機器人概述機器人研究所2011.4機器人現狀與趨勢【3月20日報道】日本向事故區投放了Monirobo機器人用于檢測核輻射劑量、攝像、溫度、濕度檢測、粉塵和可燃氣體收集檢測等（日本核安全技術中心設計和生產）

?外形尺寸：

800×1500×1500mm（雙履帶）

?重量：600Kg（可搭載作業機械臂）

?行進速度：40m/min?無線傳輸（遙控）距離：1100m

特點：機器人防輻射，須加屏蔽罩，電子產品（尤其照相機）易受輻射的影響，故障或失效。

美國關島空軍基地的全球鷹無人機（攜帶攝像機、熱成像儀、合成孔徑雷達等）提供全天候航拍支持。一、福島核電站事故與機器人Monirobo（紅黃兩種）機器人離我們越來越近！機器人現狀與趨勢【3月28日報道】當日晚，（美）6位工程師攜4臺iRobot機器人（Packbot/2臺、Warrior/2臺）從馬薩諸塞州總部飛抵東京。這些核化偵察機器人可適應高輻射環境，但無法在堆芯區域存積的冷卻水中工作。越靠近堆芯，搶險人員越無法接近，故不得不越來越期待起用機器人。Packbot任務：清理廢墟，搬運危險物品，探測輻射。Warrior任務：抓住直徑7.6cm消防水管，將其拖曳和敷設到冷卻水注入點?！?月17日報道】Packbot進入福島第一核電站3號反應堆，監測核輻射量和溫度，拍攝內部照片。機器人采集的各種數據將擇日公布?！?月19日報道】福島第一核電站2號反應堆濕度過大，機器人未完成任務。

加拿大、中國等國家也聲稱可派遣機器人救援，不過日方未接受。宋?。簷C器人是20世紀自動化領域最偉大的發明。比爾?蓋茨：機器人進入千家萬戶。機器人在福島第一核電站3號反應堆現場作業機器人現狀與趨勢二、機器人分類機器人工業機器人焊接機器人噴涂機器人裝配機器人搬運機器人智能機器人軍用機器人家用機器人醫療機器人娛樂機器人醫療機器人機器人現狀與趨勢三、工業機器人（IndustrialRobot）機器人現狀與趨勢

