隨著最近新興技術(shù)能力的提升和制造業(yè)創(chuàng)新的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展前景正發(fā)生著迅速的變化，新的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用也隨之涌現(xiàn)。隨著與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和智能制造之間的聯(lián)系不斷加深，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使企業(yè)得以在保持原地生產(chǎn)的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)競(jìng)爭實(shí)力。本文將對(duì)當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)和智能制造的創(chuàng)新前景進(jìn)行綜合概述。

　　根據(jù)《加拿大工業(yè)機(jī)械》（Canadian Industrial Machinery）2015年10月刊登的文章，數(shù)據(jù)表明對(duì)機(jī)器人技術(shù)的投資正在持續(xù)增加。文章報(bào)道了從北美機(jī)器人企業(yè)訂購的機(jī)器人的數(shù)量是空前的（14232臺(tái)機(jī)器人，價(jià)值8.4億美元，2014年同期，機(jī)器人數(shù)量增加1%，收入增加7%，保持了之前的記錄）。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的主要產(chǎn)行是汽車零部件、尤以在原材料處理和點(diǎn)焊中的應(yīng)用最為突出。同時(shí)，有意思的是，在美國這一行業(yè)的勞動(dòng)力中，受過專業(yè)培訓(xùn)的焊工十分短缺。根據(jù)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（見圖1），全球機(jī)器人行業(yè)收入截止2020年將有望超過1510億美元。Tractica報(bào)道其增長將主要來自非工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人預(yù)計(jì)將平穩(wěn)增長，在2020年收入達(dá)到約180億美元。

　　圖1：Tractica報(bào)道了2015-2016年，總的工業(yè)和非工業(yè)用機(jī)器人收益及其全球市場(chǎng)情況

　　就機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)而言，該產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)將在2014到2020年，主要在消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造300萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)?！?015技術(shù)潮流》（Technology Trends 2015）報(bào)道，從2017到2020年間，機(jī)器人技術(shù)的使用將帶來200萬個(gè)新增崗位。隨著康復(fù)治療機(jī)器人、可穿戴外骨骼機(jī)器人的進(jìn)步，僅在康復(fù)市場(chǎng)就有望增加40倍。預(yù)計(jì)2020年機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：微型機(jī)器人可攜帶緊急應(yīng)答器探索小型或危險(xiǎn)環(huán)境；可穿戴外骨骼機(jī)器人用于增強(qiáng)使用者的體力；人機(jī)接口可以幫助截肢者控制自身活動(dòng)并接收感覺反饋；模塊化機(jī)器人可在預(yù)設(shè)模式下完成專項(xiàng)任務(wù)；智能機(jī)器人結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行類人表達(dá)和反應(yīng)；通過引進(jìn)彈性納米管肌肉以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度；電源可換式機(jī)器人在離網(wǎng)區(qū)域啟動(dòng)應(yīng)用；機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)允許機(jī)器人接入數(shù)據(jù)庫，分享信息和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)；遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人可代替你在遙控區(qū)域進(jìn)行工作。

　　近十年，美國聯(lián)邦政府為提高美國競(jìng)爭力和促進(jìn)就業(yè)提出了多項(xiàng)動(dòng)議。由美國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)(美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）、美國農(nóng)業(yè)部（USDA）、美國國家航空航天局（NASA）和國家衛(wèi)生研究所（NIH））共同贊助的國家機(jī)器人計(jì)劃（NRI）在2011年啟動(dòng)，旨在促進(jìn)機(jī)器人在美國的發(fā)展和使用，以協(xié)助人類或與人類共同工作。就制造業(yè)而言，這一計(jì)劃覆蓋了從基礎(chǔ)研究和開發(fā)到產(chǎn)業(yè)制造和配置的整個(gè)生命周期。此外，機(jī)器人還是美國商務(wù)部（U.S. Department of Commerce）美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）的優(yōu)先主題。特別是，他們著重將協(xié)同制造機(jī)器人作為增強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭力的必要工具，通過極大提升反應(yīng)能力和創(chuàng)新能力來實(shí)現(xiàn)。在人—機(jī)協(xié)作主題下，與人協(xié)作的機(jī)器人以及“自己動(dòng)手（do-it-yourself）”工業(yè)機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人的新的生力軍出現(xiàn)在大眾面前。這些機(jī)器人可以同人一起或者在人旁邊工作，完成之前需要人機(jī)分開完成的任務(wù)。

　　今天，人機(jī)合作/共存的時(shí)代終于到來，在真實(shí)世界中，無論是在大型工廠還是小型作坊的制造現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)器人同人類一起工作。然而，跳出當(dāng)前應(yīng)用局限，能在更廣闊的行業(yè)和制造商中廣泛應(yīng)用的高級(jí)機(jī)器人系統(tǒng)需要具備較高的能力、感知力、敏捷性、可移動(dòng)性、復(fù)位性和操作安全性，還應(yīng)便于指派任務(wù)和重復(fù)指派任務(wù)。機(jī)器人不是單獨(dú)的實(shí)體，它們應(yīng)用于廣闊行業(yè)中，存在于商業(yè)世界里，必須無縫而快速地與之融合。換言之，機(jī)器人技術(shù)改變著商業(yè)模式和一體化戰(zhàn)略；由科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，存在于工廠“內(nèi)外”。

　　機(jī)器人技術(shù)被視為是能夠變革制造業(yè)的關(guān)鍵改造技術(shù)。此外，改良的機(jī)器人技術(shù)和制造自動(dòng)化的廣泛采用將享有知識(shí)產(chǎn)權(quán)和財(cái)富；通過提高企業(yè)競(jìng)爭力來拯救企業(yè)；提供機(jī)器人維護(hù)和培訓(xùn)的工作崗位；使工廠安全使用人機(jī)團(tuán)隊(duì)；減少高額的醫(yī)藥問題；以及減少成品在渠道流通的時(shí)間來更快速地響應(yīng)零售商需求的變化。

