机器人的未来发展趋势

机器人的未来发展趋势（共8篇）

机器人的未来发展趋势 篇1

机器人自身也在变革，总体向更安全易用、更利于普及、更智能的方向发展。我们认为未来十年以下三大发展趋势解决行业痛点，促进机器人真正普及，也蕴藏着第一文库网巨大投资机会。

通用软件平台降低机器人行业门槛

电脑和智能手机的快速普及主要内在动力就是通用的操作系统和应用软件，机器人也一样。不同的机器人厂商使用的操作系统、中间件以及编程语言各有区别，，增加了使用成本和机器人应用范围。通用软件平台(操作系统)就是解决这一问题，让使用机器人像使用智能手机一样便利。

目前通用软件平台有多种，包括微软也推出了商用机器人软件开发平台。应用最广泛的是美国Willow Garage公司开发的ROS，它就像应用在机器人上的安卓系统，配合类似手机APP分发渠道的软件开发社区，目前支持ROS的机器人已经有40多种，包括FANUC、ABB、安川、ADEPT等大型企业，未来有很大潜力成为通用的、标准的机器人控制系统。

关于ROS的一组数据：2015年，VC在基于ROS操作系统的机器人公司投资超过1.5亿美元。2015年5月全球共有70000多个独立IP下载了900万次ROS程序包。截止2015年ROS开发者社区里面的1840位成员一共写出了1000万行代码。

图表1：常用机器人软件开发平台

通用软件平台大大降低了机器人的开发门槛，社区中的成熟软件可以直接刷入机器人使用;未来配合3D打印技术，使小企业甚至个人也有机会成为机器人开发者。蕴含的机会在于，可能出现针对ROS系统的二次开发或者优秀的应用软件，成为像智能手机APP那样的“爆款”。

人机协作促进机器人普及 机器人走向融合开端

人机协作是工业机器人发展的新形态，把人的智能和机器人的.高效率结合在一起，共同完成作业;简单来说就是“人”直接用“手”来操作机器人。人机协作是机器人进化的必然选择，特点是安全、易用、成本低，普通工人可以像使用电器一样操作它。

协作机器人和传统工业机器人，就是个人电脑和专业大型计算机的区别。它不再需要非常专业的工程师安装调试和复杂的系统集成，开箱后对普通工人简单培训即可使用。未来传统工业机器人更多用在大批量、周期性强、高节拍的全自动生产线，协作机器人用在个性化、小规模、变动频繁的小型生产线或者人机混线的半自动环境。

根据美国ABI Research的报告，2015年至2020年期间，协作机器人市场份额有望增长10倍，从接近9500万美元升值到超过10亿美元。将由以下三个主要市场驱动：电子制造和电子制造、中小型企业及寻求机器人优化解决方案的企业。

图表2：2014-2020E协作机器人出货量预测

协作机器人结构简单，主要通过软件整合来实现功能。硬件构成主要是球形关节、反向驱动电机、力觉/视觉传感器及更轻的材料，传统的减速机等核心零部件未来将不再关键。目前协作机器人处于市场导入期，成本仍然较高，效率低，使用不如人意，主要机器人厂商推出各种协作机器人抢占入口，国内企业有了跟外资站在同一起跑线的机会。新松、埃夫特、遨博智能2015年都推出了协作机器人。

协作机器人更深层的意义在于，未来3-5年随着价格的下降，有潜力成为中小企业和家庭都能使用的桌面级设备。应用范围也不限于工

业，在医疗、农业、服务业也有用武之地，是机器人走向融合的开始。

机器视觉、深度学习让机器人更智能

人工智能首先应用于工业机器人领域，主要就是机器视觉和深度学习。

机器视觉是现有的机器人从自动化设备转变为智能机器的一个关键因素。最初是作为机器人的辅助工具，提高柔性和对工作环境的反馈，主要应用于引导和定位、检测和识别等，随着工业大数据和深度学习的发展，未来将使机器视觉成为智能生产系统的主导，做出决策和预判断。

2014年全球机器视觉规模持续走高，达到36.7亿美元。主要分布在北美、德国、英国、日本、中国等地区和国家，其中中国占到8.1%;预计到2018年全球市场规模将达到50亿美元。

图表3：2007-2018年全球机器视觉市场规模

图表4：2014机器视觉地区占比

深度学习推动机器人摆脱预编程序的束缚，真正走向智能化。深度学习使机器人可以像人一样通过学习掌握新的技能，适应未知的工作环境。深度学习在工业机器人的应用分为三个层次，一、机器人通过试错学会新技能;二、多台共享经验提高学习效率;三、机器人可以预防并且自行修复故障。目前已经到了第二个阶段。

2016年是深度学习元年，深度学习走向商业化和开源。FANUC和人工智能初创企业Preferred Networks合作推出了深度学习机器人，无需工程师调试可自己学会挑选工件。ABB、丰田都在开发基于深度学习的工业产品，国际巨头谷歌、facebook、特斯拉都宣布开源其深度学习服务)。

图表5：深度学习走向商业化和开源

机器视觉和深度学习使初创企业或者小企业也有机会跟大型企业平等对话，对机器人行业潜在的影响是颠覆性的。

随着机器人的智能化和普及化，无论采用哪种方式，传感器都会变得越来越重要，机器人对传感器的需求未来3-5年内有望爆发。

机器人的未来发展趋势 篇2

大概每隔十年会有一波技术创新, 从PC到移动互联网, 下一个新的终端, 新的技术是什么?我们认为可能是Io T (Internet Of Things) 和人工智能, 一方面我们相信会有下一个类似Smart Phone的终端出现, 另一方面我们相信人工智能可以打破效率瓶颈。不过就像侏罗纪时代之于地球的发展史, 智能机器和人工智能还处于初始阶段, 长路漫漫, 刚刚开始。

Io T的两条路:新消费电子vs新智能主机

从2013年开始有一个名词叫智能硬件, 其实智能硬件是一个伪概念, 硬件只是一种外在形态, 手环是硬件, 机器人是硬件, 具体到每个品类它的内在规律是完全不一样的。我们是把它分成左右两条路, 一条路是叫新消费电子, 另外一条路叫新智能主机, 新消费电子面向我们的日常生活, 新智能主机面向的五年后的未来。

起于新消费电子

2013年到2014年智能硬件这一波大多数是新消费电子, 新消费电子有两个特征:第一, 它是一个大规模的存量市场, 是对已有电子产品的改造升级, 而非创造新品类。第二, 它是用互联化的手段改造关键节点, 是否智能不关键, 关键是有没有提升体验。它取代的对象是松下、索尼这类旧的消费电子公司。比如, 我们小时候家里用的是机械洗衣机, 在单片机足够便宜后, 都变成了微控制洗衣机, 未来几年, 在联网模块足够便宜后, 会升级为联网洗衣机。

做新消费电子时, 千万不要被智能硬件的“智能”两个字蒙蔽, 新消费电子卖的好不好, 关键点不在智能上, 而是在下面这些要素:

1.选对品类——尽量选存量市场, 挑那些出货量大、又没有强势品牌的品类改造, 找软柿子捏, 如果一个品类里已经有十个强势品牌, 并且分布于各个价格区间, 那么慎入。选品类尤其重要, 是决定消费电子产品成败的第一步。

2.对功能和性价比重塑——重塑功能点, 重塑交互方式, 重塑性价比。消费电子发展史是一部降价史, 用高性价比产品来降低用户的选择成本, 能把供应链成本压缩到极致, 本身就是一种壁垒。

3.建立品牌壁垒——没有别人造不出的消费电子产品, 只有别人打造不出的消费电子品牌, 消费电子通常没有强技术壁垒, 也不具备网络效应, 想单纯依靠产品形成壁垒是行不通的, 如果想形成壁垒, 打造消费电子品牌是逃不开的。

新消费电子因为立足于当下, 是比较现实的, 能不能快速起量很关键, 有没有自我造血能力很关键。消费电子当然还是要看销量, 看营收, 最终看利润。

从新消费电子到新智能主机

看新智能主机则是另外一种思路, 和新消费电子截然不同, 甚至相反。

从PC到智能手机, 下一个智能终端是什么呢?可能是机器人、无人机、VR或者AR, 它们不会完全替代手机, 但是可能在某些场景上会分流手机的时间, 完成手机没法完成的一些工作。新消费电子改变的是一个功能, 一个行业, 而新智能主机改变的是若干个行业, 就像无人机, 现在改变的是仅仅是相机, 未来有可能会改变物流和安防。2015年涌现的智能硬件很大一部分都在新智能主机这个范畴。

新一代的智能主机出现时, 往往伴随两个特征:

1.交互方式上维度的提升——从PC到手机, 人机交互上增加了三个维度, 一是移动性, 二是LBS, 三是语音, 这些维度增加后, 终端就变得更加强大, 原本不可能完成的任务现在就可以完成了。机器人在很大程度上改变人机交互方式。多少年来, 都是我们给手机一段信息, 手机返回给我们一段信息, 这是传统的交互方式。但是机器人不同, 你给它一个指令, 它返回给你的可能是一个动作, 或是一个已经完成的任务, 信息和动能之间第一次有了交互。VR/AR则是在手机的基础上又增加了三维空间这一维度, 可发挥的空间大了很多, 互动娱乐碰上三维空间, 这里面可发生的化学反应太多了。

2.极大的延展空间——一个未来的智能化主机, 改变的往往不只是一个行业, 而是若干个行业, 这终端不是featurephone, 而是smartphone, 可以承载很多应用和内容。

长远来看, 我们相信新智能主机里会涌现出下一个Smart Phone, 并且会诞生下一批杀手级应用。从PC到手机, 涌现出了微信、百度地图、美团等杀手级应用, 这些应用的产生一定程度上是因为巧妙利用了智能机的特性, 从而完成了之前PC上无法完成的任务;同理, 新的智能终端出现时, 应该也会完成之前手机上无法完成的一些任务, 比如MOOC教学缺少沉浸感, 比如多故事线的游戏。

但回归到当下, 新智能主机还处于“SP时代”, 距离“i Phone”的诞生还有时间间隔, 好的投资标是很稀缺的。通过和大量的创业者交流, 我们观察到如下问题:

1.跑道选对了, 但不是创业者应该选的跑道。以VR眼镜为例, VR这条跑道对不对呢?大概率上是对的, 但VR眼镜是创业者适合做的事情吗?VR除了拼技术拼产品外, 很大程度上是在拼品牌和渠道, 拼产业号召力, 巨头没进来是因为现在看不清, 一旦看清了, 又是必争之地, 一定会调用各种资源拿下的。这就像应用商店一样, 2010年市面上有十多家应用商店, 都占有一定的份额, 等到BAT360们意识到这是必争之地时, 2013年局势急转直下, Top3变成了百度、腾讯、360, 当年的创业公司基本只剩一个豌豆荚。历史总是重演的。

2.高估了单品的价值, 低估了底层技术的价值。机器人、无人机、VR、AR的底层技术并不成熟, 这导致单品的体验也欠佳, 这里面有大量底层技术创新的机会。就像我们在投资Face++时, 是因为以后所有的机器都需要一双眼睛, 投资思必驰, 是因为所有的机器都需要多轮次对话, 底层技术还有很多可为空间。

3.高估了2C的价值, 低估了2B的价值。一个新的技术、新的终端起来时, 想让C端大规模的使用往往是有难度的, 需要底层技术相对成熟, 产品打磨的极度到位;从B端切入是一个更“温柔”的切入方式, 因为B端的痛点相对集中, 对产品的容忍度更高, 也更愿意掏钱。

整体说来, 新智能主机这条跑道长期看好, 应该会出现大家伙, 但当下的优质投资标的仍然稀缺, 整体比较偏虚热。作为投资人, 我们对智能主机的项目有更多耐心, 因为往往需要更长的研发周期, 和更长的市场培育过程, 但前提是这个项目真的有自己核心的技术优势。

新智能主机中的智能机器

前面说过, 机器人也是新智能主机的一种, 为什么我们认为机器人会起来呢?出于下面三点原因:

1.人力成本的上升:一方面工业上逐步开始有用工荒的趋势, 另一方面人力成本逐年上升, 放眼十年, 当人力成本到了临界线时, 一定会向机器人作业转变。

2.互联网自身的瓶颈:互联网正在对各个行业进行改造, 提高效率, 降低成本, 但是有瓶颈。以电商为例, 电商的效率提升主要是在信息和交易层面, 一旦到了实实在在的仓储物流, 真真切切的涉及到了人力操作, 互联网的局限就出来了, 而机器人是可以进一步提升效率的。其实, 也正是因为互联网把整个工作流程信息化, 机器人才得以衔接上去。

3.技术突破发展:技术分两块, 一块是机器技术, 一块是智能化技术, 就像PC硬件和软件项目拉动发展一样, 这两种技术也会相互拉动发展。

那么什么样的机器人会先起来呢?我们认为2B的机器人会先起来, 之后才是2C的机器人的形态;最先起来的机器人应该是机器形态的, 而非人类形态的;最先起来的机器人是人机混合的, 而非完全靠机器独立完成任务。因为是2B的机器形态的机器人, 我们称它为智能机器, 这些机器人会用到物流、安防、农业等行业。

为什么是2B比2C先起来呢?一是因为B端的痛点更突出和具体, 只要解决好几个特定场景下的问题就可以了, 而2C需要解决全场景的问题, 更加复杂和抽象;二是2B比2C的容忍度高, 对B端客户而言, 只要智能机器能解决他的问题, 价格问题和美观度问题都好说。

