机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型、新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。

机器人是最典型的智能制造技术，是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。

机器人技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。随着企业自动化水平的不断提高，机器人自动化生产线的市场肯定会越来越大，将逐渐成为自动化生产线的主要形式。

一、机器人技术的发展历程

早期机器人主要表现为简单的操作手，其任务是抓取部件，进行位置变换或工位转移，并完成一些单一的加工处理任务。随着操作手在工业生产过程中数量逐渐增多、任务日益多样，操作手之间开始交互和联结，形成上下游链条关系，并最终实现了工业生产中机器人和机器人构成的流水线。在这一阶段，机器人代替人工作，降低工人的劳动强度及技能要求，并能提高产品的质量及稳定性。

随着空间技术的发展，空间机器人应运而生。其主要任务是在太空环境下对航天器表面进行检测和维修。空间机器人不再工作于结构化的环境、完成既定的任务，它随时随地需要对周围工况进行感知和判断。

在复杂工况下完成任务的需求对机器人技术的发展起到了革命性的推动作用，使机器人技术从执行单一任务的研究，发展为结合传感器、控制器、执行器的集成技术。这一阶段，机器人可以完成人不能完成的任务，拓展了人类工作范围，突破人类在生理上的限制。

近20年来，微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科的突飞猛进，为机器人的高度智能化奠定了基础。机器人不再是冷冰冰的生产工具，它逐渐成为日常生活中人类的助手和伴侣，在生活、健康、娱乐等多方面对人类提供服务，由此产生了巨大的服务机器人产业。在这一阶段，机器人的工作对象发生了根本性的转变，由物及人，成为人类的朋友和伙伴。

二、机器人技术的基本要素、特征及种类

    1.机器人技术的基本要素及特征

    机器人是一种能够完成感知-决策-执行工作流程的自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种高度灵活性的自动化机器。但是绝大多数机器人都不是人形的，也可以称作机械臂、机械手等。尽管机器人种类千差万别、任务多种多样，但从机器人科学技术的本质上来说，主要包含3个基本要素，即感知、决策和动作。

机器人技术有着显著的特征：第一，机器人技术是智能技术，是机器人的核心，表现为对工作环境的自动识别与判断。第二，机器人技术是综合性技术，是集成技术，是典型的交叉学科。第三，机器人技术要求实时性，不管是早期的工业机器人，还是现在的空间机器人、服务机器人，都要求对现实情况作出快速的反应，才能保证工作任务的完成。第四，机器人技术是交互技术，机器人必须能够理解人的意图和思想，实现与人和社会的交流。第五，机器人技术是平台技术，是仿人技术，实际上就是一个技术平台，搭配什么样的任务，就能变成特定的机器人。

2.机器人的种类

机器人一般可以分为：操作型机器人、程控型机器人、示教再现型机器人、数控型机器人、感觉控制型机器人、适应控制型机器人、学习控制型机器人、智能机器人。

我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为工业机器人和特种机器人两大类。所谓工业机器人，就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。

三、机器人的技术现状

国外现状

自从20世纪60年代初人类制造了第一台工业机器人以后，机器人就显示出了极强的生命力。日本政府对工业机器人产业和应用实施了积极的扶植政策，率先从美国引进了机器人技术，仅用十几年的时间，在日本就实现了工业机器人的产业化和推广应用。现在，在工业发达国家中，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流等诸多领域中，甚至出现了军用机器人、水下机器人、地下机器人和空间机器人等。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。

现在世界上约有1000万个机器人，其中工业机器人100万个，主要在日本、德国和美国工作，机器人的市场产值近200 亿美元，预计发展到2025年将达到570亿美元。

国内现状

我国的工业机器人研究开始于20世纪70年代，1985 年，我国在“七五”科技攻关计划中将工业机器人列入了发展计划，形成了中国工业机器人第一次高潮。在20世纪90年代末期，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。产业化基地的建设带来了产业化的希望，为发展我国机器人产业奠定了基础。

