王耀南院士在2020國家機器人發(fā)展論壇作報告

作者簡介：王耀南，中國工程院院士，湖南大學(xué)教授。1981年畢業(yè)于東華理工大學(xué)電子計算機系，1989-1995年獲湖南大學(xué)工業(yè)自動化系碩士、博士學(xué)位，1995-1997年國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動控制系博士后研究，1998-2001年德國Bremen大學(xué)自動化系德國洪堡學(xué)者，2002-2004年德國Bremen大學(xué)BIBA研究所，歐盟第五框架國際合作重大項目首席科學(xué)家。2001-2020年擔(dān)任湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院院長，2014年任機器人視覺感知與控制技術(shù)國家工程實驗室主任，2015-2020年湖南大學(xué)機器人學(xué)院院長。

國家“百千萬人才工程”入選者、中國自動化學(xué)會會士、中國計算機學(xué)會會士、中國人工智能學(xué)會會士、國家863計劃智能機器人領(lǐng)域主題專家。中國圖象圖形學(xué)會理事長、全國智能機器人創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長、中國自動化學(xué)會常務(wù)理事、中國人工智能學(xué)會監(jiān)事、教育部科技委能源與交通學(xué)部委員、湖南省自動化學(xué)會理事長等。

長期從事智能控制與機器人技術(shù)的教學(xué)和科研工作。成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、國家科技進步二等獎4項、國際IEEE機器人與自動化領(lǐng)域“工業(yè)應(yīng)用最高獎”。培養(yǎng)博士70余名（含IEEE Fellow、長江學(xué)者、國家杰青等），發(fā)表IEEE等SCI論文160余篇，出版著作12部，獲國家發(fā)明專利80余項。獲得全國高等學(xué)校優(yōu)秀教師、全國五一勞動獎?wù)隆⑷珖冗M工作者、全國創(chuàng)新爭先獎等榮譽稱號。

一、 發(fā)展機器人的意義和目的

智能機器人發(fā)展永遠在路上。我國東漢時期就出現(xiàn)了駕駛車馬車，可以說是世界上最早出現(xiàn)的無人駕駛車，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機器人進入第二個階段開始為工業(yè)服務(wù)，20世紀(jì)機器人進入第三階段即智能機器人時代。

人類在最早進入現(xiàn)代工業(yè)時代時，便將機器人應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，使用工業(yè)機器人進行生產(chǎn)活動。由于勞動力極度短缺，二戰(zhàn)后日本、美國和德國大范圍應(yīng)用機器人替代人工，因此，二戰(zhàn)后的60年代這些國家就發(fā)展了工業(yè)機器人。

隨著機器人的誕生，其越來越多的應(yīng)用到汽車制造過程中，機器人技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，正朝著工業(yè)4.0的目標(biāo)大步前進。目前的機器人還只是自動化的裝置，并不是真的智能機器人，未來需要的是真正智能的機器人。

機器人是制造強國的重要工具，機器人能夠高效的完成焊接、加工、測量、檢測等，尤其是我國，國家重大裝備制造、例如航空及航天制造等方面離不開智能機器人，其在室內(nèi)的使用也具有廣泛前景。除此之外，機器人對國家民生工程方面也起到了至關(guān)重要的作用，機器人能輔助和替代人類完成危險的工作環(huán)節(jié)，能從事復(fù)雜、重復(fù)性高且耗時的任務(wù)，在大型工程建造、大型橋梁建造、應(yīng)用維護、海洋開發(fā)、太空探索及智能制造中都發(fā)揮了極大的作用。機器人是國家重大工程建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，是“新基建”建設(shè)中的重要時代脈絡(luò)。

發(fā)展機器人最重要的在制造業(yè)，機器人能夠解決制造業(yè)中的許多人工難點和痛點問題，例如人口老齡化、招工困難及制造難，產(chǎn)品迭代更新、小批量、多品種制造等方面的問題，同時也可以有效解決勞動力短缺、人口老齡化等問題。

二、 國內(nèi)外機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)今世界各國都在大力發(fā)展機器人技術(shù)，如美國的機器人計劃2.0，德國 、歐盟的工業(yè)4.0計劃、中國制造2025以及日本的機器人戰(zhàn)略，以推動機器人向著高端制造、智能制造進軍，搶占制高點。