从新智能主机到人工智能

为什么我们在积极地看人工智能?因为移动互联网和Io T的效率问题都指向人工智能。首先, 对移动互联网来说, 它背后的逻辑是流量=>交易=>效率, 未来几年, 流量会逐渐被瓜分完, 流量之上构建交易, 该有的交易也会被构建的七七八八, 这时会逐渐开始拼效率, 如何更有效的利用流量, 如何降低人工成本, 效率这个环节指向的是人工智能;其次, 对Io T来说终极状态是自动化, 而自动化背后的引擎也是人工智能。

人工智能听起来很玄乎, 其实拆解开来看主要是三个要素:计算能力、算法、数据。人工智能最先应用的领域是互联网行业本身, 最早的人工智能产品是搜索引擎。互联网刚起来时, 最不缺的就是文本数据, 所以搜索引擎会最先起来;智能手机出现后, 图像数据也不缺了, 人脸识别也有了足够的数据样本;像金融、电商这样的行业也属于数据密集型行业, 也是适合人工智能进入的;但有的行业明显时间点未到, 比如教育行业、工业, 这些行业的数据还没有存到云端, 是很难去挖掘的。

人工智能并不是忽然间创造一种石破天惊的技术, 而是先把互联网行业智能化的能力用到其他行业, 先把巨头们智能化的能力用到中小公司身上。我们观察到一种现象, 人工智能创业团队在逐步从大公司脱离出来创业, 有人在做人工智能芯片, 有人在做预测学习, 有人在做异构计算, 他们服务的对象不再是互联网巨头, 而是其他行业。这些团队背后的创始人, 都是BAT相关业务板块的负责人, 是某个领域的顶级专家。我们相信, 这些仅仅是开端, 随着其他行业对效率的追求, 随着资本对人工智能行业的投入, 未来会有更多这样的团队从大公司解构出来。

机器人的未来发展趋势 篇3

[关键词]工业机器人；发展历史；趋势；文献综述

1. 工业机器人的界定

我国的机器人专家（2007）从应用环境出发，将机器人分为工业机器人和服务机器人两大类。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。

2. 工业机器人产业发展历史与产业趋势研究

自1961年美国Unimation公司生产的第一台工业机器人问世以来，工业机器人在各国尤其是欧美、日本发展迅速，并呈现出适合各国国情的不同的产业发展路径，工业机器人技术突破也一直未停止，从最初的两轴到如今六軸机器人的广泛应用、从液压驱动到电动马达，应用领域从汽车工业已拓展到电子电气、食品包装等其他行业。国内外的专家学者亦对各国工业机器人产业发展历史及未来发展趋势做了大量研究工作。

2.1 各国工业机器人发展历史研究

Kuni（1981）在研究日本机器人产业发展过程中发现，尽管日本机器人产业比美国起步晚，但日本已成为当今世界机器人第一大国，其主要原因是在机器人发展初期日本引进并吸收了大量美国先进技术，使得日本企业能够较短时间内掌握关键零部件的核心技术，并凭借在机器人工艺、质量上的优势，迅速占领市场，成功反超美国。

陈爱珍（2008）在研究日本工业机器人发展历史中发现，1980-1990年是日本工业机器人发展的黄金十年，机器人销量复合增速达到136%，其快速发展的主要原因来自日本国内劳动人口减少，劳动力成本上升以及政府政策的大力推广。

李刚（2014）对德国工业机器人的发展历程进行了梳理，认为德国工业机器人从起步晚到发展成为欧洲机器人强国过程中，政府发挥着重要的引导作用，从20世纪70年代推出的“改善劳动计划”到2013年的“工业4.0”战略，构建智能工厂，都可以看到政策的导向作用。

王京（2010）研究了美国机器人发展计划，发现美国机器人发展起步早，并制定了发展相关机器人核心技术的战略规划，将机器人技术开发重点放在仿人操作、自主导航、非结构化环境的感知、人机交互等方面。

王田苗（2014）认为尽管我国工业机器人销量全球第一，并在某些关键技术上有所突破，但仍缺乏整体核心技术的突破，尤其在高效减速机、伺服电机以及控制器等关键零部件方面，由于不具备核心技术，严重依赖国外进口。

从各国工业机器人发展历史研究文献来看，美国、日本及欧洲在发展本国工业机器人的进程中都找到了合适的发展模式，机器人产业发展顺应制造业转型升级的需求，而政府部门对于机器人产业发展的政策扶持力度直接影响到机器人发展的各个阶段。近年，我国政府部门也高度重视机器人产业发展，国务院、工信部及科技部等部位出台了包括《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》等多项政策文件，推动我国机器人产业发展。

2.2 工业机器人产业发展趋势研究

朱力（2003）认为随着工业机器人价格的降低和性能指标的提高，我国人工成本的增加、多元化的市场竞争和产业转型升级，以工业机器人为代表的智能装备将实现爆发式增长。

徐扬生和阎镜予（2012）研究发现20世纪60年代以来，全球工业机器人在发达国家工业领域应用广泛，尤其是在汽车生产线上得到广泛应用，并在制造业中，如锻造、焊接、机械加工成型、喷涂、码垛、打磨抛光、装配等作业中得到应用，未来工业机器人在3C制造、食品包装等领域将有更广阔的市场空间，工业机器人已经成为衡量一国制造业水平和科技水平的重要标志。

江宇靖（2007）从技术创新的角度分析了工业机器人技术变革的过程，发现工业机器人控制系统、驱动系统、传感系统及网络通讯功能等方面都取得了巨大的技术突破，并预计虚拟现实技术将在机器人中得到广泛应用。

赵杰（2012）研究了近几年国外知名工业机器人企业推出和正在研制的产品，发现新一代工业机器人正在向高性能化、柔性化、网络化、智能化发展。

从以上相关文献可以看出，未来工业机器人将呈现以下几个趋势：（1）工业机器人性能的不能提高（包括精度、灵活性、稳定性等），单机的价格将不断下降；（2）工业机器人应用领域不断扩大，未来3C行业、食品及医药行业、物流仓储行业将有巨大空间；（3）未来机器人的控制系统、驱动系统、传感系统将取得巨大技术突破，虚拟现实技术将在机器人中进一步推广。

3. 总结

从发达国家工业机器人发展历史经验以及产业未来趋势来看，本文认为有以下几点值得我国学习与借鉴：（1）找到适合国情的机器人产业发展路径；由于我国机器人产业仍处于中低端水平，企业缺乏关键零部件核心技术，因此，我国应尽早的从“美国模式”转向“日本模式”，掌握核心技术。（2）加大工业机器人产业政策扶持力度；从发达国家经验来看，政府对于机器人产业的支持与引导直接推动了整个机器人产业的飞速发展，我国政府主管部门应当继续加大对机器人产业的政策扶持力度，积极培育具备国际竞争力的龙头企业，形成配套产业集群。

参考文献

[1]毕胜.国内外工业机器人的发展现状[J].机械工程师，2008（07）：5-8

[2]Kuni sadamoto：Robots In The Japanese Economy，TOKOY SURVRY 1981

[3]陈爱珍.日本工业机器人的发展历史及现状[J].机械工程师，2008，（7）：8-10.

