機器人（Robot）是一種能夠半自主或全自主工作的智能機器。機器人能夠通過編程和自動控制來執(zhí)行諸如作業(yè)或移動等任務。歷史上最早的機器人見于隋煬帝命工匠按照柳抃形象所營造的木偶機器人，施有機關(guān)，有坐、起、拜、伏等能力。 機器人具有感知、決策、執(zhí)行等基本特征，可以輔助甚至替代人類完成危險、繁重、復雜的工作，提高工作效率與質(zhì)量，服務人類生活，擴大或延伸人的活動及能力范圍。

       2021年，美國1/3的手術(shù)是使用機器人系統(tǒng)進行的。 2023年，美國亞利桑那州立大學（ASU）科學家研制出了世界上第一個能像人類一樣出汗、顫抖和呼吸的戶外行走機器人模型。

組成

　　機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。

　　執(zhí)行機構(gòu)即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構(gòu)，其中的運動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運動坐標形式的不同，機器人執(zhí)行機構(gòu)可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關(guān)節(jié)坐標式等類型。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機器人）等。

　　驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。

　　檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進行比較后，對執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)整，以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測機器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機器人的動作能適應外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關(guān)信息，利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路，從而將大大提高機器人的工作精度。

　　控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制，如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統(tǒng)的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發(fā)送指令信息；作為下級從機，各關(guān)節(jié)分別對應一個CPU，進行插補運算和伺服控制處理，實現(xiàn)給定的運動，并向主機反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務要求的不同，機器人的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。

發(fā)展歷史

　　1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中，根據(jù)Robota(捷克文，原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文，原意為“工人”)，創(chuàng)造出“機器人”這個詞。

　　1939年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人Elektro。它由電纜控制，可以行走，會說77個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務活還差得遠。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。

　　1942年 美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機器人三定律”。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學術(shù)界默認的研發(fā)原則。

　　1948年 諾伯特·維納出版《控制論》，闡述了機器中的 通信 和控制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律，率先提出以計算機為核心的自動化工廠。

　　1954年 美國人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人，并注冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。

　　1956年 在達特茅斯會議上，馬文·明斯基提出了他對智能機器的看法：智能機器“能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型，如果遇到問題，能夠從抽象模型中尋找解決方法”。這個定義影響到以后30年智能機器人的研究方向。

　　1959年 德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。隨后，成立了世界上第一家機器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機器人之父”。

　　1962年 美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”(意思是萬能搬運),與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機器人，并出口到世界各國，掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮。

　　1962年-1963年傳感器的應用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器，包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器，托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器，而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在1965年，幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積木的機器人系統(tǒng)。

　　1965年約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制出Beast機器人。Beast已經(jīng)能通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。20世紀60年代中期開始，美國麻省理工學院、斯坦福大學、英國愛丁堡大學等陸續(xù)成立了機器人實驗室。美國興起研究第二代帶傳感器、“有感覺”的機器人，并向人工智能進發(fā)。

　　1968年 美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機器人Shakey。它帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木,不過控制它的計算機有一個房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺智能機器人，拉開了第三代機器人研發(fā)的序幕。

　　1969年 日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機器人。加藤一郎長期致力于研究仿人機器人，被譽為“仿人機器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機器人和娛樂機器人的技術(shù)見長，后來更進一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO?！?/p>

　　1973年 世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作，就誕生了美國Cincinnati Milacron公司的機器人T3。

　　1978年 美國Unimation公司推出通用工業(yè)機器人PUMA，這標志著工業(yè)機器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。

　　1984年 英格伯格再推機器人Helpmate，這種機器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年，他還預言：“我要讓機器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全”。

　　1990年 我國著名學者周海中教授在《論機器人》一文中預言：到二十一世紀中葉，納米機器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞健！?/p>

　　1998年 丹麥樂高公司推出機器人(Mind-storms)套件，讓機器人制造變得跟搭積木一樣，相對簡單又能任意拼裝，使機器人開始走入個人世界?！?/p>

　　1999年 日本索尼公司推出犬型機器人愛寶(AIBO)，當即銷售一空，從此娛樂機器人成為目前機器人邁進普通家庭的途徑之一。

　　2002年 美國iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba，它能避開障礙，自動設(shè)計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機器人。iRobot公司北京區(qū)授權(quán)代理商：北京微網(wǎng)智宏科技有限公司。

　　2006年 6月，微軟公司推出Microsoft Robotics Studio，機器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯，比爾·蓋茨預言，家用機器人很快將席卷全球。

分類

　　誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。

　　家務型機器人：能幫助人們打理生活，做簡單的家務活。

　　操作型機器人：能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關(guān)自動化系統(tǒng)中。

　　程控型機器人：按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。

　　示教再現(xiàn)型機器人：通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復進行作業(yè)。 

　　數(shù)控型機器人：不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進行作業(yè)。

　　感覺控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。

　　適應控制型機器人：能適應環(huán)境的變化，控制其自身的行動。

　　學習控制型機器人：能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學習功能，并將所“學”的經(jīng)驗用于工作中。

　　智能機器人：以人工智能決定其行動的機器人。

　　我國的機器人專家從應用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，即工業(yè)機器人和特種機器人。所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務于人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。

