浅析全球机器人产业格局 重点聚焦工农医三领域

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浅析全球机器人产业格局 重点聚焦工农医三领域

2015-11-27 08:51:20 来源： 经济参考报 作者：方家喜

2015世界机器人大会25日在北京落下帷幕。国家主席习近平在给大会开幕的贺信中表示，随着信息化、工业化不断融合，以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现时代科技创新的一个重要标志。中国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域。

　　当前，机器人被认为是影响人类生产和生活的四大技术之一，　2015年世界十大技术之一。全球很多国家将机器人作为国家计划进行重点规划和部署。美国发布了机器人发展路线报告，将现在的机器人与20世纪的互联网放在重要的地位；欧盟启动了全球最大民用机器人研发计划——“SPARC”，计划到2020年投入28亿欧元，创造24万个就业岗位；日本将机器人产业作为“新产业发展战略”中七大重点扶持的产业之一；韩国制定了“智能机器人基本计划”，并发布了“机器人未来战略展望2022”。
　　据中国科学院等机构分析，当前，全球机器人产业聚焦工业机器人、农业机器人和医疗机器人三大领域。工业机器人发展最为迅速，美德中日韩五国工业机器人销量占全球7成；农业机器人需要处理复杂的地理和天气因素，欧美和日本等国研究机构正在致力提升智能化水平；
　　欧美和日本的医疗机器人已经广泛应用于脑神经、前列腺，心脏病、脊柱及微创介入等外科手术中，发达国家手术机器人年增长率40%以上。据预测，未来五年，全球机器人年均增长25%以上。

