李璐彤

摘 要：考虑到发达国家劳动力不足的现状，机器人的研发逐渐由仅能单一重复地工作转向智能机器人。应用物联网感知技术、移动互联网无线通信技术以及大数据挖掘和人工智能技术研发的机器人不仅可以大大缓解劳动力不足的现状，更对解决老龄化问题大有裨益，是未来机器人发展的趋势。

关键词：智能机器人；物联网；大数据

智能机器人是什么？

智能机器人并不是按照预先设计好的程序或者工作人员的指挥来工作，而是根据自己的判断来行动，这就是智能机器人。未来的智能机器人应该是具备传感器和执行器，能够处理来自传感器感知的信息并指导执行器操作的机器。即智能机器人的行动由传感器感知信息决定。智能机器人中含有各种类型的传感器，控制智能机器人执行各类行动。

以往，机器人大多应用于工业领域，尤其是汽车和电子制造业。而未来，随着老龄化社会的到来，很多机器人将走进家庭，与人类共同生活。工业机器人在工厂工作，应用于固定的工作环境，工作内容也只需预先通过计算机软件设计好程序，然后简单地重复工作即可。但工作于社会环境中的智能機器人则需要更加高级的环境感知能力。例如智能家用机器人需要通过感知来不断调整方位，回避桌椅等物体。即在“杂乱”的工作环境中工作，和人类共同生活的智能机器人必须具备各类传感器，以感知周边环境信息，并根据所处环境采取相应的行动。

一、从IT，DT到RT

近年来，随着互联网、物联网、云计算等信息技术与通信技术的迅猛发展，数据量的暴涨成了许多行业共同面对的严峻挑战和宝贵机遇。“人类正从IT时代走向DT时代”，阿里巴巴集团创始人马云在各种场合都不遗余力地推销自己的观点，信息社会已进入大数据（Big Data）时代。大数据的涌现改变着人们的生活、工作方式及企业的运作模式。马云认为，IT（Information Technology）时代以自我控制、自我管理为主，而DT（Data Technology）时代则是以服务大众、激发生产力为主的技术。这两者之间看似是技术的差异，实则是思想观念层面的差异。

随着新一代信息技术、大数据和人工智能的发展，基于云计算、大数据、物联网的智能机器人将在各领域广泛应用，机器人技术（Robot Technology）时代将随之到来。

机器人技术涉及众多领域，具有多学科交叉和融合等特点。机器人正在逐步发展成为具有感知、认知和自主行动能力的智能化装备，是数学、力学、机构学、材料科学、自动控制、计算机、人工智能、光电、通信、传感、仿生学等多学科和技术综合的成果，其发展水平体现了国家高技术领域的综合实力。我国现阶段机器人的发展需要提升智能和自主作业能力、改善人机交互能力、提高安全性能，解决制约“人机交互”“人机合作”“人机融合”的瓶颈问题，突破三维环境感知、规划和导航、类人的灵巧操作、直观的人机交互、行为安全等关键技术。

机器人是新型技术的融合，为了使之能够适应功能的需求及保持其智能化的稳定性，要求机器人具备许多前沿科技。通常看来，RT技术主要由传感器、智能控制、驱动部分组成，涵盖计算机软件、半导体、大数据、电子技术、通信技术、人工智能、物联网、自动测量、自动定位、语音识别、图像处理、环境识别、驱动技术、蓄电池等多项跨领域、跨学科的前沿技术，其涵盖范围如图1所示。

世界经济增长引擎也即将由IT，DT进入RT时代，智能机器人将成为物联网时代各行各业以及家庭个人消费者的核心终端产品。根据国际机器人联盟（IFR）的数据显示，仅仅是家用机器人在2012年的全球消费总额已达到16亿美元，2013—2016年估计智能家庭机器人的销售数量将达到2 200万台。

二、从IR，SR到PR

机器人技术发展迅速，涵盖内容越来越多。按照国际机器人联盟（IFR）的分类，机器人一般分为工业机器人（Industrial Robot，IR）和服务机器人（Service Robot，SR），分类如图2所示。工业机器人是在工业生产中使用的机器人的总称，工业机器人是一种通过编程或示教实现自动运行，具有多关节或多自由度，同时还具有一定感知功能（如视觉、力觉、位移检测等），从而实现对环境和工作对象的自主判断和决策，能够代替人工完成各类繁重、乏味或有害环境下的体力劳动的自动化机器。成套设备由工业机器人和完成工作任务所需的外围及周边辅助设备组成一个独立自动化生产单元，最大限度减少人工参与，提高生产效率。