　　空中機器人又叫無人機器，近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術(shù)進步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領(lǐng)域。80多年來，世界無人機的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進的，無論從技術(shù)水平還是無人機的種類和數(shù)量來看，美國均居世界之首位。

技術(shù)參數(shù)

　　技術(shù)參數(shù)是機器人制造商在產(chǎn)品供貨時所提供的技術(shù)數(shù)據(jù)。不同的機器人其技術(shù)參數(shù)不一樣，而且各廠商所提供的技術(shù)參數(shù)項目和用戶的要求也不完全一樣。但是，機器人的主要技術(shù)參數(shù)一般都應有：自由度、定位精度和重復定位精度、工作范圍、最大工作速度、承載能力等。

自由度

　　自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，不包括手爪（末端操作器）的開合自由度。在三維空間中描述一個物體的位姿需要6個自由度。但是，機器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計的，可能少于6個自由度，也可能多于6個自由度。例如，A4020型裝配機器人具有4個自由度，可以在印制電路板上接插電子器件；PUMA562型機器人具有6自由度，可以進行復雜空間曲面的弧焊作業(yè)。從運動學的觀點看，在完成某一特定作業(yè)時具有多余自由度的機器人，就叫作冗余自由度機器人，亦可簡稱冗余度機器人。例如PUMA562機器人去執(zhí)行印制電路板上接插電子器件的作業(yè)時，就成為冗余度機器人。利用冗余的自由度可以增加機器人的靈活性、躲避障礙物和改善動力性能。人的手臂（大臂、小臂、手腕）共有7個自由度，所以工作起來很靈巧，手部可回避障礙物從不同方向到達同一個目的點。

　　大多數(shù)機器人從總體上看是個開鏈機構(gòu)，但其中可能包含有局部閉環(huán)機構(gòu)。閉環(huán)機構(gòu)可提高剛性，但限制了關(guān)節(jié)的活動范圍，因而會使工作空間減小。

定位精度

　　機器人精度包括定位精度和重復定位精度。定位精度是指機器人手部實際到達位置與目標位置的差異。重復定位精度是指機器人重復定位其手部于同一目標位置的能力，可以用標準偏差這個統(tǒng)計量來表示。它是衡量一系列誤差值的密集度，即重復度。

　　機器人操作臂的定位精度是根據(jù)使用要求確定的，而機器人操作臂本身所能達到的定位精度，取決于定位方式、運動速度、控制方式、臂部剛度、驅(qū)動方式、緩沖方法等因素。 

　　工藝過程的不同，對機器人操作臂重復定位精度的要求也不同。

　　當機器人操作臂達到所要求的定位精度有困難時，可采用輔助工夾具協(xié)助定位的辦法，即機器人操作臂把被抓取物體送到工、夾具進行粗定位，然后利用工、夾具的夾緊動作實現(xiàn)工件的最后定位。這種辦法既能保證工藝要求，又可降低機器人操作臂的定位要求。

工作范圍

　　工作范圍是指機器人操作臂末端或手腕中心所能到達的所有點的集合，也叫做工作區(qū)域。因為末端執(zhí)行器的形狀和尺寸是多種多樣的，為了真實反映機器人的特征參數(shù)，所以是指不安裝末端執(zhí)行器時的工作區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的。機器人在執(zhí)行某一作業(yè)時，可能會因為存在手部不能到達的作業(yè)死區(qū)（dead zone）而不能完成任務。 

　　機器人操作臂的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運動的軌跡來確定。一個操作運動的軌跡往往是幾個動作合成的，在確定工作范圍時，可將運動軌跡分解成單個動作，由單個動作的行程確定機器人操作臂的最大行程。為便于調(diào)整，可適當加大行程數(shù)值。各個動作的最大行程確定之后，機器人操作臂的工作范圍也就定下來了。

最大工作速度

　　通常指機器人操作臂末端的最大速度。提高速度可提高工作效率，因此提高機器人的加速減速能力，保證機器人加速減速過程的平穩(wěn)性是非常重要的。

承載能力

　　承載能力是指機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。機器人的載荷不僅取決于負載的質(zhì)量，而且還與機器人運行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力是指高速運行時的承載能力。通常，承載能力不僅要考慮負載，而且還要考慮機器人末端操作器的質(zhì)量。 

運動速度

　　機器人或機械手各動作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作節(jié)拍分配每個動作的時間，進而確定各動作的運動速度。如一個機器人操作臂要完成某一工件的上料過程，需完成夾緊工件，手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)等一系列動作，這些動作都應該在工作節(jié)拍所規(guī)定的時間內(nèi)完成。至于各動作的時間究竟應如何分配，則取決于很多因素，不是一般的計算所能確定的。要根據(jù)各種因素反復考慮，并試作各動作的分配方案，進行比較平衡后，才能確定。節(jié)拍較短時，更需仔細考慮。