從美國戰(zhàn)略2.0可以分析，美國戰(zhàn)略2.0強調(diào)多機器人之間相互交流和協(xié)作，打造機器人感知。德國工業(yè)4.0更多強調(diào)智能工廠，打造智能強國，在智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠當(dāng)中發(fā)揮機器人作用，通過信息物理系統(tǒng)將機器人融合到生產(chǎn)線中。歐盟期望打造機器人的協(xié)同，強調(diào)機器人之間的協(xié)作和面向醫(yī)療、人類生命健康的機器人及手術(shù)機器人。

中國機器人近十年來的發(fā)展可以分為兩個階段，前五年基本上在產(chǎn)業(yè)發(fā)展期，目前已經(jīng)進入高端期。機器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”, 其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，要把我國機器人水平提高上去。因此，我國需要將國家機器人產(chǎn)業(yè)提高上去，占領(lǐng)更多的市場，發(fā)展機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國的重大戰(zhàn)略需求。“中國制造2025年”和《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃綱要》等的發(fā)布就是要推進智能機器人發(fā)展，為國民經(jīng)濟和國家重大戰(zhàn)略、國家重大工程服務(wù)，圍繞機器人發(fā)展，各地政府和地方出臺了很多政策，其中就包括深圳市，深圳市在服務(wù)機器人領(lǐng)域的發(fā)力非常明顯。

三、 智能機器人的關(guān)鍵技術(shù)

機器人（Robot）是一種可以自動執(zhí)行操作或者移動作業(yè)的機械裝置，它具有感知、規(guī)劃、決策、控制等功能， 能夠完成人類難以完成的任務(wù)和重復(fù)、枯燥、危險或在惡劣環(huán)境下的工作。

從用途上機器人可以分為，工業(yè)機器人、農(nóng)業(yè)機器人、醫(yī)療機器人 、巡檢機器人等；從空間上可以分為有陸、海、空等機器人。其中，工業(yè)機器人是主力，其次是水下機器人、空間機器人等。

不管機器人有多復(fù)雜，不管是何種類型的機器人，它都是一個自動化的系統(tǒng)，具備感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機器人的關(guān)鍵技術(shù)主要就是四部分：本體機構(gòu)、感知、決策和執(zhí)行技術(shù)。用自動化的語言來描述即機器人是一個感知、決策和執(zhí)行的反饋控制系統(tǒng)。

機器人也涵蓋了許多的交叉學(xué)科，如機械工程、人工智能、控制科學(xué)、計算機、電子、材料以及多學(xué)科交叉融合。機器人在今天無處不在，被廣泛應(yīng)用到制造業(yè)、物流業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、人類生活服務(wù)、海洋、航空、航天等領(lǐng)域，其在汽車制造和電子制造中也發(fā)揮了極大的作用。

四、 機器人的未來發(fā)展方向

在裝備制造業(yè)，大型復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)建，例如航空航天器的制造等方面，也需要多機器人的協(xié)同裝配。除此之外，探月機器人等空間機器人近兩年也發(fā)展迅速，因為各國都在競爭太空資源，還有用于海洋的輔助、打撈、水下探測等的海洋機器人，應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的科技考察的科研機器人，例如珠穆朗瑪峰的攀登等在未來可使用機器人進行。

2020年新冠疫情爆發(fā)后，醫(yī)療機器人也將成為未來機器人發(fā)展的主攻方向，如開發(fā)出測溫-診斷智能機器人、智能消毒機器人、醫(yī)藥物資搬運智能機器人等疫情應(yīng)急防控機器人、助力機器人和防疫機器人等。腦機接口機器人是十大機器人熱點問題之一，軍用機器人、特種作業(yè)機器人也是未來的重大發(fā)展方向。

在科學(xué)雜志發(fā)布的機器人十大挑戰(zhàn)和方向中，智能機器人是其中最重要的一個方向，包括腦機接口、社會交互、醫(yī)療、多機器群等都是智能機器人的發(fā)展方向。智能機器人網(wǎng)絡(luò)、交互兩個特征，體現(xiàn)出了智能化自主感知功能。機器人必須具備五大要素：感知、規(guī)劃、決策、運動、自學(xué)習(xí)，其中智能感知、智能協(xié)作規(guī)劃和智能精準(zhǔn)控制是機器人的三大核心技術(shù)。

在機器人智能感知方面。設(shè)計完整的機器人視覺感知系統(tǒng)，打造微傳感、高智能化的感控一體的芯片是十分重要的發(fā)展方向，其中也有諸多的工作要做。其將在機器人的三維識別、SLAM技術(shù)，機器人測量等方面的應(yīng)用產(chǎn)生深遠的影響。

