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从机械手到服务机器人 |
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10/23/2009 12:01:00 AM
佳工机电网
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机械手：我国最早的一批工业机器人
提起机器人，或许你会首先联想起美国大片《变形金刚》。然而，曹祥康告诉记者，现实生活中的机器人并不一定具有人的外形特征，美国1958年研制出第一台工业机器人，外形有点像坦克，我国早期的机器人也与人形相去甚远。
上世纪70年代初期，我国科技人员从外文杂志上敏锐地捕捉到国外机器人研究的信息，开始自发地研究机器人。“那时进口杂志很贵，研究单位不舍得买，每次都要骑车到机械工业情报所查资料，俄文还可以，英语不太在行，只好一边学英语一边找资料。”起步的艰辛远不止这些。“中国的人都用不了还搞机器人？”上海出版的某刊物更是把机器人视为批判对象，扣上一顶“唯心主义的伪科学”的帽子。
对此，曹祥康说，中国人口众多，但并非任何恶劣环境都适合人去作业，诸如粉尘、毒气、噪声、振动、高低温、放射性、高压带电、水下作业等恶劣工作环境下，用机器人作业，可以把人解放出来。不过，“为了保险起见，大家决定将robot翻译成‘机械手’。”
在科研院所和高校“恶补”机器人理论的同时，工厂技术人员也开始在实践中寻求突破。当时，在我国工厂冲压作业上下料时，由于生产节拍过快，又缺乏相应的安全保护设置，工人稍有不慎，手指就可能被切断。“出于对工人阶级的感情”，加上技术革新的需要，上海、东北等地工厂的技术人员自发地研发机械手，如上海汽车配件二厂研制的汽车灯壳冲压机械手、天津锻压机械厂研制的锻件上下料机械手，这就是我国最早的一批工业机器人。
“早期机械手的控制原理很简单，基本上就是‘挡块’定位，换做冲压别的零件，就拧拧螺丝调整一下‘挡块’的位置。曹老话锋一转，“就是这些简单的技术，却解决了很多实际问题，工厂断指事故明显减少，工作效率也大大提高。”
工业机器人：驶入国家规划发展的快车道
80年代中期，我国机器人的研发单位大大小小已有200多家，然而，由于多半从事的是低水平、重复性的研究，全国尚无一台机器人产品问世，直至1985年，我国机器人才迎来了“春天”。
1983年12月，新华社内参上一篇建议我国发展机器人技术的文章直抵中央，时任国家计委主任宋平做了“给与重视、适当支持”的批示。“国家计委科技司司长传达给我，让我们尽快组织专家论证，提交工业机器人‘七五’发展规划的初步框架。”曹祥康当晚激动地睡不着觉，平时舍不得打电话的他破例给一些外地同行挂了长途。
1985年，工业机器人被列入了国家“七五”科技攻关计划研究重点，目标锁定在工业机器人基础技术、基础器件开发、搬运、喷涂和焊接机器人的开发研究等五个方面。
“按照规划要求，不仅要做出样机，还要将样机用于生产。”曹祥康研究室负责开发喷漆机器人。留给他们的时间不足4年，当时面临的困难可想而知，但谁也没想过退缩。“国家拿出钱让我们做，拼了命也要做成。”曹祥康的话掷地有声。
正是凭着这股儿拼劲，1990年，工业喷漆机器人PJ-1如期完成。这是我国第一台喷漆机器人，专家鉴定结果认为：“其主要技术性能达到80年代中期国外同类产品水平。”这台机器人也成了明星，“戴着大红花到各地展览，甚是风光”。
与此同时，其他几种机器人的商品样机也已完成，还分别在第一汽车厂、第二汽车厂和南京汽车厂建立了自动喷漆生产线，驾驶室焊接线、弧焊工作站等应用示范点。“节省了从外国技术引进的费用近数百万美元。”更为主要的是，我国形成了一支从事机器人研发的技术队伍。说到这里，曹祥康开心地笑了。
从90年代初期起，在国家“863”计划支持下，我国工业机器人又在实践中迈进一大步，具有自主知识产权的点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等7种工业机器人产品相继问世，还实施了100多项机器人应用工程、建立了20余个机器人产业化基地。
国际竞争中，我国工业机器人的优势也日益凸显。清华大学计算机科学与技术系教授，第四届、五届国家“863”智能机器人主题专家组组长贾培发举例说，1995年，京城摩托车厂计划建立9个机器人工作站，虽然世界著名机器人厂商ABB公司再三承诺比我国新松公司报价都要低很多，京城最终还是选择了新松。
