（上海大学）

特种机器人的现状与发展趋势

20世纪70年代以来，机器人作为生产自动化的典型代表，在制造业获得了巨大的成功。进入80年代，机器人技术在信息技术、控制技术迅速发展的支持下，其应用范围已远远超出制造业，还被广泛地应用于非制造领域，在非制造领域应用机器人已成为当今国际自动化技术发展的重要方向。目前国际上非制造领域的机器人技术，也称为特种机器人技术的研究和开发非常活跃。

21世纪不仅制造业将进入一个新的阶段，而且据专家预测，21世纪的前20年，也将是非制造业自动化技术快速发展时期。机器人以及其他智能机器和自动化装备将在空间及海洋探索、农业及食品加工、采掘、建筑、医疗、服务、交通运输、军事和娱乐等领域具有广阔的市场前景。随着人民生活水平的提高及人口的老龄化，对服务机器人的需求在日益增长。由于陆地资源逐渐枯竭，大规模开发和利用各种海洋资源将是21世纪的伟大事业。空间技术的发展，满足特种需要的空间工业也正在兴起。无论是开发海洋还是空间技术都离不开特种机器人。21世纪将是特种机器人迅速发展的时代。

在非制造领域中应用的特种机器人，通常是在非结构化环境下工作。所谓非结构化环境，是指作业无法在事先布置好的条件下进行，而且在作业过程中环境可能发生变化。与结构化环境下作业的工业机器人相比，特种机器人与环境的交互作用更加复杂，控制更加困难，要求的智能程度更高。开发适应于非结构化环境下工作的机器人是一个更加复杂的发展目标。

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力的协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。在研究和开发未知和不确定环境下作业的特种机器人的过程中，人们逐步认识到特种机器人技术的本质是感知、决策、行动、交互四大技术的结合。随着人们对特种机器人技术智能化本质认识的加深，特种机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。

结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策和行动能力的特种机器人，如移动机器人、微机器人、仿人机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空间机器人等。这些特种机器人从外观上已远远脱离了最初工业机器人所具有的形状，更加符合应用领域的特殊要求，其功能和智能程度也大大超出了工业机器人的范围，从而使机器人技术呈现出更加广阔的发展空间。

特种机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的前沿发展，它在人类生活应用领域的不断扩大，正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。正因为如此，研究和发展特种机器人技术一直受到世界各国的重视，许多国家都把特种机器人技术列入本国的高技术发展计划或国家的关键技术进行研究和开发。如美国的“国家关键技术”、“商业部新兴技术”和“国防部和能源部关键技术”计划，欧共体的“尤里卡计划（EUREKA）”和“信息技术研究发展战略计划（ESPAIT）”，新加坡、韩国、巴西等发展中国家都有相应的计划内容。

我国特种机器人技术发展的战略

特种机器人技术主要研究非制造业应用并服务与人类的各种先进机器人及其相关高技术，是替代人在危险、恶劣环境下作业必不可少的工具，是辅助完成人类无法完成的如空间与深海作业、精密操作、在管道内作业等的关键技术装备。特种机器人技术是我国急需开发、利用空间与水下资源、实施基因工程、开发生物芯片、开发微电子机械系统（MEMS）的核心技术之一，已成为世界公认的21世纪前沿高技术之一，在能源、交通、海洋、航空航天、生物、医疗、服务、农业、军事和娱乐等领域具有非常广阔的应用前景。

我国的特种机器人在国家八六三计划智能机器人主题15年工作取得的成果基础上，将重点开展以实现技术跨越为目标的特种机器人研究；用机器人技术、信息技术等对传统机械产品进行改造，发展新一代智能机器和系统；我国特种机器人的研究、开发、应用是面向我国制造业底层装备的技术进步，开展先进制造工艺与装备技术的研究、开发和应用。努力实现我国特种机器人产品化开发及实用化工程的跨越式发展，确保在国际特种机器人前沿高技术领域占有一席之地。

为实现上述目标，将在应用基础技术研究、关键技术攻关，以及产品原型样机开发及应用三个层次开展工作：

应用基础技术研究

针对21世纪我国对发展特种机器人技术中长期的战略性需求，结合国际机器人与自动化学科的前沿发展，主要开展非结构化环境作业的新型移动机器人、仿人与仿生机构学与动力学、新型传感器与传感器信息处理和融合、基于网络的机器人技术、人机交互与人机共存环境、微小型机器人的能量供给、通信、控制与检测、微系统设计与集成等研究。

关键技术攻关

针对水下作业、管道作业、农林作业、微操作、医疗与服务等领域应用特种机器人的需求，攻克一批为产品化开发与工程应用提供支持的关键技术，包括：水下作业机器人支撑技术；微小型机器人系统的微视觉、微驱动器；面向医疗的影像信息融合、医用机器人机构与人机交互导航与控制；农业机器人的共性技术与先进设计平台；具有开放式结构的标准化、模块化、网络化机器人控制器；多传感器系统及导航定位技术；面向遥控操作机器人的临场感技术与虚拟现实技术；以及仿人机器人创新机构设计、协调控制及人类行为特征的模拟与实现等。

产品原型开发与应用

结合应用需求，开发作业型水下机器人、微操作机器人、医疗机器人、管道作业机械人、农业机器人与服务机器人等产品样机，包括相应的配套周边工具与设备，开展应用示范工程，带动我国特种机器人产品化开发及实用化工程的跨越式发展，确保在国际特种机器人前沿技术领域占有一席之地。因此，我国今后的发展将主要集中在以下四方面：

微操作机器人技术及原型样机微操作机器人系统是以亚微米、纳米运动定位技术为核心，在较小空间中进行精密操作、作业的装备，可广泛应用于生物显微操作，开发面向光学工程的光纤对接微操作机器人以及微电子机械器件的加工设备，促进国家后基因生物工程、信息技术的发展。

医用机器人关键技术与原型机作为高技术医疗器械的典型代表，医用机器人能完成或辅助完成常规方法、设备难以完成的复杂诊断与治疗手术，已在神经外科手术、人工关节置换、显微外科、无损伤检测等方面带来一系列医疗技术与方法的变革，将大大提高人类医疗水平，并形成新的高技术医疗器械产业。

管道作业机器人技术与产品样机管道机器人能完成各种不同直径、不同长度的油、气、水等管道的监测、诊断和维护，有效减少泄露损失、消除各种有毒有害、易燃易爆物品由于泄露造成的事故隐患，对保障管道的安全、高效运营与延长管道寿命具有十分重要的意义。

仿人机器人技术及原型样机仿人机器人是多学科先进技术的综合体现，所涉及关键技术的研究成果对国民经济多个领域有重要的推动作用，是一个国家在先进制造技术和自动化领域的研究水平和实力的重要体现之一。仿人机器人走进社会、使机器人融入人类生活，对于推动人类生活方式的变革有重要意义。因此机器人“人”化已成为当前机器人领域最活跃的研究热点之一。