在機器人控制技術(shù)方面。機器人的柔順控制、機器人智能控制和多機器人協(xié)同控制都是當(dāng)下的研究熱點。其應(yīng)用中都體現(xiàn)出了基于深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)的機器人控制技術(shù)。任務(wù)分配、復(fù)雜任務(wù)精準(zhǔn)配置、網(wǎng)絡(luò)控制和控制彈性，在抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的情況下保證系統(tǒng)有條不紊的工作都是機器人控制技術(shù)需要研究的內(nèi)容。

機器人除了智能感知和智能控制，還需要穩(wěn)定有效的關(guān)節(jié)，機器人關(guān)節(jié)是其執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵部件。機器人要完成復(fù)雜的任務(wù)作業(yè)還需要有靈巧的手，無論是醫(yī)療、工業(yè)、航天，還是海洋機器人都要用手來完成復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，因此靈巧的手是機器人的第四個關(guān)鍵技術(shù)。

基于四大技術(shù)可以把機器人集成創(chuàng)新，形成機器人系統(tǒng)應(yīng)用，可以打造工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、特種作業(yè)機器人，將其應(yīng)用到不同領(lǐng)域。設(shè)計機器人的協(xié)同、調(diào)度、柔性自動化生產(chǎn)線，在制藥、飲料等行業(yè)應(yīng)用機器視覺，在汽車制造、電子裝配的某些工序等方面使用機器人替代人工等方面都是未來的發(fā)展方向。

目前的機器人還處于工業(yè)1.0、2.0的階段，未來機器人應(yīng)該是機器人3.0，除了具備目前的功能外還要具備情感交互、人機協(xié)作、自學(xué)習(xí)、人機交互、語義分析和自然語言理解等方面的功能，這樣才可以真正成為智能服務(wù)機器人，未來還期望機器人發(fā)展成自主服務(wù)機器人，進階到4.0階段。這其中有大量的工作需要完成，需要將AI技術(shù)，感知能力、記憶能力、學(xué)習(xí)能力、決策能力有機加入到機器人，讓機器人具備一個智能化、自主網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，形成機器人大盤。發(fā)展機器人，人工智能是其中的關(guān)鍵，人工智能三大核心技術(shù)，感知技術(shù)、認知技術(shù)、行為控制技術(shù)是決定智能機器人的未來。

未來機器人的應(yīng)用將面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化制造，基于柔性的自動化生產(chǎn)線進行小批量、多品種和個性化的制造。其需要具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特征，具備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的智能制造，形成從產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)、制造到服務(wù)的全流程智能制造。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造可以滿足個性化的生產(chǎn)與服務(wù)模式，以及復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境與任務(wù)，是未來工業(yè)向智能化生產(chǎn)發(fā)展的趨勢。機器人將在其中扮演重要作用。

在5G到來的時代背景下，在通訊速率提高，寬帶、時延減少的云空間下，借用5G技術(shù)打造新一代智能網(wǎng)聯(lián)電動車、智能無人飛行器、智能網(wǎng)聯(lián)電動車也是未來城市美好的生活向往，即打造智能網(wǎng)聯(lián)、無人駕駛、無人碼頭、機場。

人機交互也是非常重要的發(fā)展方向，人機協(xié)作模式將人的優(yōu)勢（智慧性、靈巧性）與機器人優(yōu)勢（高速率、高精度）深度結(jié)合，實現(xiàn)人機柔性作業(yè)，解決機器人部署成本高、柔性不足的問題。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)或者精準(zhǔn)醫(yī)療方面都有極其重要的應(yīng)用場景，它是將人工智能與機器人有機結(jié)合的強力紐帶，其中包括語言識別、物體識別、語意理解、情感分析、意圖理解以及決策層具備多模態(tài)交互、步態(tài)識別和交互等。

未來機器人發(fā)展一定是網(wǎng)絡(luò)化、自主化、協(xié)作化、靈巧化的，同時機器人發(fā)展需要一個規(guī)劃好的可執(zhí)行性的戰(zhàn)略，還要有創(chuàng)新的環(huán)境和下一代機器人的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，最關(guān)鍵的是要著力培養(yǎng)一批高水平科研帶頭人和產(chǎn)業(yè)隊伍人才。