作為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”之一的機(jī)器人，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也將迎來新一輪融合創(chuàng)新發(fā)展浪潮。

與此同時，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正成為順德乃至佛山加速崛起的新興產(chǎn)業(yè)“新賽道”。這一話題也成為近期在佛山順德召開的美的2023遠(yuǎn)見者大會上的焦點(diǎn)話題之一。

美的藍(lán)橙實(shí)驗室副主任兼中央研究院機(jī)電一體化研究所所長陳文杰認(rèn)為，隨著機(jī)器人重載化和精巧化的不斷演進(jìn)，勢必會讓機(jī)器人從工業(yè)走向商業(yè)，最后走向人類日常生活的方方面面，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人家電化與家電機(jī)器人化，大幅提升家電智能屬性和服務(wù)能力，從而替代人類日常勞動，讓人類徹底擺脫勞動負(fù)擔(dān)成為可能。

以下是陳文杰所長的演講實(shí)錄：

陳文杰：大家好，我來分享一下《機(jī)器人歷史演化和發(fā)展趨勢》，這個主題其實(shí)非常大，但是我們梳理以后發(fā)現(xiàn)一個有趣事情，機(jī)器人的發(fā)展趨勢跟中國武術(shù)的一些理念有些相似性，首先是“形意合一”，外形和內(nèi)意的高度統(tǒng)一，在機(jī)器人上表現(xiàn)為形態(tài)和性能要一體化；同時要做到“舉重若輕”，重和輕的矛盾融合，要做到非常輕巧實(shí)現(xiàn)重型作業(yè)，這是我們所看到機(jī)器人的發(fā)展趨勢，也是我們的目標(biāo)。

機(jī)器人是人類智慧和技術(shù)的結(jié)晶，隨著時間的不斷推移，機(jī)器人從早期簡單的機(jī)械臂到現(xiàn)在的人形機(jī)器人，形態(tài)和功能都發(fā)生了巨大的變化。歷史上的早期機(jī)器人也出現(xiàn)在各個古文明典籍當(dāng)中，比如說中國戰(zhàn)國時期，有魯班和墨子《九攻九距》的典故。

現(xiàn)代機(jī)器人是從二十世紀(jì)開始，為了解決生產(chǎn)問題而誕生的工業(yè)機(jī)器人。1961年，在美國Unimation誕生第一臺可數(shù)控可編程的工業(yè)機(jī)器人；隨后幾十年，隨著需求的不斷演變，機(jī)器人的形態(tài)和功能也發(fā)生日新月異的變化；近年來，在機(jī)器人技術(shù)和AI技術(shù)的巨大突破下，人們對機(jī)器人的想像空間也發(fā)生很大變化。服務(wù)機(jī)器人，人形機(jī)器人不斷涌現(xiàn)，逐漸出現(xiàn)在酒店、餐廳、家庭等日常生活場景中，大家以人的需求為本，不斷延伸著對機(jī)器人未來的想像空間。

我們?nèi)绻褭C(jī)器人這幾十年來的發(fā)展放在功能二維圖來看，橫軸是機(jī)器人功能的精巧度，也就是精度和靈巧性；縱軸是機(jī)器人的負(fù)載能力，也就是能夠舉多重的東西。我們能夠看到，無論是傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人還是新興的服務(wù)機(jī)器人，機(jī)器人的演進(jìn)規(guī)律還是比較明晰的，基本上都是從左下角往右上角去演進(jìn)，從低負(fù)載、低精巧度往既厚重又精巧的方向演進(jìn)。

傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人由于場景任務(wù)相對固定，所以更加側(cè)重于負(fù)載能力的提升，服務(wù)機(jī)器人的服務(wù)場景更加多樣，它會側(cè)重于精巧能力的提升。所以雙方演進(jìn)的主要方向和演進(jìn)速度還是差異明顯，可以看出整個二維圖的右上角存在空白，如何將“高靈巧”和“高負(fù)載”完美的結(jié)合在一起一直是困擾業(yè)界多年的難題。