水下机器人：机器人技术跻身世界前列
1997年6月18日，我国机器人领域值得自豪的日子。烟波浩淼的大海作证：我国6000米无缆水下机器人试验应用成功，标志着我国水下机器人技术已达到世界先进水平，我国成为世界上少数具有深海探测能力的国家之一，为我国新世纪开发海洋资源赢得了主动权。
“人们将其视为成功发射了一颗返回式的‘海洋卫星’。”贾培发说。
这样的评价并不为过。在约6000米的深海中，大拇指指甲盖大的面积要承受将近1吨的压力；受海水和海流的影响，水下机器人要比空中更难指挥和定位；由于电磁波在水中信号衰减严重，只能用声纳联络；为了对抗海水对材料的腐蚀，必须采用抗腐的特殊材料；空中卫星能采用太阳能电池供电，而水下机器人只能自带“干粮”……
上世纪七八十年代，中国科学院沈阳自动化所蒋新松提出“结合中国国情，把特殊环境下工作的机器人作为中国机器人技术发展的突破口”的设想。有一次，他在南海舰队调研时了解到，因海上救捞或开采石油的需要，潜水员在水下工作时，20米以下很难看清目标，50米以下深水作业时只能靠手摸，对人体伤害极大，潜水员有时水下呼吸所需费用一分钟相当于一克黄金。
这更坚定了蒋新松研究水下机器人的决心。在几位德高望重的科学家鼎力支持下，蒋新松得到中国科学院100多万元的科研经费，开始了“海人一号”100米水下机器人的研制，该机器人于1985年、1986年先后首航和深潜试验成功。“七五”期间，国家将“海洋和水下机器人技术开发”列为科技攻关重点项目之一。
然而，“在国家863计划实施之前，我国研制的都是有缆遥控水下机器人，工作深度仅为300米。”贾培发说。
1986年底，中共中央24号文件把智能机器人列为国家863计划自动化领域两大主题之一，代号为512，其主要目标是“跟踪世界先进水平，研发水下机器人等极限环境下作业的特种机器人”。
在国家863计划精心组织下，1994年“探索者”号研制成功，它工作深度达到1000米，甩掉了与母船间联系的电缆，实现了从有缆向无缆的飞跃。从1992年6月起，又与俄罗斯科学院海洋技术研究所合作，以我方为主，先后研制开发出了“CR-01、CR-02”6000米无缆自治水下机器人，为我国深海资源的调查开发提供了先进装备。
2008年，水下机器人首次用于我国第三次北极科考冰下试验，获取了海冰厚度、冰底形态等大量第一手科研资料。
“过去我们在国外考察时，深水作业机器人连参观都不让，90年代他们出费用请我们过去，我们想看啥看啥，他们是想跟我们合作。”今非昔比的变化让贾培发无比自豪。
服务机器人：未来社会不可或缺的帮手
家中老人戴上腕表式监测仪，它就可24小时监测老人的血氧和脉搏变化，发现异常时，会立刻赶到老人身边做出语音提醒，并给其家人发送报警短信；当发现陌生人闯入时，它会发出警报，并对陌生人拍照，以彩信的方式发送到主人的手机上；它还是小朋友忠实的小伙伴，其丰富的儿童教育娱乐资源更是让小朋友在互动交流中轻松学到知识……
2008年11月25日，国内首台家用网络智能机器人——塔米（Tami）在北京亮相，以上这些科幻作品中出现的场景成为现实。
北京航空航天大学机械工程及自动化学院院长，第六届国家863计划机器人技术主题专家组组长王田苗告诉记者，相对于已经成熟的工业机器人来说，我国服务机器人起步较晚，与国外也存在较大差距。“我们基本上是一边需要补工业机器人，一边还需要发展服务机器人。”
他介绍说，我国服务机器人的研究始于90年代中后期。近年来，在国家863计划的支持下，我国“服务机器人军团”不断壮大：
仿人机器人走出实验室，我国成为继日本之后投入实际展示应用的第二个国家；
烹饪机器人实现小规模量产，它能做出50多种美味菜肴，烹饪水平不低于专业厨师；
机器人护理床、智能轮椅等各种助老助残服务机器人相继问世，并积极推进服务机器人产业化进程；
国内的大型玩具企业正在和科研院所合作，研发高端玩具机器人产品，企业的积极参与将推动以高端玩具为代表的教育娱乐机器人的产业化进程……
“2005年，我国服务机器人市场开始初具规模。”同年，发展服务机器人被列为国家 863计划先进制造与自动化技术领域重点项目。2006年，发展智能服务机器人被列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》。2008年，科技部将北京四季青模范敬老院和上海徐家汇福利院列为服务机器人应用示范区。
目前，我国的服务机器人主要有吸尘器机器人，教育、娱乐、保安机器人，智能轮椅机器人，智能穿戴机器人，智能玩具机器人，同时还有一批为服务机器人提供核心控制器、传感器和驱动器功能部件的企业。