经过广大科技人员的不懈努力，我国目前已经能够生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人和AGV自动导引车等一系列产品，其中一些品种实现了小批量生产。一批企业根据市场需求，自主研制或与科研院所合作，进行机器人产业化开发。如奇瑞汽车与哈工大合作进行点焊机器人的产业化开发、西安北村精密数控与哈工大合作进行机床上下料搬运机器人的产业化开发、昆山华恒与东南大学等合作开发弧焊机器人、广州数控开发焊接机器人、盐城宏达开发弧焊机器人等。

在这里值得一提的是AGV自动导引车（Automatic Guided Vehicle），它实现的主要功能是在计算机和无线局域网络的控制下，经磁、激光等导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车，电池驱动（交、直流），本质上为现代制造业物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。目前，AGV在我国烟草、印钞、汽车、新闻纸等行业已有大规模应用，且室内的应用较多，呈日益上升的势头。但随着需求的发展，户外或半户外AGV技术将逐步完善和进入应用阶段。国内AGV应用需求正突破传统行业，医药、港口等行业的需求日益扩大。目前，我国港口集装箱采用的码头运输方式为起重机将集装箱卸载到人工驾驶的运载工具上，再运输到储存地点。如果采用AGV作为运载工具，将提高港口卸载效率约70%。DANAHER MOTION和合作伙伴进一步改进系统设计，采用激光导航方式，提供缓冲区设计以提高起重机和AGV协调性能，加大AGV的运载能力（单车运载双层集装箱82吨），提高运行速度（平地最大20km/h，坡度为5°时5km/h）。据估计综合效率提高100%以上。

近几年我国机器人开始快速发展，2000年工业机器人保有量仅为3500台，2010年装机量已达到8500台，2011年机器人的保有量已达到17万台，其中工业机器人数量已跃升至7万多台，未来可能突破100万台。这些机器人工作在汽车制造、电器装配等领域，其余的则“就职”于加工行业，少数出类拔萃的机器人（第二代和第三代），在太空探索和安全保卫领域担负着比较复杂而艰巨的使命。

从全球来看，家电生产、汽车制造中已经基本实现机器人作业。而在石油勘探、化工制造以及核电站等一些危险环境下，则更需要机器人尽快投入使用。与人类相比，出现在一线生产岗位的机器人有更高的承受力，在生产效率方面也具备优势。在生产线上，工人相比机器人操作较为不准确。例如产品通过机器人抛光，成品率可从87%提高到93%，因此无论“机器臂”还是更高端的机器人，投入使用后都会使生产效率大幅度提高。

第二部分 工业影响及应用

一、机器人技术发展趋势

1.机器人对高新技术产业的引领作用

机器人技术整合各领域的研究成果，有机集成各领域的技术优势，并且应用范围广泛，因此，对现代化的新技术产业有着极其重要的引领作用。

第一，对制造装备业的引领作用。

在制造、装配、加工等行业中，机器人引领着更新换代和产业转型。目前，我国工业竞争力主要来自于廉价的劳动力资源，形成了众多粗放型、劳动密集型产业。然而，此发展模式的弊端日益凸显。一方面，随着国民收入的增长，我国的劳动力成本逐年增加，相对于越南、马来西亚、泰国等东南亚国家而言已无优势。另一方面，此模式导致我国长期处于产业价值链末端，以加工业为主体，附加值小，抗风险能力差。因此，产业转型与升级、变“中国制造”为“中国创造”迫在眉睫。

第二，对家用电子行业的引领作用。

在电子行业，机器人引领着电子产品的性能和需求。服务机器人最终将成为一种家用电子产品，正如洗衣机、冰箱一样。一个机器人是由众多电子元件搭建而成，用户对机器人的高要求，实际上就转化为对电子元件的高要求，机器人市场的扩大，实质上也必将带动电子元件市场的扩大。