機(jī)器人的負(fù)載能力隨著需求的演進(jìn)不斷提升，食品藥品等小型分揀的負(fù)載需求是幾公斤；一般工業(yè)自動化的負(fù)載是數(shù)十公斤；像冶金、車身搬運(yùn)、重型加工等重型作業(yè)的負(fù)載要達(dá)到幾百公斤、甚至上噸。再到一些特種作業(yè)，比如空間站上的機(jī)械臂，要達(dá)到數(shù)噸的負(fù)載，還有一些超重載的，比如說高鐵車身搬運(yùn)和大飛機(jī)制造，需要達(dá)到上百噸的負(fù)載。

其次，任務(wù)和場景的多樣化、復(fù)雜化，使機(jī)器人的精巧能力有大幅度的提升，早期機(jī)械臂只能實(shí)現(xiàn)簡單的可編程作業(yè)，精度也比較差?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人，在精度和速度方面都已經(jīng)全面超越人類，能夠?qū)崿F(xiàn)高速高精作業(yè)。在醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，機(jī)器人也實(shí)現(xiàn)了超越醫(yī)生的手術(shù)作業(yè)復(fù)雜度和靈活性，像腹腔鏡的手術(shù)機(jī)器人，僅需要通過一個小孔，就能夠深入到人體內(nèi)部來進(jìn)行復(fù)雜精細(xì)的手術(shù)操作，還有一些場合需要人和機(jī)器人來進(jìn)行協(xié)同工作，在另外一些復(fù)雜工作場景中，還需要多個機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)群體協(xié)作。

機(jī)器人的負(fù)載能力和精巧性都在不斷發(fā)展，但想把二者融合起來卻存在很大難度。大家可以想像一下，一個負(fù)載一噸的重載機(jī)器人去實(shí)現(xiàn)0.1毫米精度的精巧操作，好比讓一頭大象去做穿針引線的工作，這方面的完美融合還是業(yè)界非常巨大的難題。

重載機(jī)器人在精巧化作業(yè)中存在不少挑戰(zhàn)。

首先，高動態(tài)下的精度和抖動問題，重載機(jī)器人的大慣量和系統(tǒng)柔性容易造成軌跡誤差，難以完成高速高精工作；

其次，人機(jī)交互的安全問題，重載機(jī)器人工作空間大，負(fù)載大，但是力覺感知精度差，所以危險性比較大；

第三，重載機(jī)器人在重載沖擊下，可能伺服剛度不足，會造成重載加工的時候出現(xiàn)顫振，導(dǎo)致加工質(zhì)量差；還有在大尺度空間下的靈活性不足，重載機(jī)器人傳統(tǒng)上是固定式作業(yè)，但是在大飛機(jī)制造等大尺度空間和復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下，就顯得靈活性不足。為解決這些問題，我們不斷從本體、控制、核心部件等多個層面去開展工作。

首先是本體的正向設(shè)計，我們通過構(gòu)型上的創(chuàng)新，比如雙大臂的構(gòu)型和混聯(lián)構(gòu)型等創(chuàng)新設(shè)計來提高機(jī)器人的剛度和靈活性。在機(jī)電控的聯(lián)合仿真方面，我們通過剛度耦合的精細(xì)化動力學(xué)建模和全閉環(huán)的仿真，在設(shè)計階段就實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人性能的精準(zhǔn)預(yù)測。在結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方面，我們構(gòu)建多目標(biāo)的優(yōu)化模型和智能搜索算法，來實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)和拓?fù)涞臉O致優(yōu)化。在傳動鏈-零部件的解耦設(shè)計方面，我們通過對整機(jī)性能和零部件的解耦設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對高精、高剛、大負(fù)載自重比傳動鏈的設(shè)計。