各大洲的機器人需求預期1991～2008世界工業機器人年產量×1000臺/年機器人現狀與趨勢

主要國家地區工業機器人預期（2008、2009、2012）年裝機數

在役數

機器人現狀與趨勢

中國工業機器人每年新增安裝臺數

?2009年總在役臺數：37000（占全球3.6%）臺

?2008年銷售額（機器人）70億，生產線（1000億）

?2012年保有臺數：60000臺，年均增速：25%年份臺數機器人現狀與趨勢英法美意韓德日國國國大國國本利

發達國家制造業工業機器人密度（臺/每萬人）機器人現狀與趨勢焊接噴漆潔凈其他搬運中國工業機器人應用類型比例汽車電子其他化工機械中國工業機器人應用行業比例機器人現狀與趨勢小結（1）工業機器人的數量還不及汽車，但是如果計入服務機器人，就可比了（工業10萬+服務400萬：吸塵、割草、娛樂、家用……）；（2）工業機器人已經成熟，但是不等于中國沒有機會；（3）中國今后的成長點在搬運和潔凈機器人；（4）中國機器人市場會以兩位數成長，從老齡化（比日本還要嚴重4個老人-一對夫妻，目前60歲以上1.59億人，10%）和百人占有量看；（5）33所機器人產業化方面的作為在直流伺服驅動技術（無刷電機、驅動器）、減速器、傳感器等是軍民結合生長點；（6）國際上軍用機器人剛剛興起，中國需求尚要啟蒙，市場尚未喚醒（10～20年），產業需要培育（5～10年）；但是工業機器人的市場切入應該不存在認識上的問題。小結（1）工業機器人的數量還不及汽車，但是如果計入服務機器人，就可比了（工業10萬+服務400萬：吸塵、割草、娛樂、家用……）；（2）工業機器人已經成熟，但是不等于中國沒有機會；（3）中國今后的成長點在搬運和潔凈機器人；（4）中國機器人市場會以兩位數成長，從老齡化（比日本還要嚴重4個老人-一對夫妻，目前60歲以上1.59億人，10%）和百人占有量看；（5）33所機器人產業化方面的作為在直流伺服驅動技術（無刷電機、驅動器）、減速器、傳感器等是軍民結合生長點；（6）國際上軍用機器人剛剛興起，中國需求尚要啟蒙，市場尚未喚醒（10～20年），產業需要培育（5～10年）；但是工業機器人的市場切入應該不存在認識上的問題。小結（1）工業機器人的產量還不及汽車，但如果計入服務機器人，就可比了（工業10萬+服務400萬：吸塵、割草、娛樂、家用……）；（2）工業機器人已經成熟，但是不等于中國沒有機會；（3）中國今后的成長點在搬運和潔凈機器人；（4）中國機器人市場將以2位數成長，老齡化（日本60歲以上1.59億，占10%，比日本更嚴重，4個老人一對夫妻，）和萬人密度看；（5）機器人產業化基礎弱：交直流伺服驅動技術（伺服電機/驅動器）、減速器、傳感器等；（6）機器人發展的歷程是先民用后軍用，中國的軍用機器人市場尚要啟蒙，喚醒（5～10年），產業培育（10～20年）；但是工業機器人的市場切入應該不存在認識上的問題。機器人現狀與趨勢【推薦1】搬運機器人需求行業：＞30～40kg的箱式、袋式、罐式包裝石化、化肥、建材、水泥、橡塑食品、飲料、乳業飼料加工、糧食加工醫藥衛生軍事國防中國搬運機器人市場：2000臺/年（占30%，產值8億=40萬×2000臺）生產線市場：按2臺/條計，機器人：生產線=3：7，1000條生產線的總產值為18.0億利潤：20%（成本20～30萬/臺，3.6億）碼垛機器人搬運機器人機器人現狀與趨勢搬運機器人國外ABBMOTOMAN500kgFANUCFUJIKUKA直角坐標機器人現狀與趨勢國產搬運機器人&生產線哈工大博實哈工大海爾廣州裕輕無錫力馬機器人現狀與趨勢手爪的形式機器人現狀與趨勢【推薦2】潔凈自動化產業（cleanroomrobot）特點：潔凈度、平穩性、高效率、可靠性市場：芯片（晶圓片）、平板顯示、超薄玻璃、食品、醫藥、太陽能、鍍膜IC裝備大氣機械手真空機械手自動物料輸送系統半導體前端設備平板顯示垂直關節基板搬運機器人水平關節基板搬運機器人潔凈AGV、RGV潔凈自動物料輸送系統其他行業超薄玻璃、電子、食品、醫藥潔凈環境搬運機器人線鍍膜、太陽能潔凈環境機器人線食品、醫藥、紙業潔凈環境碼垛包裝機器人線機器人現狀與趨勢四、軍用機器人（Militaryrobotsareautonomousrobotsorremote-controlleddevicesdesignedformilitaryapplications）機器人現狀與趨勢美國未來作戰系統(FutureCombatSystems)概念圖(2006)

以智能化信息處理技術和網絡通信技術為核心1.FCS的作戰概念機器人現狀與趨勢FCS的作戰概念阿富汗戰場的拆彈部隊

2010年9月5日兩名《環球時報》記者跟隨一個巡邏隊在坎大哈市郊美軍基地不遠的地方執行巡邏任務（巡邏隊由美軍101空中突擊師營A連6名官員、6名當地國民軍士兵、2條嗅彈犬組成），在途中突然與塔利班武裝人員遭遇。但是塔利班武裝人員一閃就消蹤匿跡了。巡邏隊覺得形跡可疑，急忙上前搜查，在距離美軍基地外圍墻跟約200m處，嗅彈犬狂叫不止，表明嗅到了可疑物。于是馬上通知后方支援。20min后，一個機器人拆彈小組前來增援，該組5人組成，包括女專家1人、機器人操縱手1人、排爆手1人、掩護槍手2人。操縱手從背包取出PackBot，以遙控模式讓機器人趟過一片不深的積水，爬過一堆廢墟后，發現了一包自制炸彈，又花費了30min，機器人成功剪斷了炸彈引爆線，于是拆彈小組順利返回。PackBot機器人功能全面、外形小巧，質量較輕，因此美國大兵們將之昵稱為“背包”。碼垛機器人機器人現狀與趨勢UnmannedAircraftCombatVehicles（UACV）