[4]李刚. 德国机器人发展历史[J].机电一体化，2014（09）：12-15

作者简介

谢胜强（1969-），男，湖南长沙人，同济大学经济与管理学院副教授，博士，从事风险投资、城市产业规划研究。

明兴（1990-），男，湖南长沙人，同济大学经济与管理学院硕士在读，从事风险投资、城市产业规划研究。

论文-未来汽车的发展趋势 篇4

作者: 温福聪

（重庆工贸职业技术学院 汽车与电子工程系 2017届汽车检测与维修3班）

摘要:本文从以下三方面简要介绍与未来汽车发展趋势有关的内容：

一、车身造型的未来发展趋势：气动最优化、个性化、人性化、虚拟化、全球化。

二、全球节能环保汽车技术的发展趋势。

三、安全技术发展趋势： 防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配、牵引力控制系统、电子稳定程序、预紧式安全带、智能安全气囊、乘员头颈保护系统、智能行人保护系统等。

关键词:汽车文化；未来汽车；发展趋势

第1章、车身造型的未来发展趋势

自1886年第一辆汽车诞生以来，汽车造型开始了其漫长的进化之路。依次经过了马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔形汽车、子弹头型汽车；进入21世纪后，从世界各大汽车博览会推出的多款新概念车看，造型更是 千奇百怪、更具个性化和特色。车身造型的未来发展趋势综合起来主要有以下：

1、气动最优化

一部汽车车身造型发展史，从某种意义上说就是一部不断追求具有最佳气 动造型的历史人们一直在努力研究能够减小气动阻力且气动稳定性好的车身造 型，今后这将仍是未来车造型追求的目标之一，但更主要的工作是在研究气动 行驶稳定性上。未来的气动造型最优应满足以下几点:(1)最佳气动性能的车身外形只能通过计算机辅助设计和部分实验得出;(2)车身所受的气动纵倾力矩和气动横摆力矩理论上为零;(3)车身所受的气动升力理论上为略小于零;

(4)减少气功阻力虽然不再是主要目标，但气动刚力系数不应大于0.2.2、个性化

车身气动最优化是否会导致未来汽车外形的雷同，从而失去个性化，其实汽车车身造型的发展过程己经揭示了这个问题的答案。在车身造型的历史发展时期，可能会由于追求气动造型的优化而使得某一种车型成为一个时期内的主 导车型，但决不是唯

一、就是同一主导车型，也由于气动特性非唯一评定指标 而形成不同风格，随着社会发展，社会意识和美学观念，造型过程中会起到越来 越大的作用，现代人对汽车式样个性化要求也会越来越高。不同层次不同行业、不同种群的审美意识也会大不相同。随着人类物质文化水平的提高和生活环境 的变化以及生活方式的多样化，作为大众化商品的轿车无疑将出现各式各样更新颖更奇特的新车型。

3、人性化

汽车是人的代行工具，与人在日常生活中息息相关，己形成独特的汽车文 化。“一堆冰冷的钢铁”是无法满足现代人精神和文明需要的。车身造型设计必须以人为本，体现人机协调，使用操作方便、舒适，使汽车适应人的各种生理和心理要求，从而提高工作效率、保障安全、维护健康。未来的车身造型设计将在车身外观设计、人机工程以及室内环境等方面更加注意人性化的发展。

4、虚拟化

随着虚拟现实技术在车身造型中应用，使得造型设计中可采用计算机模拟色彩、纹理、质感、背景、阴影及运用三维视觉效果生成虚拟汽车车身造型并实施漫游。通过仿真设备和虚幻环境的动态模型创造出人能够感知的虚拟现实，完全替代传统的实体模型和造型效果图的平面表述方式，甚至能做到未出实车而能体验实车的感觉，使车身造型技术发生了实质性的变革。

5、全球化

20世纪90年代以来，面对市场和用户对新技术扣新产品日益提高的要求，制造厂商必须在最短的时间内使产品更新换代，这就使得各公司不得不建立合作伙伴关系，以弥补资金和技术力量之不足，通过整合资源、优势互补以达事半功倍的效果。这样汽车造型设计就逐步摆脱国家和地域的束缚，日渐走向全球化。

第2章、全球节能环保汽车技术的发展趋势

能源和环境正在成为影响世界汽车产业发展的两大决定性因素。进入新世纪以来，以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术呈现出突飞猛进的发展态势。各国政府和各主要汽车厂商均不约而同地将新清洁环保汽车技术视为未来全球汽车产业竞争的制高点。

未来节能环保汽车技术应用前景的基本判断是，燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物，代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池汽车的几个制约因素考虑进来，则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时间尚不具备商业化的条件。最乐观的预测，以纯氢为燃料的燃料电池汽车的商业化生产至少还需15年以上的时间，即使在一定程度上实现了商业化，也会是以一种高成本的方式。

在环保意识不断高涨、油价涨多跌少、消费者追求高性价比的大形势下，融合了纯电动汽车和燃油汽车优点的混合动力汽车，较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要求，较好地解决了汽车节能与环保问题，因而逐渐成为世界各大汽车生产企业开发的热点。中国能源比较紧缺，环境保护压力很大，而且大城市交通普遍拥堵，汽车必须频繁制动，混合动力车比较适合中国的国情，在中国市场的前景也被看好。但考虑到若干制约因素，特别是成本和价格因素，对尚属于发展中国家的中国来说，混合动力车在中国市场的成长还需要一个时期的培育。

柴油车由于有很好的节油效果，成本和价格也比较适中，在国际上是已经大规模商业化的成熟技术，国内的产业基础也比较好。因此在混合动力汽车和燃料电池汽车无法大规模商业化之前，柴油车将是实现中国汽车节能非常现实的技术选择。即使将来混合动力汽车和燃料电池汽车进入商业化阶段，柴油车仍是中国实现汽车节能的重要途径。

总之，在今后的国内外汽车市场上，纯电动汽车由于造价高、能量低、重量大、体积大、续行里程短、还需要建设地面充电检测设施等缺点，其适用范围十分有限；先进柴油汽车将是混合动力和燃料电池汽车取得优势地位之前的过渡时期的佼佼者，近、中期有很大的增长空间，但并不是最理想的长远解决方案；混合动力汽车将在未来15年左右的时间内逐步呈现出较强的发展势头，但其增长过程将是缓慢而曲折的；燃料电池汽车代表着未来汽车新能源技术的发展方向，但受多种因素影响，15年内难以完全商业化。

第3章、安全技术

汽车安全技术分为主动安全技术和被动安全技术。

1、主动安全技术

主动安全技术用于提高汽车回避事故的能力，如防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配（EBD）系统、加速防滑调节（ASR）系统、电子稳定程序（ESP）系统等。