工业机器人及成套设备可广泛应用于企业各个生产环节，如焊接、机械加工、搬运、装配、分拣、喷涂等。工业机器人及成套设备的应用不仅能将工人从繁重或有害的体力劳动中解放出来，解决当前劳动力短缺问题，而且能够提高生产效率和产品质量，增强企业整体竞争力。服务型机器人通常是可移动的，代替或协助人类完成为人类提供服务和安全保障等各项工作。

工业机器人并不仅仅用来代替人工劳动，同时还可作为一个可编程的拥有高级柔性、开放的加工单元集成到先进的制造系统中，适合于多品种变批量的柔性生产，提升产品稳定性和一致性。在提高生产效率的同时加快产品的更新换代，对提高制造业自动化水平意义重大。

从工厂到日常生活，机器人应用更加广泛。

服务机器人可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人。服务机器人在世界范围内具有巨大的发展潜力，发达国家的服务机器人更是有着广阔的市场。服务机器人的发展受四因素驱动，如图3所示。

老龄化问题。全球人口的老龄化带来大量问题，社会保障和医疗服务、护理的需求更加紧迫，但医疗护理人员的数量却显不足。在这种激化的冲突之中，服务机器人作为最佳的解决方案有巨大的发展空间。

劳动力不足。由于发达国家的劳动力成本不断上涨，而且人们不愿意从事简单重复性高的工作，包括清洁、护理、保安等，导致发达国家从事这类工作的人越来越少，因此劳动力不足为服务机器人带来了巨大的市场。

幸福生活指数。随着经济发展水平的上升，人们可支配收入增加，使得人们能够购买服务机器人来帮助人们提升幸福生活指数，让机器人替代人去做各种家务，而人们则可获得更多的空闲或者娱乐时间。

科技进步。随着物联网感知技术、移动互联网无线通信技术以及大数据挖掘和人工智能技术的成熟，智能机器人更新换代的速度越来越快，成本不断下降，能实现的功能越来越多。

国际机器人联盟对服务机器人做了初步定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。数据显示，目前世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已涉足服务型机器人的开发。

未来，随着机器人遍及社会各个角落，每个人都能感受到机器人应用带来的效果。例如：在老龄化严重的情况下，医疗护理的重要性日益凸显。如果机器人得到深度应用，就可以提供许多目前还未实现的高级医疗手段，提供负担较轻、质量较高的护理服务。服务机器人应用范围广阔，除了医疗护理外，还包括维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、救灾等工作。尤其是家庭和医疗领域的应用潜力尤其巨大。随着全球人口老龄化进程的加快，产生了许多社会问题，例如对于老龄人的看护以及医疗护理等。光靠财政手段解决这些问题必将导致巨额的社会负担。而从技术角度考虑，如若广泛应用服务机器人，利用服务机器人所具有的特点则能够显著降低财政负担，提升居民幸福生活指数，有助于社会福利事业的健康发展。

同时，如果机器人在社会的各种场景得到应用，也将培育出机器人参与协同工作的各种新业态，如维修，娱乐，保险等。机器人传感器技术、控制技术、人工智能技术、人机交互技术、动力技术和材料技术不断发展，推动机器人在社会各个领域的应用走向成熟。尤其是随着智能控制理论、机器学习算法、人机交互等关键技术快速发展，使得机器人具备深度学习能力，通过访问云计算数据中心进行大数据分析挖掘，进而在日益复杂的、不确定和非结构化的环境中进行自律性操作，响应并满足消费者个性化、实时化和多变化的需求。

当然，随着机器人的深度应用，一些社会制度也需要适时调整。尽管机器人的进化日新月异，但是相对于能够识别各种状况并做出判断的人类来说，机器人能做的事情依然存在很大的局限性，需要长期进一步进化。