UnmannedGroundCombatVehicles（UGCV）AutonomousUnderwaterCombatVehicles（AUCV）iROBOT-15A輕騎兵RQ-4全球鷹2.軍用機器人的種類機器人現狀與趨勢一名士兵最大負荷:40~60kg（必備隨身武器26公斤+單兵機器人＜30kg）×1

（<30Kg）微小型SUGV，單兵、省電設計×4（<100Kg）中型MUGV，偵察、排雷、作戰、后勤>×4（>100Kg）大型LUGV，作戰、后勤3.UGCV的種類偵察作戰移動機器人爆炸物處理機器人地面移動機器人自主移動機器人半自主移動機器人遙控移動機器人大型移動機器人中型移動機器人微小型移動機器人按控制方法按功能按重量體積機器人現狀與趨勢典型移動模式機器人現狀與趨勢4.典型的UGCVTALON（魔爪）尺寸:0.864×0.559m最高速:8.37Km/h最大爬坡角度:40°無負載車重:54.4Kg控制方式:無線遙控多任務平臺40mm高爆彈或由澳大利亞金屬風暴公司研制的多管機槍（射速達16發/s）Foster-Miller公司的產品機器人現狀與趨勢Warrior×700（勇士?今年夏天定型）尺寸:0.889×0.768×0.457m最高時速:12.9Km/h最大爬坡角度:45°無負載車重:157.4Kg最大負載:68Kg控制方式:無線遙控iRobot公司的產品機器人現狀與趨勢金屬風暴（MetalStorm）=FireStorm（武器系統）+標準“戰斗平臺”（Warriorplatform）（底座）FireStorm的火藥發射筒一分鐘內齊發幾千次彈藥（理論可達100萬次）機器人現狀與趨勢?尺寸:0.813×0.521×0.178m?最高速:9.3Km/h?最大爬坡角度:45°?無負載車重:20Kg?最大負載:6.8Kg?控制方式:無線遙控機器人現狀與趨勢ReconscoutLANdroidsEyeDrive機器人現狀與趨勢中型地面移動機器人本體型譜

微小型地面機器人本體型譜機器人現狀與趨勢中型機器人應用模塊型譜

小型機器人應用模塊型譜

機器人現狀與趨勢5.市場權威軍事咨詢公司

WinterGreenResearch的資料2009年軍用移動機器人市場統計序號國家、地區銷售額（百萬$）全球市場占有1美國702.784.5%2歐洲124.715.0%3日本0.80.1%4中國0.80.1%5印度、俄羅斯、巴西0.80.1%6亞太地區0.80.1%機器人現狀與趨勢

世界UGCV市場銷售額預測

世界UGCV市場銷售量預測機器人現狀與趨勢

大中小型UGCV銷售額對比預測

大中小型UGCV銷售量對比預測機器人現狀與趨勢市場結論（1）世界軍用機器人市場在2014~2016年將迅速膨脹，十二?五是軍用機器人重要的戰略發展機遇期；（2）（MUGV）占有的市場份額最大。WinterGreenResearch預測2016年它的市場額接近65億美元，是（SUGV）的3.4倍，（LUGV）的26倍；（3）（SUGV）的銷售量可觀。WinterGreenResearch的預測2016年它將達750萬臺，是（MUGV）的97倍，（LUGV）的20900倍，（SUGV）2010銷售量的3700倍；（4）（SUGV）在2014~2016年的銷售額年均增長率＞100%，相對下，（MUGV）的年平均增長率≈30%。從純商業角度看，著重發展（SUGV）和（MUGV）是符合市場需求條件的。從軍事角度看，（SUGV）和（MUGV）在未來作戰系統中具有重要的戰術地位。機器人現狀與趨勢（1）iRobot公司20年發展年譜年份發展階段主要事件備注1990IsRobotics公司后改iRobotMIT的CSAIL（ComputerScienceandArtificialIntelligenceLaboratory）RondyBrooks教授和學生ColinAngle和HelenGreiner創辦機器人研發商業公司PackBot原型機及多項專利2000