1.1防抱死制动系统（ABS）

安装ABS就能解决制动时车轮抱死的问题。ABS装置能够使车轮始终维持在有微弱滑移的滚动状态下制动，而不会抱死，达到提高制动效能的目的。德国Bosch公司在1978年成功地开发出世界上首套ABS系统。据统计，2004年欧盟生产的新车ABS装备率已达85％，而欧洲汽车生产协会保证2004年7月起生产的新车100％装备ABS系统。2004年中国生产的新车ABS系统装备率也达到了66％，可以预计在不久的将来，中国生产的新车ABS装备率也将提高到100％。

1.2电子制动力分配

电子制动力分配（electronic braking distribution，简称EBD）系统EBD系统能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS提高制动稳定性。EBD系统用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对4只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使4只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。国内一汽大众奥迪A6、广本奥德赛、海南普利马、神龙毕加索、南京派力奥等车都配有EBD系统。

1.3牵引力控制系统

牵引力控制系统（traction control system，简称TCS）汽车行驶时，驱动力主要取决于发动机的转矩，但又受到驱动轮附着力的限制，而附着力的大小又取决于路面的附着系数。对于雨雪、湿滑的路面，发动机过大的输出转矩将会引起驱动轮打滑，从而破坏了车辆的行驶稳定性而引发不安全因素。同样，汽车起步、加速也容易出现驱动轮打滑的现象，转矩再大也发挥不了作用。而制动时，总希望汽车驱动轮能同步地切断动力，以便缩短制动距离。为了实现上述要求，一些中高档轿车，如别克君威、奥迪A6等，已配备了牵引力控制系统，又称为加速防滑调节（accelerate slip regulation，简称ASR）系统。TCS是在ABS基础上发展而成的，它遵循车轮的滑转率介于10％～30％之间时，车轮的附着力最大这一原则进行设计。TCS与ABS相辅相成，从而使轿车能发挥更优异的性能。

1.4电子稳定程序

电子稳定程序（electronic stability program，简称ESP）ESP是在ABS和TCS的基础上，增加汽车转向行驶时横向摆动的角速度传感器，通过ECU控制内外侧车轮、前后车轮的驱动力和制动力，确保汽车行驶的横向动力学稳定状态如图所示。ESP系统按照每秒25次的频率检测驾驶员的行驶意图和车辆的实际行驶情况。如果发现有紧急情况，它迅速反应，通过液压调节器，调节每个车轮的制动压力，如有可能，还会干预发动机和传动系统。ESP能降低车辆侧滑的危险，从而降低事故的发生。2004年，中国新车的ESP系统装备率还只有3％，而同期，欧盟地区的新车ESP装备率已达35％，美国达到11％，日本也达到了7％。随着人们对车辆安全性的要求日益提高，相信ESP将如同ABS系统一样，成为车辆的标准装备。过多转向条件下的ESP功能

2、被动安全技术

被动安全技术是减轻事故发生后对人体的伤害，如在车体内部采用侧门防撞杆、安全玻璃、预紧式安全带、智能安全气囊、乘员头颈保护系统等以减少对乘员的伤害。此外，人们越来越关注车外行人的安全保护，如在相对柔软的车前部以及发动机与护罩间留有足够的变形空间，以减轻碰撞伤害程度，甚至采用智能行人保护系统。

2.1预紧式安全带

预紧式安全带也称预缩式安全带。这种安全带的特点是当汽车发生碰撞事故的一瞬间，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。预紧式卷收器的控制装置分为两种，一种是电子控制装置，这种预紧式安全带通常与辅助安全气囊组合使用（见只能安全气囊图）；另一种是机械控制装置，由传感器检测到汽车加速度的不正常变化，控制装置激发预拉紧装置工作，这种预紧式安全带可以单独使用。由于预紧式安全带是靠急速回拉的方式保护乘员，里面装置有气体引发剂和气体发生剂，因此在使用中要注意它与普通安全带的不同之处。它有一定的使用时间，有效期满必须更换；预紧式安全带只允许安装在为其设计和制造的汽车上，不允许随意改装在其他汽车上；上车要佩戴预紧式安全带，如果未佩戴预紧式安全带，一旦汽车发生碰撞不但不受到安全带的保护，反而会因安全带产生误回拉动作而增加自己受伤的可能性。

2.2智能安全气囊

安全气囊的工作原理是：当汽车前部遭受一定力量的撞击后，安全系统就会引发某种类似小剂量炸药爆炸的化学反应，隐藏在方向盘内的安全气囊就在瞬间充气弹出，在车内人员的身体由于惯性作用向前冲撞即将撞上车上设备之前起到铺垫作用，以减轻身体所受到的撞击力。由于在事故发生的一瞬间必须完成铺垫功能，因此气曩必须以极快的速度弹出。据技术人员计算，安全气囊弹出的瞬间时速高达40km左右。这样也就带来一些问题，诸如身材较小的驾驶员，由于身体比较靠近方向盘，若是车速不是特别快时发生事故，这类人员很容易被迅速弹出的气囊击伤，而并不是由于事故本身而受伤，以致产主了安全气囊是否真正安全的争论。智能安全气囊就是在普通型的基础上增加传感器，以探测出座椅上的乘员是儿童还是成年人，他们系好的安全带以及所处的位置是怎样的高度。通过采集这些数据，由电子计算机软件分析和处理控制安全气囊的膨胀，使其发挥最佳作用，避免安全气囊出现无必要的膨胀，从而极大地提高其安全作用（如图所示）。智能安全气囊比普通型主要多了2个核心元件，即传感器及其与之配套的计算机软件。

2.3乘员头颈保护系统

乘员头颈保护系统（Whiplash Protection System，简称WHIPS）一般设置于前排座椅。当轿车受到后部的撞击时，头颈保护系统会迅速充气膨胀起来，其整个靠背都会随乘坐者一起后倾，乘坐者的整个背部和靠背安稳地贴近在一起，靠背则会后倾最大限度地降低头部向后甩的力量，座椅的椅背和头枕会向后水平移动，使身体的上部和头部得到轻柔、均衡地支撑与保护，以减轻脊椎以及颈部所承受的冲击力，并防止头部向后甩所带来的伤害（如图所示）瑞典沃尔沃汽车公司于1998年首次推出WHIPS头颈保护系统，作为标准配置安装在当时推出的volvo S80型汽车内。2000年以后，所有型号的沃尔沃汽车把WHIPS系统列为前排座椅上的标准配置。2.4智能行人保护系统

中国工业机器人市场及发展趋势 篇5

工业机器人诞生于20世纪60年代，在20世纪90年代得到迅速发展，是最先产业化的机器人技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产，解决单调、重复的体力劳动和提高。

生产质量而代替人工作业。在我国，工业机器人的真正使用到现在已经接近20多年了，已经基本实现了试验、引进到自主开发的转变，促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。随着我国门户的逐渐开放，国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击，因此，掌握国内工业机器人市场的实际情况，把握我国工业机器人研究的相关进展，显得十分重要。