　　機器人操作臂的總動作時間應小于或等于工作節(jié)拍。如果兩個動作同時進行，要按時間較長的計算。一旦確定了最大行程和動作時間，其運動速度也就確定下來了。

　　分配各動作時間應考慮以下要求。 

　　①給定的運動時間應大于電氣、液（氣）壓元件的執(zhí)行時間。

　?、谏炜s運動的速度要大于回轉(zhuǎn)運動的速度。因為回轉(zhuǎn)運動的慣性一般大于伸縮運動的慣性。機器人或機械手升降、回轉(zhuǎn)及伸縮運動的時間要根據(jù)實際情況進行分配。如果工作節(jié)拍短，上述運動所分配的時間就短，運動速度就一定要提高。但速度不能太高，否則會給設(shè)計、制造帶來困難。在滿足工作節(jié)拍要求的條件下，應盡量選取較低的運動速度。機器人或機械手的運動速度與臂力、行程、驅(qū)動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應根據(jù)具體情況加以確定。 

　?、墼诠ぷ鞴?jié)拍短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進行。為此，驅(qū)動系統(tǒng)要采取相應的措施，以保證動作的同步。

應用

醫(yī)療行業(yè)

       在醫(yī)療行業(yè)中，許多疾病都不能只靠口服外敷藥物治療，只有將藥物直接作用于病灶上或是切除病灶才能達到治療的效果，現(xiàn)代醫(yī)療手段最常使用的方法就是手術(shù)，然而人體生理組織有許多極為復雜精細而又特別脆弱的地方，人的手動操作精度不足以安全的處理這些部位的病變，但是這些部位的疾病都是非常危險的，如果不加以干預，后果是非常致命的。

       隨著科技的進展，這些問題逐漸得到解決，微型機器人的問世為這一問題提供了解決的方法，微型機器人由高密度納米集成電路芯片為主體，擁有不亞于大型機器人的運算能力和工作能力且可以遠程操控，其微小的體積可以進入人的血管，并在不對人體造成損傷的情況下進行治療和清理病灶。還可以實時的向外界反饋人體內(nèi)部的情況，方便醫(yī)生及時做出判斷和制定醫(yī)療計劃。有些疾病的檢查和治療手段會給患者造成大量的痛苦，比如胃鏡，利用微型機器人就可以在避免增加患者痛苦的前提下完成身體內(nèi)部的健康檢查。截止到2022年，制約微型機器人發(fā)展的關(guān)鍵因素在于成本非常昂貴，稀有金屬的替代品的尋找將成為未來發(fā)展的重要方向。 

       2021年，美國1/3的手術(shù)是使用機器人系統(tǒng)進行的。機器人更常被應用于醫(yī)院的門診外科手術(shù)中。機器人助手正在被整合到醫(yī)療領(lǐng)域，以改善服務質(zhì)量，提高治療和護理工作的效率。 

軍事行業(yè)

       將機器人最早應用于軍事行業(yè)始于二戰(zhàn)時期的美國，為了減少人員的傷亡，作戰(zhàn)任務執(zhí)行前都會先派出偵查無人機到前方打探敵情。在兩軍作戰(zhàn)的時候，能夠先一步了解敵人的動向要比單純增加兵力有用得多。隨著科技的進步，戰(zhàn)爭機器人在軍事領(lǐng)域的應用越來越廣泛，從最初的偵查探測逐漸拓展到戰(zhàn)斗和拆除行動。利用無人機制敵于千里之外成為軍事戰(zhàn)略的首選，拆彈機器人可以精確的拆彈排彈，避免了拆彈兵在戰(zhàn)斗中的傷亡。擁有完備的軍事機器人系統(tǒng)逐漸成為一個現(xiàn)代強國必不可少的發(fā)展部分。 

教育行業(yè)

       教育機器人是一個新興的概念，多年來，機器人領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展研究方向都是如何應用于生活中代替人們完成體力或是危險工作，而教育機器人則是以機器人為媒介，對人進行教育或是對機器人進行編程完成學習目標。教育機器人作為一個新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展非常迅速，其主要形式為一些機器人啟蒙教育工作室，對兒童到青年不同的人群進行機器人組裝調(diào)試編程控制等方面的教學。大型的教育機器人公司也會承辦一些從小學到大學組的機器人競賽，通常包含窄足、交叉足場地競步，體操表演比賽。對于機器人的推廣有著極為重要的作用。

地鐵巡檢

       2023年，一臺擁有“超強大腦”的在列車檢修領(lǐng)域試點應用的列車智能巡檢機器人在京港地鐵17號線次渠南停車場工作。

生產(chǎn)生活

       工廠制造業(yè)的發(fā)展歷程十分久遠，最初的工廠都是以手工業(yè)為主，后來逐漸發(fā)展成手工與機床結(jié)合的生產(chǎn)方式?，F(xiàn)代社會的供給需求對生產(chǎn)力的要求越來越高，工廠對于人力成本方面的問題也一直難以攻克，尤其對于工作人員的管理和安全保障是最為難辦的問題。對于一些會產(chǎn)生有毒有害氣體粉塵或是有些爆炸和觸電風險的工作場合，機械臂憑借著良好的仿生學結(jié)構(gòu)可以代替人手完成幾乎全部的動作。為了適應大規(guī)模的批量生產(chǎn)，零散的機械臂逐漸發(fā)展組合成完整的生產(chǎn)流水線，工人只需要進行簡單的操作和分揀包裝，其余的工作全部都由生產(chǎn)流水線自動完成。

