服務機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

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1、中國科學:信息科學2012年第42卷第9期:1049–1066www.scichina.cominfo.scichina.com評述服務機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢王田苗,陶永,陳陽北京航空航天大學機器人研究所,北京100191*通信作者.E-mail:taoy@buaa.edu.cn收稿日期:2012–06–04;接受日期:2012–08–21摘要服務機器人技術(shù)經(jīng)過近30年的發(fā)展,在機械、信息、材料、控制、醫(yī)學等多學科交叉方面取得了重要的成果,本文結(jié)合作者在機器人領域的相關(guān)工作,在分析國內(nèi)外關(guān)于服務

2、機器人發(fā)展研究現(xiàn)狀的基礎上,就服務機器人目前涉及的仿生材料與結(jié)構(gòu)、自重構(gòu)機器人、復雜環(huán)境下機器人動力學問題、智能認知與感知、網(wǎng)絡化交互及微納系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的研究進展做簡要的綜述,并概要展望了其發(fā)展趨勢.希望能夠在把握國際服務機器人前沿技術(shù)發(fā)展動態(tài)的同時,為培育我國服務機器人產(chǎn)業(yè)提供相關(guān)理論、方法及技術(shù).關(guān)鍵詞服務機器人仿生材料與結(jié)構(gòu)模塊化自重構(gòu)機器人動力學智能認知與感知網(wǎng)絡化交互微納系統(tǒng)1引言1.1服務機器人定義/內(nèi)涵及分類國際機器人聯(lián)合會(InternationalFederationofRoboti

3、cs,IFR)給了服務機器人一個初步的定義:服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人,它能完成有益于人類的服務工作,但不包括從事生產(chǎn)的設備[1].在我國《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(20062020年)》中對智能服務機器人給予了明確定義

4、

5、智能服務機器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務的多種高技術(shù)集成的智能化裝備"[2].國際機器人聯(lián)合會對服務機器人按照用途進行分類[1],分為專業(yè)服務機器人和家用服務機器人兩類,如專業(yè)服務機器人可分為水下作業(yè)機器人、空間探測機器人、搶險救援機器人、反恐防爆

6、機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、醫(yī)療機器人以及其他特殊用途機器人;個人/家庭用服務機器人可分為家政服務機器人、助老助殘機器人、教育娛樂機器人等.1.2世界各國服務機器人發(fā)展計劃機器人技術(shù)集機械、信息、材料、智能控制、生物醫(yī)學等多學科于一體,不但自身技術(shù)附加值高,產(chǎn)品應用范圍廣,而且已經(jīng)成為重要的技術(shù)輻射平臺,對增強軍事國防實力、提高處理突發(fā)事件水平、帶動整體經(jīng)濟發(fā)展、改善人民群眾生活水平都具有十分重要的意義.引用格式:王田苗,陶永,陳陽.服務機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.中國科學:信息科學,2012,4

7、2:1049{1066,doi:10.1360/112012-402王田苗等:服務機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢世界各國紛紛將突破機器人技術(shù)、發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)擺在本國科技發(fā)展的重要戰(zhàn)略地位.美、日、韓、歐等國家和地區(qū)都非常重視機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,將機器人產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),紛紛制定各自的機器人國家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃.(1)美國相關(guān)機器人研究計劃.美國機器人發(fā)展起步早,其發(fā)展思路是立足于相關(guān)機器人技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,包括醫(yī)療外科機器人daVinci及家用智能吸塵器機器人已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展.其機器人研究計劃主要包括:1

8、989年開始執(zhí)行聯(lián)合機器人研究計劃(JointRoboticsProgram)[3];美國國防部《無人系統(tǒng)路線圖(20092034年)》[4];2010年2月美國訓練與條令司令部與坦克車輛研究、發(fā)展與工程中心發(fā)布的《機器人戰(zhàn)略白皮書》[5];2009年7月美國國防部向外公布其美國陸軍未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)(FCS)[6];美國海軍2004年9月《無人水下航行器UUV總體規(guī)劃》[7];以及2011年6月美國總統(tǒng)Obama在CMU講話,提出了NRI國家機器人發(fā)展計劃(NASA,NSF,NIH),希望振興美國制造業(yè)[

9、8].(2)日本相關(guān)機器人研究計劃.日本一貫將機器人技術(shù)列入國家的研究計劃和重大項目,以工業(yè)機器人、仿人娛樂機器人為突破口,采用模塊化和標準化道路,近兩年開始正在積極開展RT(機器人技術(shù))的研究,推進服務機器人的產(chǎn)業(yè)化;另外經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省發(fā)布新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和機器人技術(shù)戰(zhàn)略,其中日本能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)(NEDO)資助項目[9]包括:服務機器人安全技術(shù)和驗證項目(20092013)2009年預算約1.2億人民幣;智能機器人技術(shù)軟件計劃(20072011)2009年資助約9700萬人民幣;基本機器人技

10、術(shù)開放式創(chuàng)新改進傳統(tǒng)技術(shù)(20082010)2009年資助約1000萬人民幣;先進機器人單元技術(shù)戰(zhàn)略開發(fā)計劃(20062010)2009年預算約5447萬人民幣.(3)歐洲相關(guān)機器人研究計劃.2006年歐盟制定了歐洲第七框架計劃(FP7),執(zhí)行期從2007年至2013年,總預算達532億歐元,加強機器人模塊化功能部件和危險作業(yè)機器人研發(fā)[10];另外歐洲機器人技術(shù)研究網(wǎng)絡提出了20022022年歐洲機器人研究與應用的路線圖(Euron