隨著最近新興技術(shù)能力的提升和制造業(yè)創(chuàng)新的進步，機器人技術(shù)的發(fā)展前景正發(fā)生著迅速的變化，新的發(fā)展趨勢和應(yīng)用也隨之涌現(xiàn)。隨著與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和智能制造之間的聯(lián)系不斷加深，機器人技術(shù)的發(fā)展使企業(yè)得以在保持原地生產(chǎn)的同時，提高生產(chǎn)效率，增強競爭實力。本文將對當今機器人技術(shù)和智能制造的創(chuàng)新前景進行綜合概述。

　　根據(jù)《加拿大工業(yè)機械》（Canadian Industrial Machinery）2015年10月刊登的文章，數(shù)據(jù)表明對機器人技術(shù)的投資正在持續(xù)增加。文章報道了從北美機器人企業(yè)訂購的機器人的數(shù)量是空前的（14232臺機器人，價值8.4億美元，2014年同期，機器人數(shù)量增加1%，收入增加7%，保持了之前的記錄）。工業(yè)機器人應(yīng)用的主要產(chǎn)行是汽車零部件、尤以在原材料處理和點焊中的應(yīng)用最為突出。同時，有意思的是，在美國這一行業(yè)的勞動力中，受過專業(yè)培訓的焊工十分短缺。根據(jù)市場規(guī)模預(yù)測（見圖1），全球機器人行業(yè)收入截止2020年將有望超過1510億美元。Tractica報道其增長將主要來自非工業(yè)機器人。工業(yè)機器人預(yù)計將平穩(wěn)增長，在2020年收入達到約180億美元。

　　就機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢而言，該產(chǎn)業(yè)預(yù)計將在2014到2020年，主要在消費電子產(chǎn)品和電動汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造300萬個就業(yè)機會。《2015技術(shù)潮流》（Technology Trends 2015）報道，從2017到2020年間，機器人技術(shù)的使用將帶來200萬個新增崗位。隨著康復(fù)治療機器人、可穿戴外骨骼機器人的進步，僅在康復(fù)市場就有望增加40倍。預(yù)計2020年機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢是：微型機器人可攜帶緊急應(yīng)答器探索小型或危險環(huán)境；可穿戴外骨骼機器人用于增強使用者的體力；人機接口可以幫助截肢者控制自身活動并接收感覺反饋；模塊化機器人可在預(yù)設(shè)模式下完成專項任務(wù)；智能機器人結(jié)合人工智能和機器學習技術(shù)進行類人表達和反應(yīng)；通過引進彈性納米管肌肉以增強機械強度；電源可換式機器人在離網(wǎng)區(qū)域啟動應(yīng)用；機器人網(wǎng)絡(luò)允許機器人接入數(shù)據(jù)庫，分享信息和學習經(jīng)驗；遠程監(jiān)控機器人可代替你在遙控區(qū)域進行工作。

　　近十年，美國聯(lián)邦政府為提高美國競爭力和促進就業(yè)提出了多項動議。由美國聯(lián)邦政府機構(gòu)(美國國家科學基金會（NSF）、美國農(nóng)業(yè)部（USDA）、美國國家航空航天局（NASA）和國家衛(wèi)生研究所（NIH））共同贊助的國家機器人計劃（NRI）在2011年啟動，旨在促進機器人在美國的發(fā)展和使用，以協(xié)助人類或與人類共同工作。就制造業(yè)而言，這一計劃覆蓋了從基礎(chǔ)研究和開發(fā)到產(chǎn)業(yè)制造和配置的整個生命周期。此外，機器人還是美國商務(wù)部（U.S. Department of Commerce）美國國家標準與技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）的優(yōu)先主題。特別是，他們著重將協(xié)同制造機器人作為增強制造業(yè)競爭力的必要工具，通過極大提升反應(yīng)能力和創(chuàng)新能力來實現(xiàn)。在人—機協(xié)作主題下，與人協(xié)作的機器人以及“自己動手（do-it-yourself）”工業(yè)機器人成為工業(yè)機器人的新的生力軍出現(xiàn)在大眾面前。這些機器人可以同人一起或者在人旁邊工作，完成之前需要人機分開完成的任務(wù)。

今天，人機合作/共存的時代終于到來，在真實世界中，無論是在大型工廠還是小型作坊的制造現(xiàn)場，機器人同人類一起工作。然而，跳出當前應(yīng)用局限，能在更廣闊的行業(yè)和制造商中廣泛應(yīng)用的高級機器人系統(tǒng)需要具備較高的能力、感知力、敏捷性、可移動性、復(fù)位性和操作安全性，還應(yīng)便于指派任務(wù)和重復(fù)指派任務(wù)。機器人不是單獨的實體，它們應(yīng)用于廣闊行業(yè)中，存在于商業(yè)世界里，必須無縫而快速地與之融合。換言之，機器人技術(shù)改變著商業(yè)模式和一體化戰(zhàn)略；由科技創(chuàng)新驅(qū)動，存在于工廠“內(nèi)外”。