为此，只有将营造人类与机器人協同生活的社会作为必要的前提条件，才能最大限度发挥机器人的能力，而这对实现“机器人无障碍社会”也非常重要，如图4所示。

实现机器人无障碍社会，老人、儿童都将在日常生活中与机器人互动。有机器人协助，人类将从繁杂的工作中解放出来，同时，信息通信技术进一步发展，也会大幅提升生活质量。

此外，就政府管理而言，运用机器人不仅能够保障区域安全，提升区域满意指数，还能够解决安保人员不足的问题，提升地方的安全性。

因此，继智能手机之后，人类正在向机器人（PR）时代迈进。微软前总裁比尔·盖茨日前在《科学美国人》杂志上如此表述：届时，家用机器人将像门铃、计算机、移动电话、电冰箱等一样普及。个人机器人受刚性需求驱动，市场将极为广阔，如图5所示。

三、从互联，共享到协同

新一代信息通信技术的发展催生了移动互联网、大数据、云计算、工业可编程控制器等创新和应用，推动了制造业生产方式和发展模式的深刻变革。在这一过程中，尽管德国拥有世界一流的机器设备和装备制造业，尤其在嵌入式系统和自动化工程领域德国更是处于领军地位，但德国工业面临的挑战及其相对弱项也显而易见。一方面，机械设备领域的全球竞争日趋激烈，不仅美国积极重振制造业，亚洲的机械设备制造商也正在奋起直追，威胁德国制造商在全球市场的地位。另一方面，互联网技术是德国工业的相对弱项。为了保持作为全球领先的装备制造供应商以及在嵌入式系统领域的优势，面对新一轮技术革命的挑战，德国推出“工业4.0”战略，其目的就是充分发挥德国的制造业基础及传统优势，大力推动物联网和服务互联网技术在制造业领域的应用，形成信息物理网络（CPS），以便在向未来制造业迈进的过程中先发制人，与美国争夺新一轮工业革命的话语权。

机器人的价值因工业领域的普及而受到全球认可。尤其是主要需求领域的汽车与电子制造产业中，机器人的安装使用带动了生产效率的大幅增长。新一代信息通信技术的发展催生了移动互联网、大数据、云计算、工业可编程控制器等创新和应用，推动了制造业生产方式和发展模式的深刻变革。德国“工业4.0”战略旨在通过深度应用信息技术和网络物理系统等技术手段，推动制造业向智能化转型。

生产制造领域的工业机器人也将成为智能制造的主力军，制造业是机器人的主要应用领域。当前在生产过程自动化中，大量采用了机器人，例如汽车产业、电子制造产业等大规模量产技术均离不开各类机器人。

德国工业机器人的总数位居世界第三，仅次于日本和美国。机器人在德国制造业中的应用率相对较高，每四个就业岗位就有一个工业机器人。以往德国机器人产业化模式的主要特点在于分工合作，未来则是基于动态配置的生产方式，将具备一定智能化的机器人个体通过数据交互实现网络协同。工业4.0带来的机器人的进化如图6所示。

近年来，随着传感器、人工智能等技术的进歩，机器人正朝向与信息技术相融合的趋势发展。由此诞生的“自律化”“数据终端化”“网络化”等拥有世界领先技术的机器人正在全世界范围内不断获取数据、获得应用，形成数据驱动型创新。机器人在制造、服务领域带动产生新附加值的同时，还将成为为信息传达、娱乐和日常通信领域带来极大变革的关键设备。

机器人概念也将发生变化。以往，机器人主要是指具备传感器、智能控制系统、驱动系统等3要素的机械。随着数字化的进展、云计算等网络平台的充实以及人工智能技术的进步，一些机器人即便没有驱动系统也能通过独立的智能控制系统驱动，联网访问现实世界的各种物体或人类。未来，随着物联网世界的进化，机器人仅仅通过智能控制系统就能够应用于社会的各个场景中。因此兼具3个所有要素的机械才能被称为机器人的定义将有可能发生改变。即下一代机器人将会涵盖更广泛的概念。以往并未定义成机器人的物体也将机器人化，例如无人驾驶汽车、智能家电、智能手机、智能住宅等。

最近几年，随着美国、德国、日本等国家对机器人产业的大量投入，机器人技术发展日新月异。机器人从单体作业转向可自主学习、自律行动的方向发展。除了传感器技术、软件信息处理能力的提升进步之外，深度学习等人工智能技术（图像与语音识别，机械学习）的跨越式发展，也推动了机器人自身能力的进一步提升，使机器人能够不断从事更加高级的工作。也就是说，机器人从过去的简单重复性劳动，变得能够互联、共享，甚至协同工作。