工业机器人带来的效益

发达国家的使用经验表明:使用工业机器人可以降低废品率和产品成本，提高了机床的利用率，降低了工人误操作带来的残次零件风险等，其带来的一系列效益也是十分明显的，例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力，平均故障间隔期达60000小时以上，比传统的自动化工艺更加先进。采用工业机器人还有如下优点:第一，改善劳动条件，逐步提高生产效率;第二，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代;第三，提高零件的处理能力与产品质量;第四，消除枯燥无味的工作，节约劳动力;第五，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险;第六，提高机床;第七，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存;第八，提高企业竞争力。

在面临全球性竞争的形势下，制造商们正在利用工业机器人技术来帮助生产价格合理的优质产品。一个公司想要获得一个或多个竞争优势，实现机器人自动化生产将是推动业务发展的有效手段。

国内工业机器人市场

（一）国内工业机器人的需求情况

工业机器人发展长期以来受限于成本较高与国内劳动力价格低廉的状况，随着中国经济持续快速的发展，近几年的国民生产总值年平均增长率更是保持在9%左右，人民生活水平不断地提高，劳动力供应格局已经逐步从“买方”市场转为“卖方”市场、由供远大于求转向供求平衡。作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的要求。这些情况使得许多劳动密集型企业为了提高劳动生产率所采用的增加工人数量、延长工人劳动时间的方法变得成本高昂，同时也受到法律的限制和政策的阻碍。无论是企业还是社会都认识到必须采取从改善机器设备入手，提高技术和资金的密集度来减少用

工量以应对这种改变。总之，劳动力过剩程度降低、单个工人成本上升、对产品质量更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境，工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。随着机器人知识的广泛普及，人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化，利用机器人技术提升我国工业发展水平、从制造业大国向强国转变，提高人民生活质量成为全社会的共识。

（二）国内工业机器人的销售情况

国家863机器人技术主题自成立以来一直重视机器人技术在产业中的推广和应用，长期以来推进机器人技术以提升传统产业，利用机器人技术发展高新产业。

目前，政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，并提供优惠措施鼓励更多企业使用机器人及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机器人，各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提高。根据我国海关统计，最近4年来许多企业在华的销售量甚至是前面十几年销售量的几倍，年平均增长率超过40%。2001年我国工业机器人海关进出口数量不过是3774台，国内生产数量约700台左右。2004年市场规模已经增长到万台左右，数量和金额相对于2001年都增长了两倍。2004年国产工业机器人数量突破了1400台，产值突破8亿元人民币。进口机器人数量超过9000台，其中多功能机器人约1700台，简易机器人7500台，进口额约25亿美元。德国CLOOS公司在华焊接机器人销售量2000年以前为47台，2000年以后已经突破121台，销售量翻了近3倍。可以预见，中国的工业机器人产业不久后将会作为一种在国民经济中占据重要地位的产业而存在。

（三）国内工业机器人的市场特征

1.以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。汽车制造业属于技术、资金密集型产业，也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国，工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。2000年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响，我国汽车工业进入了一个高速增长期。面对这种局面，国际汽车巨头纷纷进入中国市场并与我国企业合资设厂或扩大原有生产规模，国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业的投资，整个行业增产扩能增加了对工业机器人需求。据不完全统计，最近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业的，海关进出口增长数据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。

2.沿海经济发达地区是工业机器人的主要市场。我国工业机器人的使用集中在广东、江苏、上海、北京等地，工业机器人的拥有量占全国的一半以上，这种分布态势和增长趋势符合我国现阶段经济发展状况。我国经济最具活力的地区已经从珠江三角洲地区扩展到长江三角洲地区，而且长江三角洲地区在制造业中所占的比重越来越大。

3.外商独资企业、中外合资企业和国有企业是工业机器人的主要客户。工业机器人属于技术含量高，价格相对昂贵的制造装备，采用工业机器人较多的企业，一般对产品的质量要求较高，企业在市场上具有更高的影响力。现阶段，工业机器人使用量最多的仍是外商独资或中外合资企业。国有企业也在加大对工业机器人的采购用于技术改造，如汽车行业中的一汽、二汽、上汽等，它们的产品在市场上已经具有了相当强的竞争力，它们对工业机器人有着较大的需求，同时采购上它们能够得到国家和政府的支持，因此制造业中的大中型国有企业的工业机器人使用量一直很大，而且在未来相当长的时间内仍将保持这种增长势头。另外，我国的民营企业正逐渐认识到工业机器人的优势，对工业机器人的采用量也在逐步增加，虽然装备的数量上与以上企业仍存在较大差距，但是增长的速度惊人，将很快成为工业机器人市场的重要客户。4.国内进口工业机器人的国家和地区分布。2001～2004年我国进口的工业机器人主要来自日本与台湾，2004年日本对华出口金额占我国进口工业机器人金额的一半。

我国机器人技术应用研究进展及发展趋势

中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展，工业机器人市场也已经成熟，应用上已经遍及各行各业，但进口机器人占了绝大多数。

我国在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20世纪80年代初的水平，特别是在制造工艺与装备方面，不能生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有:数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品，主要应用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。

我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据2l世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求，瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一，危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二，医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人，遥控操作辅助正骨等;第三，仿生机器人:主要有移动机器人，网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。

点评

家电行业未来的发展趋势 篇6

今后几年家电业的发展将继续面临上游成本增加和下游流通企业的双重压力，面临严重的出口形势，家电业的发展将更加依靠国内市场。随着节能、环保、智能和安全成为家电发展的主题，全球化竞争的加剧和高端产品的高盈利性迫使家电业加大技术研发投入，自主创新将成为家电业发展的战略支撑点。预计未来几年家电市场竞争将更加激烈，行业增长继续趋稳。

1、家电产品出口形势严重

欧盟25国重新修订的技术标准、环保标准，对我国冰箱、洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、熨斗、烤箱、照明设备、玩具、休闲和运动设备等十几类轻工产品出口造成新的壁垒，使企业发展及产品出口面临严重挑战。这两个指令几乎包括了所有的民用电子电器领域，而中国每年出口到欧盟市场的该类产品达数百亿美元，其中又以家电产品为主，由于这两个指令都会明显增加中国家电企业的出口成本，严重影响我国317亿美元家电出口欧盟，不少达不到指令要求的产品会被排斥出欧盟市场，因此2006年我国家电出口形势比较严重。同时，我国家电产品在出口上并没有形成有影响力的自有品牌，出口的产品很多仍是贴牌生产的产品，在国际市场上的自有品牌建设上需要付出极大的努力。另外，在产品核心技术上我国家电产品仍没有取得本质的突破，仍以引进和仿制技术生产，要害部件仍需要从跨国垄断企业购买，出口产品的自有技术含量不高，处于利润链的低端环境，出口规模很大，但赢利能力不高。这些因素使得我国家电产品尽管出口形势表 现良好，但依然存在较大的发展障碍，出口市场的扩大存在较大困难。另外，全球范围内影响经济发展的不稳定因素依然较多，石油和基础原材料价格的上涨将影响未来世界经济的进一步回升，全球经济保持稳定回升的缺乏足够的支持，未来几年世界经济增速将面临适度调整，但仍会保持稳定的增长。这些因素都将对未来家电产品出口形成较大的不利影响，因此中国家电产品出口增长速度有可能放缓，对行业增长的拉动力量也会因此减弱。