图为一位参观者在同机器人握手。　

　　五国工业机器人销量占全球七成
　　据国际机器人联合会统计，　虽然经过近几年两位数的高速增长，2014年全世界工业机器人的总销售量也只有22.9万台，其中我国的销量为5.7万台。中国每1万个工人拥有的机器人只有36台，比韩国（478台）、日本（374台）、德国（292台）和美国（164台）少很多。
　　记者综合国内外多家机构预测，全球工业机器人本体市场以中国、欧盟地区、美国和日本为主。日本、美国、德国、韩国和中国五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。2017年中国工业机器人市场容量是2012年四倍，未来5年行业年复合增长率超过30%。未来五年全球工业机器人年均增长25%。
　　中国科学院的最新报告指出，当今的工业机器人仍难于使用，而中国制造业尤其是中小企业又缺乏熟练使用工业机器人的员工，有些甚至出现了“买的起，不会用”的局面。正因如此，国际机器人联合会在2015年的年报中也将能够简化工业机器人使用的技术列为未来几年的重点发展方向。
　　工业机器人作为自动化技术的集大成者，一直被誉为自动化领域“皇冠上的明珠”。据中国工程院院士王天然介绍，工业机器人自诞生以来实现广泛发展，而且还在向其他领域进行技术转移，派生出新的领域，如服务机器人等。
　　特别是在缓解劳动力不足等问题上，工业机器人所发挥的作用越来越大。以日本为例，王天然说，20世纪70年代至90年代，日本经济高速增长，劳动力严重短缺，用了20年时间变成机器人第一大国，而且变成制造强国。进入90年代，亚洲经济快速发展，该区域工业机器人需求量增幅全球最高。目前全球对工业机器人的需求仍然很广泛，按照工作岗位算，工业机器人只占5.63％。
　　王天然说，目前，工业机器人已经在汽车整车及零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力等领域有了较好的应用，而且机器人技术仍在不断提升发展，主要是两个方向：一是在机器人操作能力上追求完美，提升其速度、精度、适应性，扩大应用领域；二是在机器人智能化、网络化上不断努力，提高机器与人的交互能力。
　　有统计显示，从1990年到2000年，工业机器人定位精度提高了61％，平均无故障时间增加了137％，价格差不多降了一半。据日本预测，到2030年，机器人重复定位精度将会翻一番，绝对定位精度将提高一个数量级。
　　目前，机器人应用领域正在扩大。据了解，日本在人形机器人研发方面正在取得一些突破。日本大阪大学国际电信基础技术研究所高级研究员西尾修一说，这种机器人看起来和人形差不多，可由操作员进行远程控制，实现机器人与用户之间的自如交流。
　　根据中科院宁波材料技术与工程研究所杨桂林的研究，随着信息技术，特别是互联网技术、感知技术和传感器网络技术的快速发展，世界工业机器人运用技术也在不断地更新，呈现出五大趋势，网络化特征增强，群体作业能力增强，对半结构化作业环境的适应能力增强，虚实融和能力增强，模块化应用程序增多。
　　相关研究指出，虽然我国从2013年开始就成为了工业机器人销量最大的国家，并出现了大规模投资机器人产业的热潮，然而国内大多数的企业尤其是中小型企业在工业机器人的应用上仍处于较低的水平，难于有效发挥机器人的功用。因此，国家相关部门应从资源配置和政策扶持两个层面大力推进工业机器人运用技术的研发，从而降低工业机器人的使用难度、增强其技术性能，拓展其应用范围，早日解决我国机器人产业发展所面临的瓶颈问题。
　　农业机器人智能化水平提升成难点
　　最近，由悉尼大学Sukkarieh教授带领的研究团队开发出瓢虫农场机器人。该机器人首次实地作业，在新南威尔士州一片种植洋葱，甜菜和菠萝的农场上进行。Sukkarieh教授称，机器人能够实现自动化驱动，在每列田地间自如运作。收集感应器数据，包括激光，摄像头，高光谱镜头等，通过提供有价值的信息帮助种植者们了解他们农场的作物状态。
　　据了解，随着近年来国内外对农业机器人研究与开发的重视，目前已研发出多种农业机器人。根据解决问题的侧重点不同，农业机器人大致可以分为两类：一类是行走系列农业机器人，主要用于在大面积农田中进行作业；另一类机械手系列机器，主要用于在温室或植物工场中进行作业。
　　日本是农业机器人研究最早、同时也是市场发育最为成熟的国家之一。目前，日本已研制出育苗机器人、扦插机器人、嫁接机器人、番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜采摘机器人、农药喷洒机器人、施肥机器人和移栽机器人等多种农业生产机器人，在理论与应用方面都居世界前列。
　　同日本比，由于领土广阔及自身先进的工业技术，美国研究的重点在于行走式农业机器人，在理论与技术上都比较成熟。典型代表是美国新荷兰农业机械公司发明的多用途自动化联合收割机器人，很适合在美国一些专属农垦区的大片规划整齐的农田里收割庄稼。
　　其他国家农业机器人研究与应用方面比较有代表性的有：澳大利亚发明的牧羊犬机器人，它能在农场上代替传统的放牧劳力；德国农业专家采用计算机、全球定位系统（GPS）和灵巧的多用途拖拉机综合技术，研制出可准确施用除草剂的除草机器人，法国发明的专门服务于葡萄园的机器人几乎能代替种植园工人的所有工作，包括修剪藤蔓、剪除嫩芽、监控土壤和藤蔓的健康状况等；西班牙发明的采摘柑橘机器人，能够依托机器视觉技术从桔子的颜色、大小判断出是否成熟并控制机械手进行采摘；英国西尔索研究所开发的采蘑菇机器人可以确定哪些蘑菇可以采摘以及属于哪种等级，然后测出其高度以便进行采摘；法国研制的分拣机器人能在潮湿肮脏的环境里工作，把大个番茄和小粒樱桃加以区别，然后进行分装。