       隨著技術(shù)的成熟，機器人和人們的生活的關(guān)系越來越密切，智能家居成為當下非常熱門的話題，掃地機器人算是智能家居推廣的先行者，將機器人技術(shù)引入住宅可以使生活更加安全舒心，尤其家里有老人和兒童，智能的家居和家政機器人可以起到自動操作調(diào)整模式并保障安全的作用。

實驗室

       機器人學國家重點實驗室（State Key Laboratory of Robotics）依托于中國科學院沈陽自動化研究所，前身是中國科學院機器人學開放實驗室。該實驗室是中國機器人學領(lǐng)域最早建立的部門重點實驗室，中國機器人學領(lǐng)域著名科學家蔣新松院士1989-1997年曾任實驗室主任。近二十年來，實驗室在機器人學基礎(chǔ)理論與方法研究方面與國際先進水平同步發(fā)展，并在機器人技術(shù)前沿探索和示范應用等方面取得一批有重要影響的科研成果，充分顯示出實驗室具有解決國家重大科技問題的能力。中國在沈陽渾南技術(shù)開發(fā)區(qū)的“新松機器人”公司即是中國的該科研領(lǐng)域的基地。該實驗室機器人學研究總體水平在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域處于核心和帶頭地位，是國內(nèi)外具有重要影響的機器人學研究基地。  

       實驗室定位于為中國經(jīng)濟和社會發(fā)展、國家安全和重大科學工程提供所需要的機器人技術(shù)與系統(tǒng)，研究機器人學基礎(chǔ)理論與方法、發(fā)展可行技術(shù)和平臺樣機系統(tǒng)，培養(yǎng)和匯聚從事機器人學研究的高水平人才，推動中國先進機器人技術(shù)與系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。主要面向發(fā)展具有感知、思維和動作能力的先進機器人系統(tǒng)，研究機器人學基礎(chǔ)理論方法、關(guān)鍵技術(shù)、機器人系統(tǒng)集成技術(shù)和機器人應用技術(shù)。

       實驗室堅持對外開放，吸引國內(nèi)外專家學者開展交流與合作研究。通過設(shè)立基金課題，實驗室與國內(nèi)有關(guān)從事機器人學研究的近30所大學、研究所和企業(yè)建立了聯(lián)系，幾乎涵蓋國內(nèi)從事機器人學研究的所有單位。實驗室結(jié)合自身的發(fā)展方向，有針對性地與國內(nèi)外知名科研團隊建立合作關(guān)系。這些合作，對于本實驗室加強學科建設(shè)、了解國家需求、建立有針對性的演示驗證系統(tǒng)，發(fā)揮了重要作用。

       機器人實驗室是專注于機器人技術(shù)研究與開發(fā)的空間，致力于機器人技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應用開發(fā)，包括機器學習、傳感器技術(shù)和自動控制等領(lǐng)域。以下是對機器人實驗室的詳細闡述：

一、實驗室特點

       1、高度集成：實驗室將多種智能機器人技術(shù)集成在一起，包含感知、決策、執(zhí)行等環(huán)節(jié)，為科研人員提供全面的技術(shù)支持。

       2、開放共享：實驗室對所有科研人員開放，鼓勵跨學科、跨領(lǐng)域的合作，推動創(chuàng)新成果的共享。

       3、實踐性強：實驗室配備完善的實驗設(shè)備和工具，如服務機械人平臺、機器人應用系統(tǒng)開放平臺、智能機械臂、無人機等，使科研人員可以迅速將理論應用于實踐，增強研發(fā)效率。

       4、國際化視野：實驗室積極開展國際交流與合作，引進國外先進技術(shù)，提升我國智能機器人領(lǐng)域的競爭力。

二、研究與應用領(lǐng)域

       1、研究領(lǐng)域：機器人實驗室主要進行人工智能與機器學習、機械設(shè)計與制造等方面的研究。

       2、應用領(lǐng)域：機器人實驗室的研究成果廣泛應用于醫(yī)療、教育、互聯(lián)網(wǎng)、環(huán)保等多個領(lǐng)域。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，機器人可以用于倉儲配送一體化自動化藥房、自動配藥系統(tǒng)、力控按摩、超聲影像系統(tǒng)等；在教育領(lǐng)域，機器人可以用于智能制造示范線、智能柔性抓取科研與教學平臺等。

三、人才培養(yǎng)與學術(shù)交流

       1、人才培養(yǎng)：機器人實驗室注重培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，為我國智能機器人產(chǎn)業(yè)提供人才支持。通過實驗室的資源和設(shè)備，學生能夠在智能機器人領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新應用開發(fā)，涉及人機協(xié)作、自主導航和環(huán)境感知等關(guān)鍵領(lǐng)域。

       2、學術(shù)交流：實驗室積極開展國內(nèi)外學術(shù)交流與合作，提升我國智能機器人領(lǐng)域的國際地位。通過參加國際學術(shù)會議、舉辦學術(shù)研討會等方式，實驗室成員與國內(nèi)外同行保持緊密聯(lián)系，共同推動智能機器人技術(shù)的發(fā)展。

四、實驗室案例

       以騰訊機器人實驗室（RoboticsX）為例，該實驗室自2018年成立以來，匯集了國內(nèi)頂尖的機器人研究人才，并力爭在前沿技術(shù)上開辟新的疆域。RoboticsX專注于移動、操作與智能決策三大核心能力的研究，通過團隊的努力和集思廣益，已經(jīng)取得了多項具有創(chuàng)新性的成果，如能夠做空翻的Ollie和四足機器狗Max等。