2、城镇化进程加快为家电行业增长提供持续性的需求支撑 我国城市化进程步入出现快速发展阶段。城镇发展的速度提高直接促进了居民消费需求总量的提高，加之房地产市场需求的逐渐回温以及家装市场的发展，将为家用电器产品提供稳定的需求扩张基础，这些因素为家电行业的增长提供了长期支撑。从2005年空调市场的发展来看，家装市场已成为中国空调业产能急剧扩张的一大助推器。2010年上半年我国空调行业总产能突破了8600万台，与去年相比增幅达到23％。调查数据显示，国内消费者中为新房装修而购买空调的比例高达36.7。

3、农村家电市场会有所升温 新一届中心政府成立以来，一直对三农问题给予高度的关注，并不断推动了一系列政策措施减轻农民负担，推动农民收入的增长。农民收入连续两年保持较快增长，对于改变农民收入预期，扩大消费支出具有重要作用。目前，农村以家用电器为主的第二次消费结构升级已由沿海扩展到越来越多的内陆地区。由于国家支持农业发展、保护农民利益的政策力度不断加大，未来几年农民收入将会出现较快的增长。这对启动农村消费市场具有积极的推动作用，从农村居民的消费结构来看，家用电器将是农民收入增加后重要的消费支出领域，农村家电市场将会逐渐升温，未来家电产品在一二级市场日渐饱和的情况下向三四级市场渗透成为可能。

4、家电产品技术升级趋势将加快

农业机器人的发展现状及趋势 篇7

机器人的概念于1921年由捷克科学家Karel Ca- pek首次提出; 之后, 1953年美国麻省理工学院成功研制出第1台数控机床, 并在此基础上完成了数控技术 ( NCT) 与机械手组合作业, 标志着第1台工业机器人的诞生; 1959年, 德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联合成立世界上第1家工业机器人制造公司; 1978年, 美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA, 工业机器人制造技术趋于成熟。 此后, 经30余年的理论发展, 随着工业机器人理论研究及技术应用的日益深入, 机器人逐渐被应用于其他领域, 并形成普遍接受的机器人定义: 可编程的多功能操作装置, 通过可变的、预先编程的运动完成各项指定任务。 目前, 机器人分为两大类, 即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人, 就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人; 而特种机器人则指除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。

农业机器人以完成农业生产任务为目的, 隶属于特种机器人范畴, 是一种兼有四肢行动、信息感知能力及可重复编程功能的柔性自动化或半自动化智能农业装备, 集传感技术、监测技术、通讯技术及精密机械技术等多种前沿科学技术于一身。1984年, 由京都大学近藤直教授首次成功将机器人引入农业工程领域。随着农业生产的日趋工业化、规模化和精准化, 农业机器人研发已经成为农业工程领域的科研重点之一, 其在育苗、移苗、嫁接和农产品收获等方面均得到了初步应用。农业机器人在提高农业生产力、改变农业生产模式、解决劳动力不足以及实现农业的规模化、多样化和精准化等方面显示出了极大的优越性[1]。受技术水平、从农劳动力市场以及经济现状等多方面因素的制约, 农业机器人在各国均未得到广泛应用。

1农业机器人的发展现状

1. 1农业机器人的特点

1) 农业机器人作业季节性较强。农产品生产的季节性较强, 并且农业机器人的针对性较强、功能单一。因此, 农业机器人的使用也具有较强的季节性, 从而造成农业机器人的利用率低, 增加了农业机器人的使用成本。

2) 农业机器人作业环境复杂多变。工业机器人作业环境比较固定, 而农业机器人的作业环境一般难以预知。因此, 农田作业的机器人需要有较强的环境识别能力, 且还要对不同环境有不同的动作反应。

3) 作业对象的娇嫩和复杂性[2]。农业机器人的作业对象是农作物, 而农作物的娇嫩性对农业机器人的动作提出了更高的要求: 农业机器人的执行末端与作业对象接触时需要进行柔性处理; 农业机器人的作业对象形状复杂, 农作物的生长发育受周围环境的影响较大, 因此农作物的空间形态具有很大的不确定性, 从而要求农业机器人对不同的空间形态进行判断, 以实现不同的动作。

4) 农业机器人使用对象的特殊性[2]。农业机器人的使用对象是农民。随着人口老龄化程度的提高, 从事农业生产的人口也将步入老龄化时代。因此, 需要农业机器人必须具有高可靠性和操作简单等特点。

5) 农业机器人价格的特殊性[2]。农业机器人的前期研发投入较大, 结构复杂, 制造成本较高, 导致价格昂贵, 超出了一般农民的承受能力。

1. 2农业机器人的分类

1. 2. 1大田生产农业机器人

大田用农业机器人有大田播种机器人、大田收获机器人、大田植保机器人、大田耕作机器人以及大田移栽机器人等。

大田果蔬采摘作业是生产链中最耗时和费力的生产环节之一。另外, 采摘作业季节性强, 劳动强度大, 费用高, 因此保证果实适时采收、降低收获作业强度及用工费用是保证农业增收的重要途径。然而, 由于采摘作业的复杂性, 采摘自动化程度仍然很低。目前, 国内外水果采摘作业基本上都是人工进行, 其费用约占成本的30% ~ 50% , 并且时间较为集中, 劳动量大, 工时紧张。大田果蔬采摘机器人作为农业机器人的重要类型, 在降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收等方面具有巨大的发展潜力。

1. 2. 2设施农业机器人

设施农业用机器人有嫁接机器人、花卉插枝机器人、蔬菜收获机器人、植物工厂机器人和分拣机器人等。其中, 嫁接机器人包括蔬菜嫁接机器人和油茶嫁接机器人等。目前, 嫁接繁殖技术较为成熟, 而人工嫁接效率较低, 因此加大嫁接机器人的研究投入, 推进高速和高质的嫁接机器人的推广与应用, 可取得可观的直接经济利益及生态环境价值。

嫁接机器人工作时只需操作者将砧木盘及接穗盘各自放入指定位置, 便可自主完成抓穗、切苗、接合、固定和排苗等作业项目, 省时高效, 成活率高。通用嫁接机器人工作流程图如图1所示。

1. 2. 3农产品加工与鉴定机器人

目前, 农产品加工机器人有肉类加工机器人、挤奶机器人、剪羊毛机器人和食品安全鉴定机器人等。

1. 3国内外农业机器人发展概况

自从20世纪80年代日本将机器人技术引进农业工程领域以来, 农业机器人技术得到了飞速发展。在农业机器人研究领域, 日本、美国和荷兰处于领先地位。我国在农业机器人领域起步较晚, 技术水平和发达国家存在一定的差距。