据预测，随着中国老龄化社会的到来，在未来的十年之内，服务机器人在中国的需求会有明显的增长，家庭护理机器人、玩具机器人、安控机器人、清洁机器人将是最为需要的。预计到2010年，中国儿童玩具机器人的消费将达到100亿元人民币以上。
对此，王田苗表示，我国有望在十年内突破仿生材料与机构、感知技术、自主移动与控制技术、人—机交互技术等一些服务机器人关键技术。“到那时，距离服务机器人真正走入社会和寻常百姓家就更近了一步。”
而在此前，中国人工智能学会副理事长洪炳镕教授也曾表示，“20世纪90年代，我们进入因特网时代；21世纪前半叶，我们将进入机器人时代。从现在起，再过10年，机器人有望进入普通中国人家庭。”
讲述
曹祥康：难忘两次学术交流会
1977年，全国机械手技术交流大会在浙江嘉兴召开，这是我国历史上第一个以机器人为主题的大型会议。
作为大会的主持人，曹祥康“没想到会来那么多人”：会前正式发函的有百十来人，最后来了小500人。除西藏以外，全国各省市都有代表参会。
时隔30多年，曹老忆起当年的“壮观场面”仍激动不已。“一个招待所住不下，只好分住在几个招待所，开会时按照提前设定好的路线，把各个招待所的人都‘串’起来。”
参会的人太多，会场不得不临时改在一间旧工棚。很多代表都争先恐后地上台介绍经验，“台上讲得认真，台下听得起劲。”曹老说，当时开会都是自带粮票，差旅费也是自理，即便这样也挡不住大家的热情，代表白天听完报告，晚上还追到其他代表住处要图纸，能拿到一张飘着墨香的油印材料都被当宝贝似的留着。
这次会议开启了我国机器人学术交流的新纪元。此后，有关机器人技术的学术交流会几乎年年不断，对我国机器人技术发展产生重大影响的中国机械工程学会工业机器人专业委员会和中国自动化学会机器人专业委员会也于1983年和1985年相继成立，前者主任委员是曹祥康，后者是蒋新松，两个委员会分别协助国家主管部门完成了“七五机器人攻关”和“863计划智能主题”发展规划。
1978年，应中日友好协会邀请，日本早稻田大学机器人专家加藤一郎来北京访问交流，从而打开了我国机器人对外交流的窗口。
加藤一郎，1969年率先研制出世界上第一台会用双脚走路的机器人，从而赢得“仿人机器人之父”的美誉。然而，改革开放之初，别说普通百姓，就是学者对他也知之甚少。
“中日友好协会让我组织国内学者去听报告。一听说日本的机器人专家要来讲学，大家高兴地不得了，五六十人接到通知全来了，至于加藤一郎是做机器人哪方面研究的都不太清楚。”曹祥康回忆说。
由于语言和技术等多方面的原因，我国学者对加藤一郎的报告还“听不太懂”，印象最深的是加藤一郎带来了一盘仿人机器人的录像带。“这台机器人看起来非常笨重，出场像‘人猿泰山’一样，10多秒才迈出一小步，这在当时已经十分了不起了，我国学者大开眼界。”更为主要的是，我国机器人行业对外学术交流的大门由此打开。此后，美国、日本等国家的教授陆续来华访问交流，我国机器人领域的专家也开始走出国门。
相比之下，说起当年我国学者的住处，更像是一段奇闻轶事。曹祥康说，当时北京招待所少，没办法只好住在德胜门外大街的一家大车店，学者们挤在几张大通铺上睡，出门就是牲口棚和饲料槽，条件甚是艰苦。“那拨来参加学术交流的人后来大多成了教授，哈尔滨工业大学的安永成、上海大学的姚志良等等。当然，这是后话……”
专家简介：
曹祥康 浙江省黄岩人，1938年7月生。
北京机械工业自动化研究所高级工程师现在科技部高技术发展中心担任863重大工程项目一汽工业机器人应用与产业化项目及"弧焊机器人产业化开发及应用工程"的监理工作。
70年代初开始研制工业机器人，1974-1986年任北京机械工业自动化研究所机器人研究室主任。组织研制和开发喷漆机器人、机器人测试方法和设备等项目。同时还积极组织开展全国工业机器人行业技术交流。1983年成立中国机械工程学会工业机器人专业委员会，任主任委员。任职期间多次向国家有关部委积极反映，吁请支持发展机器人技术。1986年，机器人列入"七五"国际科技攻关项目，曹祥康任咨询专家。曾任机器人标准化技术委员会主任委员，组织开展全国工业机器人技术标准制定工作，与国际标准相对应建立了我国工业机器人的发展提出建议，推动了我国机器人技术发展。曹祥康作为我国机器人事业的开创者之一，对中国机器人研究的启动和发展做出了重要贡献。
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