在智能化控制方面，我們希望機(jī)器人能夠在各種應(yīng)用場景當(dāng)中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能、很高的魯棒性和可靠的安全性，這需要研發(fā)各種高性能控制算法，比如說高剛度的伺服控制；高節(jié)拍速度的規(guī)劃；還有高動態(tài)的視覺伺服和定位導(dǎo)航；以及高柔順性的人機(jī)協(xié)作和功能安全，此外還要研發(fā)自主優(yōu)化算法，希望機(jī)器人能夠在各種復(fù)雜動態(tài)的多元化任務(wù)中進(jìn)行智能化的自適應(yīng)。

在核心器件領(lǐng)域，首先是高性能電機(jī)技術(shù)，我們正在通過高聚磁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和低溫升定子技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速化和小型化；在驅(qū)動技術(shù)方面，我們突破高動態(tài)低波動的驅(qū)動技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制的快速性和穩(wěn)定性，在傳動技術(shù)方面，我們基于承載和壽命驅(qū)動進(jìn)行正向設(shè)計及工藝研究來實(shí)現(xiàn)對精度壽命保持的成套技術(shù)。

在感知技術(shù)方面，我們通過對位置、力覺、視覺的傳感器技術(shù)創(chuàng)新和多模態(tài)融合，實(shí)現(xiàn)對重載作業(yè)的高靈敏感知。

通過這幾年的努力，我們研發(fā)了一系列核心零部件，包括高性能的精密減速機(jī)，高可靠性的伺服電機(jī)，還有高功率密度一體化以及高速3D視覺相機(jī)，來支撐機(jī)器人整機(jī)的高端需求，形成產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合。

以上這些工作其實(shí)是為了支撐我們對機(jī)器人的期望。關(guān)于我們對機(jī)器人的期望，我想引用著名機(jī)器人專家、前IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會）主席，福田敏男院士的一句話“機(jī)器人應(yīng)當(dāng)要協(xié)助人類來應(yīng)對所面臨的重大問題”，什么是重大問題呢？

我能想到兩個：一個是社會生產(chǎn)力提升，還有一個人類生命健康保障。其實(shí)在當(dāng)下，我們已經(jīng)做了很多工作了，機(jī)器人在柔性制造中已經(jīng)以極大的靈活性來變革傳統(tǒng)的固定式、流水式作業(yè)。我們在美的庫卡工廠中實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人全自動造機(jī)器人；同時機(jī)器人要更深度地與人類協(xié)同參與生產(chǎn)，進(jìn)一步提升生產(chǎn)柔性，以支撐先進(jìn)制造升級。此外，在精準(zhǔn)醫(yī)療、康復(fù)保健等新領(lǐng)域，美的庫卡機(jī)器人也在積極發(fā)揮著重要作用，成為醫(yī)療影像設(shè)備和診療機(jī)器人的重要組成部分，從而改善人類生活品質(zhì)，保障人民生命健康。

長遠(yuǎn)來看機(jī)器人的重載化和精巧化不斷演進(jìn)，勢必會讓機(jī)器人從工業(yè)走向商業(yè)，最后走入大家日常生活的方方面面。

傳動鏈技術(shù)、控制技術(shù)、AI技術(shù)的演進(jìn)將會極大賦能機(jī)器人，使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)極致輕量化、極致性價比的硬件，并在自主決策規(guī)劃和群體協(xié)同控制等方面上出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。這樣，機(jī)器人就有可能像家電一樣走入千家萬戶，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人家電化，來替代日常生活中大家的勞動，讓人類真正擺脫勞力負(fù)擔(dān)。

同時，從另一個方向，家電也會朝著機(jī)器人化方向發(fā)展，與前面唐博士提到的家居大腦聯(lián)動，形成完整的智慧家居生態(tài)，并大幅提升家電的智能屬性和服務(wù)能力。這方面美的也一直在探索，不斷推陳出新，讓家電更懂你。

所以，在未來，我們可以暢想，機(jī)器人的家電化和家電的機(jī)器人化將可能為我們打造一個徹底解放人類的時代，所想即所得，美好生活，如你所愿。