五、未來發(fā)展

       隨著技術(shù)的不斷進步和市場的不斷擴大，機器人實驗室將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。未來，機器人實驗室將繼續(xù)致力于機器人技術(shù)的創(chuàng)新與應用，推動智能機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為人類社會的進步做出更大的貢獻。

       綜上所述，機器人實驗室在智能機器人領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，通過高度集成、開放共享、實踐性強和國際化視野等特點，推動機器人技術(shù)的研究與應用不斷向前發(fā)展。

研究進展

       2021年，據(jù)《科技日報》報道，美國的研究團隊創(chuàng)造了一種有史以來首次可以自我繁殖的異形機器人（Xenobots 3.0），《美國國家科學院院刊》發(fā)表了這一研究結(jié)果。 

       2022年4月，中國科學院沈陽自動化研究所基于幾何運動旋量重建出連續(xù)體機器人的空間三維形狀，獲得連續(xù)體機器人的曲率、撓率等信息。相關(guān)成果發(fā)表在IEEE Robotics and Automation Letters上。 

       2022年9月，美國康奈爾大學的研究人員在100到250微米大小的太陽能機器人上安裝了比螞蟻頭還小的電子“大腦”，這樣它們就可以在不受外部控制的情況下自主行走。該論文發(fā)表在9月21日的《科學·機器人》雜志。

       2023年，美國亞利桑那州立大學（ASU）科學家研制出了世界上第一個能像人類一樣出汗、顫抖和呼吸的戶外行走機器人模型。這一測試機器人名為“ANDI”。

       上海非夕機器人科技有限公司研發(fā)的“拂曉”機器人系全球首臺自適應機器人。“拂曉”機器人像人手一樣擁有底層“元”能力，柔性程度甚至超越人手，拓展了機器人能力邊界。

       機器人的研究進展可以從多個方面進行總結(jié)，以下是對當前機器人領(lǐng)域主要研究進展的概述：

一、技術(shù)創(chuàng)新與硬件發(fā)展

       1、核心零部件的進步：

       高爆發(fā)電機、高算力芯片、精密減速器、高精度傳感器和長續(xù)航電池等核心零部件的發(fā)展，為人形機器人的穩(wěn)定性和性能提供了堅實基礎(chǔ)。這些技術(shù)的進步使得機器人能夠執(zhí)行更加復雜和精細的任務，滿足多樣化的應用需求。

       例如，高算力芯片的應用提升了機器人的數(shù)據(jù)處理和決策能力，而高精度傳感器則增強了機器人的環(huán)境感知能力。

       2、人工智能技術(shù)的融合：

       神經(jīng)網(wǎng)絡、圖語法、進化算法等AI技術(shù)被廣泛應用于機器人設(shè)計中，能夠根據(jù)具體場景和任務需求自動構(gòu)建機器人的腿足、手臂、軀干等模塊，實現(xiàn)形態(tài)和控制的協(xié)同優(yōu)化。這種技術(shù)不僅提高了設(shè)計的效率，也為機器人的個性化和定制化打開了大門。

       例如，通過生成式AI技術(shù)，機器人生產(chǎn)廠家正在開發(fā)生成式AI驅(qū)動的界面，讓用戶可以通過使用自然語言而不是代碼來更直觀地為機器人編程。

二、運動與操作能力

       1、復雜地形行走能力：

       機器人能夠在復雜地形上實現(xiàn)穩(wěn)定、自適應、抗干擾的行走。這得益于機器人運動控制算法的優(yōu)化和硬件性能的提升，使得機器人能夠應對斜坡、階梯、門檻等人類環(huán)境的挑戰(zhàn)。

       2、雙臂協(xié)同操作：

       雙臂協(xié)同操作技術(shù)的發(fā)展使得機器人能夠在下半身不穩(wěn)定的情況下，通過雙臂協(xié)作完成高性能操作任務。這種技術(shù)不僅提高了機器人的操作效率，也增強了其應對復雜任務的能力。

三、感知與認知能力

       1、多模態(tài)大模型的發(fā)展：

       融合語音、圖像、文本、傳感信號、3D點云等多模態(tài)信息的能力，提升了機器人在復雜場景任務中的泛化能力。這種多模態(tài)感知技術(shù)使得機器人能夠更全面地理解環(huán)境和任務需求，從而做出更準確的決策。

       2、具身智能的研究：

       具身智能是指在高變化環(huán)境下能夠做出迅猛、精準反應的高性能智能系統(tǒng)。這種智能系統(tǒng)不僅依賴于虛擬環(huán)境的計算機仿真，還緊密結(jié)合了物理空間的機電系統(tǒng)。通過模擬人的肌肉骨骼系統(tǒng)和神經(jīng)機理，機器人能夠展現(xiàn)出更接近人類的高靈巧、高柔順、高智能行為。

四、應用拓展與市場前景

       1、應用領(lǐng)域的擴大：

       隨著技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，機器人的應用場景從傳統(tǒng)的工業(yè)制造、服務娛樂等領(lǐng)域擴展到更多領(lǐng)域。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，機器人可以輔助醫(yī)生進行精細手術(shù)操作；在康復護理方面，機器人可以根據(jù)患者需求提供個性化的康復訓練和護理服務。

