隨著最近新興技術(shù)能力的提升和制造業(yè)創(chuàng)新的進(jìn)步,，機(jī)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(jī)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(qiáng)競爭實力,。本文將對當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)和智能制造的創(chuàng)新前景進(jìn)行綜合概述。

　　根據(jù)《加拿大工業(yè)機(jī)械》（Canadian Industrial Machinery）2015年10月刊登的文章,，數(shù)據(jù)表明對機(jī)器人技術(shù)的投資正在持續(xù)增加,。文章報道了從北美機(jī)器人企業(yè)訂購的機(jī)器人的數(shù)量是空前的（14232臺機(jī)器人，價值8.4億美元,，2014年同期,，機(jī)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(jī)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(diǎn)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(xùn)的焊工十分短缺,。根據(jù)市場規(guī)模預(yù)測（見圖1），全球機(jī)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(jī)器人,。工業(yè)機(jī)器人預(yù)計將平穩(wěn)增長,，在2020年收入達(dá)到約180億美元。

　　圖1：Tractica報道了2015-2016年,，總的工業(yè)和非工業(yè)用機(jī)器人收益及其全球市場情況

　　就機(jī)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(fèi)電子產(chǎn)品和電動汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造300萬個就業(yè)機(jī)會,?！?015技術(shù)潮流》（Technology Trends 2015）報道，從2017到2020年間,，機(jī)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(jī)器人、可穿戴外骨骼機(jī)器人的進(jìn)步,，僅在康復(fù)市場就有望增加40倍,。預(yù)計2020年機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢是：微型機(jī)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(jī)器人用于增強(qiáng)使用者的體力,；人機(jī)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(jī)器人可在預(yù)設(shè)模式下完成專項任務(wù)；智能機(jī)器人結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行類人表達(dá)和反應(yīng),；通過引進(jìn)彈性納米管肌肉以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度,；電源可換式機(jī)器人在離網(wǎng)區(qū)域啟動應(yīng)用；機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)允許機(jī)器人接入數(shù)據(jù)庫,，分享信息和學(xué)習(xí)經(jīng)驗,；遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人可代替你在遙控區(qū)域進(jìn)行工作。

　　近十年,，美國聯(lián)邦政府為提高美國競爭力和促進(jìn)就業(yè)提出了多項動議,。由美國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)(美國國家科學(xué)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(jī)器人計劃（NRI）在2011年啟動，旨在促進(jìn)機(jī)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(jī)器人還是美國商務(wù)部（U.S. Department of Commerce）美國國家標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人作為增強(qiáng)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(jī)協(xié)作主題下,，與人協(xié)作的機(jī)器人以及“自己動手（do-it-yourself）”工業(yè)機(jī)器人成為工業(yè)機(jī)器人的新的生力軍出現(xiàn)在大眾面前,。這些機(jī)器人可以同人一起或者在人旁邊工作，完成之前需要人機(jī)分開完成的任務(wù),。

　　今天,，人機(jī)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(jī)器人同人類一起工作。然而,，跳出當(dāng)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(jī)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(jī)器人不是單獨(dú)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人維護(hù)和培訓(xùn)的工作崗位；使工廠安全使用人機(jī)團(tuán)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(jì)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(jī)器人,，從而開始了機(jī)器人技術(shù)革命。機(jī)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(jī)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(qiáng)、能力更高的機(jī)器人,。機(jī)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(jī)器人技術(shù)路線圖》（NRI Robotics Roadmap）所報道的,，研發(fā)一套基礎(chǔ)機(jī)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(yùn)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(jī)器人技術(shù)路線圖,，在21世紀(jì)初期，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控,，遠(yuǎn)程接口系統(tǒng)促進(jìn)了可控貨倉/管理系統(tǒng),、可穿戴式外骨骼技術(shù)和遙控機(jī)器的產(chǎn)生。到2010年的十年間,，自動滑行隨著半自主機(jī)器和僅能進(jìn)行有限人機(jī)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(jī)器人和智能機(jī)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(jī)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(xué)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(hù),、機(jī)器對機(jī)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(dǎo)聯(lián)盟（Smart Manufacturing Leadership Coalition,，SMLC）和國家科學(xué)基金會,，智能制造以企業(yè)/工廠為主導(dǎo)，包含可靠且可擴(kuò)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(jìn)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(jī)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(jī)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(biāo)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(jī)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(qiáng)質(zhì)量和能力14,。幾乎所有的方面都是數(shù)字化的,，包括機(jī)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(jī)界面（HMI）與機(jī)器進(jìn)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(jī)會、促進(jìn)產(chǎn)量,、提升效率以及通過高級數(shù)據(jù)分析減少停機(jī)時間,。機(jī)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(jī)化工業(yè)生產(chǎn)和智能工廠邁進(jìn)這一構(gòu)想的完美體現(xiàn),。