政府資助得DARPA（DefenseAdvencedResearchProjectsAgency）戰術移動機器人計劃（TMR）資助，啟動軍用機器人原型機Urbie開發2001Urbie申報專利Urbie參與了9.11世貿中心搜救。表現稍遜，但在作業需求和性能等方面獲寶貴經驗和數據，奠定它的發展方向，申報了專利。

200210月獲美軍首批訂貨美陸軍在阿富汗對多種機器人樣機測試（越野、清除洞穴、入房搜索、穿越布雷場等），Urbie嶄露頭角2003PackBot正式定名EOD（排爆型機器人）列裝2007中標&拓展型譜7系列中標陸軍1000臺，試用滿意后追加2000臺，該年底獲2.6億$，3000臺不確定訂貨、備件、訓練及維修員工300價格至2010年的銷售業績：20個合同共計3000臺單價：低配置價格11萬$/套，高配置40萬$（擴展和現場維修服務）6.典型的制造商機器人現狀與趨勢PackBot2005～2010部分銷售業績2004年前iRobot公司在中國有代理，產品一度在中國銷售，但其后被撤消，原因據說是接到了美國軍方的巨額定單。目前PackBot

僅售到德國機器人現狀與趨勢（2）Foster-Miller發展年譜年份發展階段主要事件備注1956創建Foster-Mille公司最初由MIT的三名學生創辦的一家專用設備開發商2000TALON處女秀在波斯尼亞成功轉移并處理爆炸物2001亮相9.11參與世貿中心救援，因表現出色開始配備美國陸軍，并首批進入阿富汗，執行爆炸物拆除、偵察、危險品操作、戰斗支援等2004

被（英）公司QinetiQ收購Foster-Miller成奎奈蒂克（QinetiQ）旗下的北美全資子公司。

Qinetiq前身為（英）DERA（國防部防務評估及研究局：DefenseEvaluationandResearchAgency），2001年分出獨立國際防務安全科技公司（國防部控股）主流產品機器人2001～2007投入實戰美軍購置1000輛，投入阿富汗、伊拉克戰場。與ARDEC（武器研究開發及工程中心）、金屬風暴等武器公司合作，開發作戰概念，包括：M16步槍、M240/M249機槍、M202-A16mm火箭彈發射器等2006申請多項專利2008.05.06需求劇增2007.4～2008.5，僅13個月內再交付1000輛“魔爪”，于是在2008.05.06“

Foster-Miller宣布該公司已經向美軍交付了第2000輛“魔爪”價格簡版系統單元：11萬$/臺，SWORDS系統（帶機槍）：20萬$/臺如選用陸軍的CKEM小型動能彈。它是陸軍視距內的超高速反坦克導彈（LOSAT）的較小型號，長1.2m、重22.7kg，可由單兵搬運，垂直發射，射程4

5km。機器人現狀與趨勢Talon&Swords2004～2007部分銷售業績平均價格:TALON:11萬U.S.SWORDS:20萬U.S.D機器人現狀與趨勢小結（1）一個軍用機器人從技術到產品的培育期大致5～10年；（2）一個軍用機器人生產商（企業）的初創期和成長期大致需要5～10年；（3）技術與市場的引領關系是辯證發展的。在技術已經有一定積淀的目前階段，應該由市場引領，反過來再促進技術的跟蹤和發展；（4）中國發展機器人的困難在工業體系的配套機制不全，核心元器件的產能不強；（5）中國發展軍用機器人的風險在一哄而上，低水平重復；在受到市場挫折后，又淺嘗輒止，一哄而下；投機成分厚重，鍥而不舍的精神缺乏。這一點在月球車的研發上已經有所暴露；機器人現狀與趨勢五、地面軍用機器人關鍵技術（1）模塊化技術（2）基于COFDM的新一代機器人無線通訊技術（3）自主導航技術（4）多機器人協同作戰能力機器人現狀與趨勢（1）模塊化技術

快速可維修性

機器人可代替士兵受傷或犧牲。據阿富汗/伊拉克戰場的統計，每臺軍用機器人受損后平均可維護的次數是10次。機器人一旦發生故障，或受對方攻擊發生殘損，可以立即被送到戰地維修所，快速地更換整個模塊（而非零部件），重新投入戰斗。更換模塊既快速，又簡單，非專業技術人員即可勝任。如果更換停留在零部件級，非需要專業維修人員不可，花費的時間和代價會相當高。（前面看到，低配置價格11萬$/套，可擴展和跟隨維修人員的高配置40萬$。再例如旋轉編碼器，抗振性差，故障率高，是伺服電機的薄弱環節，新的趨勢是將電機-編碼器分離。安川HP系列機器人的分離式編碼器，一旦損壞，15分鐘即可更換）。