       此外，機器人在家庭服務、教育娛樂、公共安全、生產(chǎn)制造、家居等領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大的應用潛力。

       2、市場需求的增加：

       隨著全球老齡化及勞動力短缺等問題的加劇，以及經(jīng)濟水平的提升和科技進步的推動，服務機器人市場需求不斷增加。特別是在無接觸服務需求激增的背景下，服務機器人的應用得到了進一步推動。

       預計未來幾年內(nèi)，機器人市場規(guī)模將持續(xù)增長，成為推動經(jīng)濟發(fā)展的重要力量之一。

五、政策與標準制定

       各國政府和國際組織紛紛制定相關(guān)政策和標準以支持機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如，中國自“十三五”以來就高度重視智能機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并發(fā)布了多項規(guī)劃和政策以推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化進程。同時，國際機器人聯(lián)合會等國際組織也在積極推動機器人領(lǐng)域的標準化工作，以保障機器人產(chǎn)品的安全性和可靠性。

       綜上所述，當前機器人領(lǐng)域的研究進展涵蓋了技術(shù)創(chuàng)新、硬件發(fā)展、運動與操作能力、感知與認知能力、應用拓展與市場前景以及政策與標準制定等多個方面。這些進展不僅推動了機器人技術(shù)的快速發(fā)展和應用拓展，也為未來智能化時代的到來奠定了堅實基礎(chǔ)。

機器人產(chǎn)業(yè)

       上海機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達60-70億人民幣，在全國名列第一。國際上機器人領(lǐng)域排名前四的ABB、FANUC、KUKA、安川等均在上海設(shè)有機構(gòu)。ABB機器人事業(yè)總部已落戶上海，機器人的年產(chǎn)量達6000臺，KUKA上月在松江的新工廠已開工，預計到2015年產(chǎn)能可達5000臺。上海將拓展機器人系統(tǒng)集成應用，使上海發(fā)展成為我國最大的機器人產(chǎn)業(yè)基地、機器人核心技術(shù)研發(fā)中心、高端制造中心、服務中心和應用中心。

機器人產(chǎn)業(yè)總規(guī)模

       機器人產(chǎn)業(yè)近年來持續(xù)快速發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴大。以中國市場為例，2024年中國工業(yè)機器人市場規(guī)模預計將超過700億元人民幣。同時，人形機器人市場也呈現(xiàn)出強勁的增長勢頭，2024年中國人形機器人市場規(guī)模預計為21.58億元，這一數(shù)字顯示出機器人產(chǎn)業(yè)的巨大潛力和市場空間。

機器人產(chǎn)業(yè)增長率

       機器人產(chǎn)業(yè)的增長率非常顯著。以人形機器人為例，據(jù)機器人產(chǎn)業(yè)研究所預測，中國在人形機器人賽道的年均增速將高于全球平均水平。2024年至2030年，中國人形機器人市場的復合增長率預計將超過61%。這種高增長率預示著機器人產(chǎn)業(yè)在未來幾年內(nèi)將持續(xù)蓬勃發(fā)展。

主要參與者

       機器人產(chǎn)業(yè)的主要參與者包括眾多知名的企業(yè)和品牌。例如，在人形機器人領(lǐng)域，有特斯拉、優(yōu)必選科技、蘋果等科技巨頭以及眾多國內(nèi)外優(yōu)秀的機器人整機廠和零部件供應商。這些企業(yè)在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品創(chuàng)新、市場推廣等方面都取得了顯著的成果，推動了機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

應用領(lǐng)域

       機器人的應用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了工業(yè)制造、醫(yī)療健康、農(nóng)業(yè)、軍事、服務等眾多領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域，機器人自動化生產(chǎn)線已經(jīng)成為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。在服務領(lǐng)域，機器人也開始承擔越來越多的任務，如餐廳服務、導游等。隨著技術(shù)的不斷進步和應用場景的不斷拓展，機器人的應用領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)擴大。

人類與機器人

       隨著社會的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的分工越來越明細，尤其是在現(xiàn)代化的大產(chǎn)業(yè)中，有的人每天就只管擰一批產(chǎn)品的同一個部位上的一個螺母，有的人整天就是接一個線頭，就像電影《摩登時代》中演示的那樣，人們感到自己在不斷異化，各種職業(yè)病逐漸產(chǎn)生，于是人們強烈希望用某種機器代替自己工作，因此人們研制出了機器人，用以代替人們?nèi)ネ瓿赡切﹩握{(diào)、枯燥或是危險的工作。由于機器人的問世，使一部分工人失去了原來的工作，于是有人對機器人產(chǎn)生了敵意?！皺C器人上崗，人將下崗。”不僅在中國，即使在一些發(fā)達國家如美國，也有人持這種觀念。其實這種擔心是多余的，任何先進的機器設(shè)備，都會提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造出更多的社會財富，也就必然提供更多的就業(yè)機會，這已被人類生產(chǎn)發(fā)展史所證明。任何新事物的出現(xiàn)都有利有弊，只不過利大于弊，很快就得到了人們的認可。比如汽車的出現(xiàn)，它不僅奪了一部分人力車夫、挑夫的生意，還常常出車禍，給人類生命財產(chǎn)帶來威脅。雖然人們都看到了汽車的這些弊端，但它還是成了人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ?。英國一位著名的政治家針對關(guān)于工業(yè)機器人的這一問題說過這樣一段話：“日本機器人的數(shù)量居世界首位，而失業(yè)人口最少，英國機器人數(shù)量在發(fā)達國家中最少，而失業(yè)人口居高不下”，這也從另一個側(cè)面說明了機器人是不會搶人飯碗的。