　　許多人將始于十八世紀(jì)晚期的工業(yè)革命劃分為四個(gè)階段。在工業(yè)革命的第三階段引入了機(jī)器人，從而開始了機(jī)器人技術(shù)革命。機(jī)器人技術(shù)革命的第一和第二階段的形式是基礎(chǔ)自動(dòng)化，機(jī)器人的工作區(qū)視為人類的障礙。第四次工業(yè)革命（被稱為工業(yè)4.0）給我們帶來了移動(dòng)性更好、更智能和感知更強(qiáng)、能力更高的機(jī)器人。機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑽锢硐到y(tǒng)（CPS）。工業(yè)4.0智能工廠——可自我編程的互聯(lián)行業(yè)即將來臨。

　　正如《NRI機(jī)器人技術(shù)路線圖》（NRI Robotics Roadmap）所報(bào)道的，研發(fā)一套基礎(chǔ)機(jī)器人技術(shù)是提供制造業(yè)技術(shù)路線圖預(yù)期的關(guān)鍵能力所需要的。每個(gè)關(guān)鍵能力源于制造業(yè)（礦業(yè)、加工業(yè)、分立零件制造業(yè)、裝配、物流——運(yùn)輸&分派）中一個(gè)或多個(gè)重要的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。穿越弗若斯特沙利文公司（Frost&Sullivan）呈現(xiàn)的2000年及之后的移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)路線圖，在21世紀(jì)初期，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程接口系統(tǒng)促進(jìn)了可控貨倉/管理系統(tǒng)、可穿戴式外骨骼技術(shù)和遙控機(jī)器的產(chǎn)生。到2010年的十年間，自動(dòng)滑行隨著半自主機(jī)器和僅能進(jìn)行有限人機(jī)互動(dòng)的人工智能初始階段的出現(xiàn)而出現(xiàn)。可以預(yù)見，2020年及之后，具有人類情感、流利交流能力和適應(yīng)環(huán)境的協(xié)同機(jī)器人和智能機(jī)器的全面自主將會(huì)出現(xiàn)。

　　截止2020年，物聯(lián)網(wǎng)將由上萬億的海量傳感器驅(qū)動(dòng)，其中許多傳感器將嵌入新興的機(jī)器人系統(tǒng)中，為物理世界提供物聯(lián)網(wǎng)信息價(jià)值環(huán)的信息物理連接（創(chuàng)造—交流—聚合—分析—行動(dòng)）。隨著智能傳感器和高級(jí)分析的出現(xiàn)，介入應(yīng)用將具體化，使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不再僅限于監(jiān)控。

　　智能制造是基于物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)和云系統(tǒng)的工業(yè)4.0新創(chuàng)舉。就技術(shù)上而言，它是一門狹義的學(xué)科，包括但不限于生產(chǎn)管理技術(shù)、供應(yīng)鏈管理、模擬、維護(hù)、機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）、設(shè)施和傳感器網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)會(huì)議共同組織者——智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟（Smart Manufacturing Leadership Coalition，SMLC）和國家科學(xué)基金會(huì)，智能制造以企業(yè)/工廠為主導(dǎo)，包含可靠且可擴(kuò)充的方式，為制造業(yè)提供基于模型的操作和決策支持，能夠穩(wěn)健地應(yīng)對(duì)變化和差異。智能制造通過數(shù)據(jù)、協(xié)同信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)企業(yè)（制造現(xiàn)場(chǎng)—商務(wù)體系—供應(yīng)鏈連接）發(fā)展控制戰(zhàn)略和開放性平臺(tái)技術(shù)（公共—私人伙伴關(guān)系）而進(jìn)行智能產(chǎn)品制造的。未來智能工廠共有15個(gè)核心元素，其中三個(gè)毫無疑問屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域（信息物理系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛車輛和柔性機(jī)器人）。根據(jù)NIST給出的描述，智能制造是“完全集成的協(xié)同制造系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)響應(yīng)，以滿足在工廠、供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和客戶需求方面，不斷變化的需求和條件”。分享同一個(gè)目標(biāo)的不同智能制造聯(lián)盟協(xié)作努力，在整個(gè)價(jià)值鏈中通過開放式連接實(shí)現(xiàn)工業(yè)實(shí)踐的現(xiàn)代化

　　最后，物理和數(shù)字世界的聚合孕育了智能工廠和新一代的工業(yè)機(jī)械。在這個(gè)被稱為工業(yè)4.0的新時(shí)代里，聚焦使用物聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以簡化制造和業(yè)務(wù)流程，提升功能和精度，增強(qiáng)質(zhì)量和能力14。幾乎所有的方面都是數(shù)字化的，包括機(jī)器控制、監(jiān)控、管理以及數(shù)據(jù)上報(bào)和分析。甚至操作者也通過人機(jī)界面（HMI）與機(jī)器進(jìn)行數(shù)字化互動(dòng)。智能工廠帶來了許多好處，包括操作時(shí)間的減少、提高生產(chǎn)能力的機(jī)會(huì)、促進(jìn)產(chǎn)量、提升效率以及通過高級(jí)數(shù)據(jù)分析減少停機(jī)時(shí)間。機(jī)器人技術(shù)是智能制造創(chuàng)新前景的關(guān)鍵組成，也是工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)提出的向計(jì)算機(jī)化工業(yè)生產(chǎn)和智能工廠邁進(jìn)這一構(gòu)想的完美體現(xiàn)。