第三，对医疗诊断业的引领作用。

在医疗器械产业中，机器人引领着家庭监护的普及和医疗水平、生活水平的提高。其第一表现就是健康水平的提高，人们对健康的重视，必将带来家庭监护的广阔市场。机器人技术集成了生理参数采集，生理指标判断，远程医疗等各种功能，将成为未来家庭生活的必备产品。同时，将机器人运用于手术过程，可辅助医生提高动作的稳定性、精确度、灵活性。例如达芬奇手术机器人，尽管其价格高达数千万人民币，但目前销量已上千台，由此可见，医疗机器人的市场前景十分广阔。因此，机器人技术对医疗诊断业的引领作用表现在医疗仪器的家用化、便携化、小型化和智能化，另一方面也表现在提高医疗诊断水平上。

第四，对仪器仪表行业的引领作用。

在仪器仪表行业中，机器人引领着传感器的研发和革命，为了达到甚至超越人类五官的灵敏度和分辨率，机器人所使用的传感器必须具有高质量和多样性。目前，味觉和嗅觉传感器的研发最为滞后，根本原因就在于过去对此类传感器的需求不够，因此研发投入就少。机器人技术的发展，将会对此带来直接需求。比如，目前已有的炒菜机器人仅能按照预定的程序实现烹饪，如果能够加入味觉和嗅觉传感器，则将会引起一场饮食革命，机器人可根据人的口味设定，自行地增加或减少各种作料，最终调节到最佳口味。

第五，对航空航天的引领作用。

在航空航天产业中，机器人引领着长距离的空间探索以及航天器的低成本和自维护。机器人已成为空间探索不可缺少的工具，特别是在耗时长、路程远的深度空间探索中，如月球、火星探索，机器人已基本取代了人的作用。同时，在近地轨道空间中，用空间机器人对卫星进行维护，或是直接将机器人技术运用到下一代卫星设计中形成智能卫星，已成为提高卫星寿命、降低使用成本和自我防卫能力的必由之路。智能机器人在航天方面的引领作用不仅体现在对航天器的维护保养、提高性能上，而且开辟了新一代航天器的发展途径。

2.智能机器人对相关学科的引领作用

对产业的引领作用，仅体现了机器人在实际应用上的效果。但作为一种集成技术，任何一个机器人技术的突破都必须建立在单项技术的革命上。因此，大力发展智能机器人技术，必将带动相关学科的发展，对学科的基础研究同样起着重要的引领作用。

第一，图像的理解。视觉是人类获取信息最重要的来源。人看到一幅图像，马上能够理解图像的内容和含义。然而，机器视觉并非易事。现有的机器人主要还是以压力传感器、位置传感器等工业传感器为主，尽管机器人开始有搭载摄像头的趋势，但对视觉的理解仍然较低，往往需要有明显的特征点作为辅助，同时抗干扰能力弱，对光照条件，部分遮挡等常见问题不能找到可靠的方法。机器人技术对图像理解的要求是迫切的，也是急需的，它是保证机器人能够工作于人类生活环境的重要条件。因此，对智能机器人的研究势必提高人类对图像的深入理解。人类对图像的理解十分基本也非常重要，目前已经对许多领域（如医学、气象、航天等）产生了巨大的影响。

第二，人与机器的交互。机器人作为一种可以被称之为“人”的机器，必须具备和人交互的能力。人和人之间的交流，主要以语言为主，这就涉及到语音识别、语音合成、自然语言理解等众多领域的研究。同时，机器人可配搭超过人类感知能力以外的传感器，可使人机交互水平甚至高于人和人之间的交互水平。最典型的例子就是脑机接口，通过采集人的脑电波信号，利用信号处理、特征提取、模式分类等技术，即可将其意图进行识别，并直接被机器人所理解。