       美國是機器人的發(fā)源地，機器人的擁有量遠遠少于日本，其中部分原因就是因為美國有些工人不歡迎機器人，從而抑制了機器人的發(fā)展。日本之所以能迅速成為機器人大國，原因是多方面的，但其中很重要的一條就是當時日本勞動力短缺，政府和企業(yè)都希望發(fā)展機器人，國民也都歡迎使用機器人。由于使用了機器人，日本也嘗到了甜頭，它的汽車、電子工業(yè)迅速崛起，很快占領(lǐng)了世界市場。從世界工業(yè)發(fā)展的潮流看，發(fā)展機器人是一條必由之路。沒有機器人，人將變?yōu)闄C器；有了機器人，人仍然是主人。

機器人工程就業(yè)方向及前景

       機器人工程專業(yè)的就業(yè)方向及前景分析如下：

一、就業(yè)方向

       機器人工程專業(yè)的畢業(yè)生有多個就業(yè)方向，包括但不限于：

       機器人制造與開發(fā)：畢業(yè)生可以從事機器人及其相關(guān)部件的設(shè)計、制造、組裝以及機器人系統(tǒng)的集成和應用工作。

       科研與教育：由于機器人工程專業(yè)所學知識面較廣，畢業(yè)生也可以選擇進入國內(nèi)外重點高校或頂級科研院所，從事科學研究、技術(shù)攻關(guān)或教學工作。特別是具有博士學歷的畢業(yè)生，在教學和科研方面有更多機會。

       機器人應用：在制造業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)等多個領(lǐng)域，機器人工程師可以負責自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施，提高效率和準確性。

       無人駕駛與交通智能化：隨著無人駕駛技術(shù)的興起，機器人工程師在這一領(lǐng)域也有著廣闊的就業(yè)前景，可以參與自動駕駛汽車的研發(fā)工作。

       醫(yī)療保健與護理機器人：在人口老齡化趨勢加劇的背景下，醫(yī)療機器人的研發(fā)和維護成為重要方向，畢業(yè)生可以從事與醫(yī)療機器人相關(guān)的各項工作。

       項目管理與咨詢：機器人工程項目的推進需要專業(yè)人才進行項目管理或提供技術(shù)咨詢服務，這也是畢業(yè)生的一個就業(yè)選擇。

二、就業(yè)前景

       機器人工程專業(yè)的就業(yè)前景樂觀，主要原因有以下幾點：

       產(chǎn)業(yè)需求增長：智能制造、智慧物流、智慧城市等領(lǐng)域的快速發(fā)展推動了機器人技術(shù)的廣泛應用。預計未來幾年，隨著機器人市場規(guī)模的持續(xù)擴大，對機器人工程專業(yè)人才的需求也將不斷增長。

       技術(shù)創(chuàng)新推動：機器人技術(shù)涉及多個綜合性技術(shù)領(lǐng)域，需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)為機器人工程專業(yè)的畢業(yè)生提供了更多就業(yè)機會。

       全球市場需求：機器人技術(shù)的應用已經(jīng)全球化，尤其在發(fā)達國家和地區(qū)，機器人應用成為趨勢。因此，該專業(yè)的就業(yè)前景也將隨著全球市場需求的增長而提升。

       此外，從薪資角度來看，機器人工程專業(yè)的畢業(yè)生也具有較高的市場競爭力。在美國，該專業(yè)本科畢業(yè)起薪可達6萬美元/年，而在國內(nèi)，從事機器人相關(guān)領(lǐng)域的工作也屬于中高收入職業(yè)。這進一步印證了機器人工程專業(yè)良好的就業(yè)前景。

       綜上所述，機器人工程專業(yè)提供了多樣化的就業(yè)方向，并且隨著技術(shù)的不斷進步和市場需求的增長，其就業(yè)前景廣闊，薪資待遇優(yōu)厚。

產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題

       機器人產(chǎn)業(yè)在技術(shù)問題上面臨著多方面的挑戰(zhàn)，以下是對這些問題的詳細歸納：

一、技術(shù)難題

       1、多模態(tài)感知融合：

       問題描述：如何將機器人多模態(tài)的感官感知（如視覺、聽覺、觸覺等）全部融合起來，以實現(xiàn)對環(huán)境的全面、準確理解，是當前機器人技術(shù)面臨的一大難題。這要求機器人能夠?qū)崟r處理并整合來自不同傳感器的信息，以作出正確的決策和行動。

       解決方案建議：加強跨領(lǐng)域的技術(shù)合作，推動傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)和人工智能算法的協(xié)同發(fā)展，提高機器人對復雜環(huán)境的感知和適應能力。

