國田則表示，目前國內機器人檢測方法、手段及裝配細節同國外有一定差距，而且市場被國外壟斷相關的研究與產業化情況一直以來并未引起有關方面的注意。

　　談到機器人未來的發展，徐德表示，原理上不是問題，關鍵在于怎么把智能部件有機集成起來。因為一些關鍵部件依賴進口，國家花了很大的力氣改進，國家投入很多經費，“863”計劃就是其中一項，但還沒有完全解決。一旦這個問題解決了，他相信我國工業機器人會很快地打開市場。

　　“未來，應該把應用機器人和智能化結合起來，設計組合操作工具，加強集成化創新，形成以機器人為基礎的高端智能裝備。”徐德給出了這樣的寄語。