獨立性和自封裝

每個模塊彼此獨立，各成一個完整的單元實體，具有獨立的結構、對外有通用的機械、電氣、電池、通訊和控制的接口，滿足標準化、互換性、通用性。

多樣性

機器人配備一系列可選模塊，在通用平臺基礎上添加或刪減選件，可按照機器人型譜進行“重組”，以適應不同任務的需求。機器人現狀與趨勢軍用機器人易損的零部件機器人現狀與趨勢模塊化示意圖機器人現狀與趨勢自主導航的模式感知對象:

環境（各種外部傳感器）本體（各種內部傳感器）定位：定量描述機器人和環境的空間幾何位置關系（算法）規劃：全局規劃；局部規劃（算法）；智能行走：靈活運動和安全越障（算法）關鍵問題：小型集成化、國產化雙目視覺10幀/s?慢百米測距?mm級分辨率慣導+GPS?長時工作雙目立體視覺：幾何關系明確，問題：1）要在兩幅畫中找到對應點，建立點-點對應關系，信息可能不充分（如照度低或顏色混淆）2）受遮掩或陰影影響，景物中某些部分僅在一幅圖像出現。障礙檢測：激光雷達（主動，數據稀、頻率低）+立體視覺信息融合（被動，受光照影響）、超聲檢測局部避障的策略、路徑規劃和算法：人工勢場、虛擬力場、模糊邏輯、神經網絡、增強學習自主導航：航位推算法、衛星定位法、組合定位法、（2）自主導航技術在何處？欲何往？如何去？機器人現狀與趨勢

《大都市大震災減輕特別計劃》

（簡稱DDTProject）2002年開始實施日本國家研究計劃新一代救援手段技術的構成瓦礫堆中搜救機器人瓦礫堆上搜救機器人空中搜救機器人信息及通信技術震災模擬實驗現場先進搜救傳感器及工具地下室遙控移動機器人搜救災情的社會廣域信息通報交流人機接口多種搜救手段兩處國家實驗場地：川崎/神戶試驗場

機器人遙控和生命搜救系統性能評價

逼真模擬震后城市倒塌現場環境模型，對機器人在不平整地面、臺階、壕溝、狹窄空間、三維迷宮的穿行能力做評價再現倒塌木結構平房的環境，機器人在狹窄、散亂的室內空間中穿行，考察能力。臺階/壕溝寬度：0.1m～0.2m狹窄空隙：0.2m～0.3m行進距離：20m機器人現狀與趨勢

機器人與士兵功能優劣的比較

項目功能比較備注機器人士兵機器人+士兵體能延伸中良良與傳統車輛比較，在輕型、速度、越野機動、翻滾等方面強，但比人類差信息延伸中中優人無法接近目標，機器人直接視覺差，互補后在近戰態勢偵察方面強作戰功能良良優殺傷力方面各有優缺，在網絡支持下某些場合提高了近距離打擊準確度。機器人加士兵的作業能力也更強了。如德國一款掃雷機器人，在6小時內的掃雷面積相當于30個有經驗的工兵，效率提高15～20倍生存能力強弱強士兵生命犧牲代價大，機器人可維護10次其他“戰爭成本數學”計算，美軍士兵一生的平均軍費支出為400萬$，機器人士兵僅1/10。官兵有晉升軍銜、漲薪資、退役金、保險費、家屬安置費問題，更有傷亡帶來的撫恤賠償和政治壓力。機器人是“零傷亡”。總體傷亡降低70%。