　　与国外相比，中国国农业机器人研究与开发方面尚处于起步阶段。目前我国已开发出的农业机器人有：耕耘机器人、除草机器人、施肥机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收割机器人、采摘机器人等。
　　中国农业大学研制的摘黄瓜机器人利用多传感器融合技术，对采摘对象的成熟度进行判别，并确定收货目标，引导机械手来抓取黄瓜，再用刀片切割瓜藤；嫁接机器人实现了营养钵苗的供苗、切苗、嫁接和排苗的自动化作业，可广泛用于黄瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接；北京农林科学院研发的草莓采摘机器人可以自主搜索、识别和采摘成熟草莓果实，不仅可为草莓采摘降低人工成本，还可减轻工作强度。
　　中科院合肥智能机械研究所的研究报告称，虽然农业机器人研究已取得很大进展，但目前农业机器人距实用普及还有很长一段距离。推广与普及的主要瓶颈有两点：一是农业机器人制造成本问题，二是农业机器人智能化程度问题。
　　目前研制出来的农业机器人大都只针对农业生产某一环节的某一项作业而言，农业生产的特征之一是季节性强，造成了农业机器人的使用效率低，间接地增加了农业机器人的成本。其性价比不能满足市场的需要，成为制约农业机器人商业化和进一步研究应用的瓶颈问题。比如采摘机器人，由于草莓、黄瓜等经济作物生产的季节性，如果采摘机器人只能用于一种农作物的采摘，那么该机器人一年工作的时间有限。由于只有当农业机器人的生产成本低于人工收获成本时，农业机器人才能得到推广，这无疑对农业机器人的成本控制提出了较高的要求。
　　同工业机器人或者其他领域机器人相比，农业机器人工作环境多变，以非结构环境为主，工作任务具有极大的挑战性。因此，一般而言，农业机器人对智能化程度的要求要远高于其他领域机器人。现阶段欧美等国的农业工程领域的专家纷纷把研究重心从机械部分转向机器视觉、人工智能方面，力图解决农业机器人的智能问题。
　　发达国家手术机器人年增长率40%以上
　　最近，在浙江大学医学院附属邵逸夫医院2号楼8号手术室，院长蔡秀军教授坐在一个“台式游戏机”前，他一边贴近操作台上的3D望远镜，一边上下左右推动着握杆，操纵着形似八爪鱼的机械手臂。
　　这样一个“台式游戏机”+“八爪鱼”的组合，就是“达·芬奇”机器人。本月它正式落户邵逸夫医院，并已顺利完成了4例手术。
　　《现代医疗》杂志报道称，“达芬奇”手术机器人是世界范围应用广泛的一种智能化手术平台，适合普外科、泌尿外科、心血管外科、胸外科、妇科、五官科和小儿外科等微创手术。在世界范围内，达芬奇手术机器人已经累计销售3000多台，为超过250万患者成功实施微创手术。
　　据了解，全球医疗机器人主要发展手术机器人、功能康复与辅助机器人等。
　　自20多年前首次报道机器人技术用于外科手术以来，医疗手术机器人已经被广泛应用于外科手术和介入手术过程中。据统计近三年，发达国家的医疗手术机器人应用数量年增长率为40%以上。
　　目前，外科手术机器人在外科医生的操控下协助完成手术过程。通常情况下，外科医生利用一个远程手术场景，操纵一个主输入装置根据手术要求发出手术操作指令，置于病人床边的手术机器人接收到手术指令后，按照外科医生输入的命令执行相应的手术操作。相比传统的微创手术，外科手术机器人可以让外科医生提高体内操作灵巧性，超越人类手术动作距离的局限，实现更微小的手术动作，完成更精准的手术操作。
　　近年来，随着生机电交互、智能控制及机器人等技术的不断发展，功能康复与辅助机器人在国际上已经逐步成为临床康复治疗的重要技术手段之一，并催生了一批新型康复机器人技术及系统。
　　美国麻省理工学院研制了上肢康复机器人系统（MIT-MANUS）。利用一系列视频游戏，MIT-MANUS可以实现脑中风患者手臂肩关节及肘关节功能康复。随后，他们又进一步扩展MIT-MANUS的功能，开发了不同版本的上肢康复机器人系统，例如：三自由度的腕关节康复机器人及手部功能康复机器人。
　　下肢功能康复机器人的典型产品是由瑞士医疗器械公司与瑞士苏黎世大学合作推出的洛克马（LOKOMAT）。它是第一台通过外骨骼式下肢步态矫正驱动装置辅助，用于有步态障碍的神经科病人进行步态训练，例如：脑卒中、脊髓损伤、脑外伤等。另外，美国姆特瑞卡（Motorika）公司研制的下肢康复机器人系统（REO）可通过大量重复性训练，诱导患者形成正确步态。
　　“需要指出的是，这些肢体功能康复机器人系统在临床应用中取得了一定的效果，但存在操作复杂、价格昂贵、缺乏主动康复功能等问题，因此，这些康复机器人在我国的临床康复中应用比较少。”中科院有关研究人员指出。
　　近几年，国内外外骨骼机器人研究取得令人瞩目的发展，部分外骨骼机器人已经开始进入实际应用阶段。日本筑波大学Cybernics实验室研制了系列穿戴型助力机器人系统（HAL），帮助老年人和下肢残障者完成正常步行运动。以色列埃尔格医学技术（Argo　Medical　Technologies）公司研究了一套下肢助动外骨骼（ReWalk），它由电动腿部支架、身体感应器和一个背包组成，并需要一副拐杖帮助维持身体平衡，它可帮助下身麻痹患者站立、行走和爬楼梯。与此同时，我国一些科研机构与大学也相继开展了辅助外骨骼机器人的研发工作，取得了一些技术上的突破。
　　中国科学院的研究报告指出，随着残疾人和老年人口不断增加，依靠科技创新来保障和改善他们的健康已经成为当前许多国家的战略需求。研究和开发先进的功能康复机器人，实现功能障碍或缺失患者功能补偿与功能重建，对推动关乎我国重大民生问题的老年健康服务与助残公益事业发展具有十分重要的社会意义。