第三，智能的描述。究竟什么是智能，智能在人脑中的储存方式和表达方式是什么，如何描述智能等一些问题既是哲学问题、生理学问题、认知学问题，同时也是机器人学问题。人工智能的发展，已经对智能作出了初步的描述，如符号主义、联结主义、行为主义等。但这些研究以及基于这些研究的具体实现，目前都不能完美地表达智能存在的方式。智能提取是指如何去学习和获得人类已有的智慧，并通过具体的描述方式，让机器人得以掌握，并根据新的数据自发地推理、派生和演化出新的知识。对于智能提取的研究，已经诞生了神经网络、统计学习、专家系统、模糊推理等多种智能提取和运算方法。为了让机器人更加聪明，具有堪比人类甚至超越人类的智慧，必须加深智能本质的研究。

第四，规划与控制。机器人要独立自主地完成工作，就必须对自身的行为进行规划和控制。规划涉及到动作规划、任务分配、工作调度、工程优化等，而控制涉及到姿态控制、运动控制、能量控制等。目前，规划和控制理论主要应用于工业、航天、军事等领域，具有环境定义明确、工作任务结构化等特点。如何保证机器人能顺利地工作于人类日常生活环境，研究非结构化工作场景的智能规划控制方法极为重要，在理论、算法研究、实际应用等多层面都极可能产生全新的成果。

第五，网络的推广。单一的机器人是分布式的工作节点。如果将机器人连接成为一个网络，即可形成信息量大、功能强、任务复杂的大型网络平台。计算机网络的实质是信息的互联，物联网的实质是全球实际资源的定位，而机器人网络除了具有信息、资源互联网，更增加了工作任务互联、行为动作互联、决策管理互联等更高层次的网络环境。机器人网络给人类生活描绘了美好的前景，同时其顺利实施也必须以网络技术为前提。这就要求网络的实时性、安全性、稳定性都得到大幅度的提升，从而直接推广了网络的研发和应用。

二、塑料加工机械的机器人技术应用

作为重要的技术装备，塑料加工机械广泛应用于建筑材料工业、包装工业、电器电子信息工业、农业、汽车及交通业、轻工业、石油化学工业、机械工业、国防工业等国民经济各个部门及人们生活的各个领域，在国民经济中日益显示出极为重要的作用。

随着中国塑料工业的发展，中国塑料机械工业也得到高速发展，目前中国生产的塑料加工机械已可以满足国内的基本需要，但与世界先进水平相比，中国塑料加工机械在质量稳定性、产品精度、自动化程度等方面还有一定差距。

注塑机是中国产量和应用量最大的塑机品种，也是中国塑机出口的主力。上个世纪50年代后期，中国生产出了第一台注塑机，不过由于当时设备的技术含量较低，只能用通用塑料来生产技术要求较低的日用品，如塑料盒、塑料桶、塑料盆等。注射成型技术发展迅猛，新技术、新设备层出不穷。高度电脑化、自动化、单机多功能化、辅助设备多样化、组合迅速且安装维修保养便利将成为趋势。全电动注塑机、油电复合型注塑机、气辅和水辅注塑成型技术、多层注塑技术方兴末艾。用于瓶坯、光盘、磁性材料以及生产特种工程塑料薄壁产品的专用注塑机将愈来愈重要。为配合汽车等重工业领域发展的大型、超大型注塑机也将有更大的需求。

随着注塑机技术和科技的快速发展，工厂自动化程度要求越来越高，因此注塑机器人很快就会得到普及，主要用于注塑机注塑件的取出，使用该设备可减少工人工作量，提高劳动生产率及车间自动化水平。目前该项技术在国内刚刚起步，基本上是采用进口设备，因此限制了国内技术的发展。注塑机器人的研制成功及投入使用，推动了注塑生产线自动化设备的国产化，增强了国内企业产品在国际市场上的竞争力，成为注塑机辅机行业新的经济增长点，通过注塑机械手的不断发展，可以带动如输送带等自动化工厂辅助设备的发展，因此形成一个更大的产业链，推动整个注塑行业的发展。