       2、計算能力與能效比：

       問題描述：隨著機器人功能的不斷增加，對計算能力的需求也在不斷提高。如何在保證機器人性能的同時，降低其能耗，是機器人技術(shù)發(fā)展中需要解決的問題。

       解決方案建議：發(fā)展高效能、低功耗的處理器和算法，優(yōu)化機器人的能源管理系統(tǒng)，提高能效比。

       3、自主決策與智能水平：

       問題描述：雖然機器人在某些特定任務上已經(jīng)表現(xiàn)出較高的自主決策能力，但在復雜、多變的環(huán)境中，其智能水平仍有待提高。

       解決方案建議：加強機器學習、深度學習等人工智能技術(shù)的研究和應用，提高機器人對復雜環(huán)境的理解和應對能力。同時，探索新的算法和模型，使機器人能夠更加靈活、自主地完成任務。

二、材料與制造方案

       1、新材料和制造方法：

       問題描述：機器人專家正開始嘗試使用諸如人造肌肉、軟機器人技術(shù)和新的制造方法，將多種功能整合在一種材料中。但這些先進的制造方法大多數(shù)還處于初期階段，因此將它們整合還難以實現(xiàn)。

       解決方案建議：加強新材料和制造方法的研究，推動其從實驗室走向?qū)嶋H應用。

       2、仿生機器人和生物混合機器人：

       問題描述：在復制肌肉的機械性能和生物系統(tǒng)提供自身能量的能力方面，仍然存在著巨大的瓶頸。人造肌肉的發(fā)展已經(jīng)有了很大的進步，但是這種肌肉的健壯性、效率、活力和能量密度都需要提高。將活細胞嵌入機器人可以克服為小型機器人提供動力的難題，也可以將自我修復和嵌入式傳感等生物特性嵌入機器人，不過如何整合這些部分仍然是一個重大挑戰(zhàn)。

       解決方案建議：加強仿生學和生物技術(shù)的研究，探索將生物特性應用于機器人的新途徑。

三、能源與續(xù)航

       問題描述：能源儲存是移動機器人技術(shù)的一個主要瓶頸。無人機、電動汽車和可再生能源對此的需求不斷增長，推動了電池技術(shù)的進步，但多年來，根本挑戰(zhàn)基本沒有改變。這意味著，在電池開發(fā)的同時，要努力最小化機器人的用電需求，并且讓它們使用新的能源。讓它們從環(huán)境中獲取能量并通過無線傳輸能量是值得研究的兩種極具前景的研究方向。

       解決方案建議：研發(fā)更高效的能源管理系統(tǒng)和新型能源供應方式，提高機器人的續(xù)航能力和使用便利性。

四、安全與標準化

       1、安全問題：

       問題描述：在與人類共同工作或服務領(lǐng)域中，保證機器人操作安全至關(guān)重要。然而，目前許多工業(yè)機器人安全控制系統(tǒng)還存在缺陷，并未能有效避免意外事故的發(fā)生。安全問題仍然是制約機器人應用范圍拓展的一個痛點。

       解決方案建議：加強機器人安全控制系統(tǒng)的研發(fā)和應用，提高機器人的安全性和穩(wěn)定性。同時，制定和完善相關(guān)的安全標準和規(guī)范，確保機器人與人類共處的安全。

       2、標準化問題：

       問題描述：機器人科技行業(yè)發(fā)展較為迅速，缺乏一致性的技術(shù)標準也成為了一個痛點。不同廠商采用不同的技術(shù)、通訊協(xié)議以及編程語言，給機器人集成和合作帶來了很大的挑戰(zhàn)。

       解決方案建議：加強國際合作與交流，共同制定和完善機器人技術(shù)標準。通過標準化工作，推動機器人技術(shù)的互操作性和可集成性。

五、人機協(xié)作與互動

       1、人機協(xié)作：

       問題描述：雖然人機協(xié)作已成為機器人技術(shù)的一大趨勢，但如何確保機器人與人類在安全、高效的環(huán)境中協(xié)同工作，仍是一個需要解決的問題。

       解決方案建議：加強傳感器、視覺技術(shù)和智能夾具等關(guān)鍵技術(shù)的研究和應用，提高機器人的環(huán)境感知和適應能力。同時，探索新的協(xié)作模式和交互方式，使機器人能夠更好地融入人類工作環(huán)境。

       2、社會互動：

       問題描述：如果機器人要進入人類的生活，它們將需要學會與人類打交道。但這并不簡單，因為我們幾乎沒有具體的人類行為模型，而且我們很容易低估我們與生俱來的人性中的復雜性。社交機器人需要能夠感知到細微的社會線索，比如面部表情或語調(diào)，理解它們所處的文化和社會環(huán)境，并對與它們互動的人的心理狀態(tài)進行建模，以適應與人類進行交流，無論是處于短期關(guān)系還是長期關(guān)系的過程中。

       解決方案建議：加強人機交互技術(shù)的研究和應用，提高機器人的社交能力和情感理解能力。同時，加強公眾教育和宣傳，提高人們對機器人技術(shù)的認知和理解程度。

       綜上所述，機器人產(chǎn)業(yè)在技術(shù)問題上面臨著多方面的挑戰(zhàn)。為了推動機器人技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和應用，需要不斷加強技術(shù)研發(fā)、創(chuàng)新合作模式、完善標準和規(guī)范以及提高人機協(xié)作與互動能力。