　　機器人技術(shù)被視為是能夠變革制造業(yè)的關(guān)鍵改造技術(shù)。此外，改良的機器人技術(shù)和制造自動化的廣泛采用將享有知識產(chǎn)權(quán)和財富；通過提高企業(yè)競爭力來拯救企業(yè)；提供機器人維護和培訓的工作崗位；使工廠安全使用人機團隊；減少高額的醫(yī)藥問題；以及減少成品在渠道流通的時間來更快速地響應(yīng)零售商需求的變化。

　　許多人將始于十八世紀晚期的工業(yè)革命劃分為四個階段。在工業(yè)革命的第三階段引入了機器人，從而開始了機器人技術(shù)革命。機器人技術(shù)革命的第一和第二階段的形式是基礎(chǔ)自動化，機器人的工作區(qū)視為人類的障礙。第四次工業(yè)革命（被稱為工業(yè)4.0）給我們帶來了移動性更好、更智能和感知更強、能力更高的機器人。機器人技術(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑽锢硐到y(tǒng)（CPS）。工業(yè)4.0智能工廠——可自我編程的互聯(lián)行業(yè)即將來臨。

　　正如《NRI機器人技術(shù)路線圖》（NRI Robotics Roadmap）所報道的，研發(fā)一套基礎(chǔ)機器人技術(shù)是提供制造業(yè)技術(shù)路線圖預(yù)期的關(guān)鍵能力所需要的。每個關(guān)鍵能力源于制造業(yè)（礦業(yè)、加工業(yè)、分立零件制造業(yè)、裝配、物流——運輸&分派）中一個或多個重要的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。穿越弗若斯特沙利文公司（Frost&Sullivan）呈現(xiàn)的2000年及之后的移動機器人技術(shù)路線圖，在21世紀初期，通過遠程監(jiān)控，遠程接口系統(tǒng)促進了可控貨倉/管理系統(tǒng)、可穿戴式外骨骼技術(shù)和遙控機器的產(chǎn)生。到2010年的十年間，自動滑行隨著半自主機器和僅能進行有限人機互動的人工智能初始階段的出現(xiàn)而出現(xiàn)。可以預(yù)見，2020年及之后，具有人類情感、流利交流能力和適應(yīng)環(huán)境的協(xié)同機器人和智能機器的全面自主將會出現(xiàn)。

　　截止2020年，物聯(lián)網(wǎng)將由上萬億的海量傳感器驅(qū)動，其中許多傳感器將嵌入新興的機器人系統(tǒng)中，為物理世界提供物聯(lián)網(wǎng)信息價值環(huán)的信息物理連接（創(chuàng)造—交流—聚合—分析—行動）。隨著智能傳感器和高級分析的出現(xiàn)，介入應(yīng)用將具體化，使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不再僅限于監(jiān)控。

　　智能制造是基于物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)和云系統(tǒng)的工業(yè)4.0新創(chuàng)舉。就技術(shù)上而言，它是一門狹義的學科，包括但不限于生產(chǎn)管理技術(shù)、供應(yīng)鏈管理、模擬、維護、機器對機器（M2M）、設(shè)施和傳感器網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)會議共同組織者——智能制造領(lǐng)導聯(lián)盟（Smart Manufacturing Leadership Coalition，SMLC）和國家科學基金會，智能制造以企業(yè)/工廠為主導，包含可靠且可擴充的方式，為制造業(yè)提供基于模型的操作和決策支持，能夠穩(wěn)健地應(yīng)對變化和差異。智能制造通過數(shù)據(jù)、協(xié)同信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)企業(yè)（制造現(xiàn)場—商務(wù)體系—供應(yīng)鏈連接）發(fā)展控制戰(zhàn)略和開放性平臺技術(shù)（公共—私人伙伴關(guān)系）而進行智能產(chǎn)品制造的。未來智能工廠共有15個核心元素，其中三個毫無疑問屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域（信息物理系統(tǒng)、自動駕駛車輛和柔性機器人）。根據(jù)NIST給出的描述，智能制造是“完全集成的協(xié)同制造系統(tǒng)，可以實時響應(yīng)，以滿足在工廠、供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和客戶需求方面，不斷變化的需求和條件”。分享同一個目標的不同智能制造聯(lián)盟協(xié)作努力，在整個價值鏈中通過開放式連接實現(xiàn)工業(yè)實踐的現(xiàn)代化

　　最后，物理和數(shù)字世界的聚合孕育了智能工廠和新一代的工業(yè)機械。在這個被稱為工業(yè)4.0的新時代里，聚焦使用物聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以簡化制造和業(yè)務(wù)流程，提升功能和精度，增強質(zhì)量和能力14。幾乎所有的方面都是數(shù)字化的，包括機器控制、監(jiān)控、管理以及數(shù)據(jù)上報和分析。甚至操作者也通過人機界面（HMI）與機器進行數(shù)字化互動。智能工廠帶來了許多好處，包括操作時間的減少、提高生產(chǎn)能力的機會、促進產(chǎn)量、提升效率以及通過高級數(shù)據(jù)分析減少停機時間。機器人技術(shù)是智能制造創(chuàng)新前景的關(guān)鍵組成，也是工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)提出的向計算機化工業(yè)生產(chǎn)和智能工廠邁進這一構(gòu)想的完美體現(xiàn)。