在難度方面，機器人地面的自主導航比空間飛行器至少不低。

軍用機器人作戰定位：半自主（遙控+局部自主）、分散（系統和群的概念）、信息網絡的末端節點。機器人現狀與趨勢（3）基于COFDM的新一代機器人無線通訊技術

1973年阿以戰爭后，（美）陸軍總結坦克變為“被發現就意味著被擊中，被擊中就將滅亡”。因此要“先敵發現，先敵識別，先敵打擊”。一場沒有硝煙的信息戰是未來戰爭的序曲。高速移動中機器人系統遠距離、實時、多頻道、高保密性地傳輸圖像和聲音，需MPEG4數字圖象壓縮編碼和COFDM多載波數字調制技術。在無線視頻上首選是數字傳輸而非模擬傳輸。正交頻分復用（OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）是目前最主要的調制技術，在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，提高頻譜利用率。COFDM技術是在OFDM上加入信道編碼技術，增強糾錯功能，提高抗多徑衰落、抗碼間干擾（ISI）、抗多普勒頻移能力，使非視距、超視距、高速移動下實現圖像，語音，數據的高速高保真傳輸。該技術涉及有線通訊原理、無線視頻壓縮處理、視頻數字傳輸和處理、智能圖像、RF射頻通信技術、自控等技術領域，可借鑒如：公安應急指揮系統、軍隊無線圖傳系統、消防無線指揮系統、武警無線指揮系統、電力搶險指揮系統等各種需要無線移動圖像、聲音實時傳輸的典型應用場合。機器人現狀與趨勢（4）多機器人協同作戰能力

協同的基礎是每一臺機器人本身的控制技術已經過硬了。多剛體控制曾是機器人關鍵技術的一大熱門。80～90年代自動控制學者都樂意在機器人上試試新的控制方法和技術（動力學、最優、模糊、變結構、學習、H

等）。這樣的代價比在空間技術中要安全和節省。

2000年9月美軍進行了一次多機器人協同作戰的“彩排”（試驗），47臺機器人組成的機器人群與士兵共同演練了將近4個小時。每個士兵控制4臺機器人，操縱它們隱蔽、偵察、救援、穿過密林、爬樓梯等等。項目經理陸軍中校布里奇評價說：“我們學到了許多關于傳感器集成和它們對于機器人性能影響方面的知識。這是第一次我們想在茂密的植被中做點事情，這是非常非常困難的目標。這次試驗取得了重大突破，機器人跌倒后能爬起來，通信及定位方面的情況良好，但是在機動和避障方面還需要做更多的工作?！?/p>

2003年8月6日，12臺機器人在美國圣安東尼奧的東南研究所有一次演習，一個6輪“WallCrawler”機器人沿著墻壁爬上天花板地，借助一種百葉窗扇結構（能在兩個鄰近的表面之間產生低壓區域）粘附在任何表面上，包括磚墻；一個6足機器人能有效地攀爬巖石；而一個機器蛇能在管道中蜿蜒前行等等。這些演示充分展現了軍用機器人參與現代作戰行動的潛力。五角大樓的防衛指揮官JamesShamess旅長說：“這次演習使我們第一次看到在作戰區域內機器人的各種各樣的五花八門的軍事應用”。

機器人現狀與趨勢從人-機博弈看未來戰爭中軍用機器人的角色人機博弈（ComputerGames）的兩大挑戰性課題

人-計算機國際象棋比賽：

在人工智能（AI）的發展史中，人-機器智能的博弈始終作為一個標準問題起到有力的推動作用。從1958年以來45年間人/計算機大戰了多次。1997年5月，IBM的超級計算機“更深的藍”在國際象棋較量中以3：2戰勝了著名的國際象棋冠軍卡斯帕羅夫，成為40年來人工智能研究重大進展的標志性事件，同時也意味著博弈已經在某種程度上完成了它的歷史使命，需要尋找新的標準問題、新的挑戰來繼續推動人工智能的發展。

機器人足球比賽：

于是學者們將目標鎖定在機器人足球比賽，它成為AI研究的新挑戰。這個構想的由來是加拿大學者AlanMackworth教授在1992年的論文《OnSeeingRobot》中首次提出的。同年10月東京AI重大挑戰研討會上，一些學者積極籌劃，由SONY出資注冊了RoboCup聯盟（TheRoboCupFederation），宗旨是利用機器人足球比賽、仿真比賽等手段加快機器人學及相關科學與技術的發展。1997年第1屆RoboCup比賽在日本名古屋揭開帷幕，40支隊伍參加，觀眾5000余人，邁出機器人2050年在綠蔭場上戰勝人類足球冠軍隊的夢想的第一步。機器人現狀與趨勢

人/計算機大戰史年份戰況、戰績1958