1. 3. 1主要发达国家农业机器人的发展概况

日本的从农劳动力匮乏, 为缓解劳动力压力, 日本较早地开始了农业机器人的研究, 并且始终处于世界领先地位。

日本首先将农业机器人应用于果蔬采摘。目前在日本得到应用的农业机器人有果蔬采摘机器人、耕作机器人、植保机器人、移栽机器人和嫁接机器人等。 2009年, 日本宇都宫大学工学院尾崎功一氏教授研制出一种可以在不同光照条件下均可进行作业的草莓采摘机器人 ( 如图2所示) 。其视觉部由3台彩色摄像机、偏振滤光片以及5盏照明灯组成。两侧摄像机对红色果实进行识别, 并用立体图像法对果实的位置进行识别; 中央摄像机对果实位置进行误差修正, 从而可以精确确定果实的位置。

日本的Kanae等研制了一台樱桃采摘机器人。 该樱桃采摘机器人主要由一个4自由度的机械手、三维视觉传感器、末端执行机构、一台电脑和移动装置构成。通过处理三维视觉传感器来识别果实和障碍物的位置, 由此决定末端执行机构的运动轨迹。果实被末端执行机构拾起, 同时避免与障碍物碰撞[3]。 1995年, 日本冈山大学农学院设计开发了一种用于果园棚架栽培模式的葡萄收获机器人。这种农业机器人属于一种多用途农业机器人, 由1个操纵机构、1个视觉传感器、一个数据传输装置和末端执行装置组成。通过变换末端执行装置, 可以完成浆果采集、喷药和套袋等工作[4 - 5]。2008年, 日本冈山大学的门田充司教授开发出了一种新型番茄收获机器人 ( 如图3所示) 。该番茄采摘机器人主要由视觉部、机械手、控制部分和转臂4部分组成。工作时, 该机器人需要在钢轨上行走。当视觉部分发现成熟的番茄时, 控制部分就会对手臂发出指令, 使四指式机械手张开采摘番茄。该机器人从发现目标到采摘完成花费时间在15s以内, 对成熟番茄的采摘率在50% ~ 70% 之间。

美国是机器人的发源地, 也是对农业机器人开发比较早的国家之一, 自走式农业机器人理论技术发展得比较成熟[2]。美国伊利诺伊大学Tony Grift博士和他的学生Nathanael Gringrich开发出了一种太阳能除草机器人。该机器人装有超声波探测器、全球定位系统、小型摄像机和一台微型计算机, 可以精确判断出杂草, 并用刀切断杂草, 然后在杂草切口处喷上除草剂。2009年, 在美国的加利福尼亚州由几个葡萄园投资, 由视觉机器人公司完成了葡萄修剪机器人的开发。美国明尼苏达州一家农业机械公司的研究人员推出了一种施肥机器人, 它可以从不同土壤的实际情况出发, 适量施肥。在美国得到应用的还有采摘机器人以及大田作业的耕作机器人等。

荷兰国土狭小, 资源贫乏, 是典型的人多地少国家。但是荷兰经济发达, 是在世界上占有重要地位的农业强国, 在世界农产品市场上占有十分重要的地位。在荷兰技术比较成熟的农业机器人有黄瓜采摘机器人、花卉移栽机器人和果枝修剪机器人等。荷兰农业与环境工程研究所研发出黄瓜收获机器人, 它由行走车、机械手、视觉系统和末梢执行器4部分组成。 试验表明, 该机器人的行走车能够快速到达初步作业位置, 视觉系统能够探测到黄瓜果实的精确位置及成熟度, 末梢执行器可以抓取黄瓜果实并将果实从茎秆上分离[6]。

另外, 德国和英国在农业机器人研究方面也处于世界领先地位。

1. 3. 2我国农业机器人的发展概况

我国的农业机器人的研发起步晚、投资少、发展慢, 与发达国家相比差距还很大, 目前还处于起步阶段[1]。我国对农业机器人的研究起源于20世纪90年代, 中国农业大学首先对农业机器人进行了研究。 目前, 在我国得到初步应用的农业机器人有嫁接机器人、黄瓜采摘机器人、草莓采摘机器人和喷药机器人等。1998年, 中国农业大学完成了2JSZ一600型蔬菜自动嫁接机器人的研发, 该机器人采用计算机控制, 实现了砧木和穗木的取苗、切苗、接合、塑料夹固定和排苗等嫁接作业的自动化操作[7]; 2005年, 中国农业大学针对套管式嫁接的作业特点, 在原有蔬菜自动嫁接技术的基础上研制出了套管式蔬菜嫁接机器人[8]; 2009年, 东北农业大学对果实采摘机械手及其控制系统进行了研究[9]; 2009年, 华南农业大学虚拟实验研究所进行了荔枝采摘机械手的研究; 2011年, 中国农业大学农业机器人实验室完成了黄瓜采摘机器人的研究, 该黄瓜采摘机器人可以根据黄瓜的外形识别黄瓜的成熟度, 一次采摘动作可以在15s内完成。

我国农业机器人的研究开发以高等院校为主, 虽然在某些技术方面取得很大的突破, 但是整体发展速度仍然不及发达国家。

2当前农业机器人存在的主要问题

农业机器人已有30年的发展历史, 虽然大量的问题得到了解决, 从而推动了农业机器人技术的发展, 使农业机器人在一些国家率先得到了应用; 但是由于原因, 农业机器人在各个国家均未得到广泛应用。阻碍农业机器人推广与应用具体问题如下。

2. 1安全性与工作可靠性差

农业生产的特殊性要求农业机器人具有相当智能和柔性生产能力, 以适应复杂的非结构环境。但现有农业机器人的智能化程度还未能完全达到农业生产需要。例如, 日本的番茄采摘机器人对成熟番茄的采摘率在50% ~ 70% 之间, 其他采摘机器人的采摘率也不足90% 。

2. 2农业机器人功能单一, 智能化程度偏低

目前的农业机器人开发时作业对象针对性强, 一般只能完成一种作业, 又由于农业生产季节性较强, 造成使用率偏低, 从而增加了农业机器人的使用和维护成本。

智能系统的发展还不够完善, 农业机器人的智能程度还不能满足农业生产的需要, 很多任务无法由农业机器人单独完成[10]。

2. 3生产成本高, 生产效率偏低

农业机器人作业环境复杂, 需要有不同的设备与相应的环境适应。因此, 农业机器人相对于工业机器人来说, 结构和控制系统较为复杂, 相应地提高了生产成本。

农业机器人是用机器去模仿人类劳动, 思维和动作与人类相似, 但是机器人动作的灵活度与系统的反应能力永远无法与人类相媲美。如日本冈山大学研发的番茄采摘机器人, 采摘1个番茄需要15s, 日本的茄子采摘机器人完成一次采摘需要30s, 而人工采摘一个番茄或者茄子一般会在3s钟以内完成。

2. 4农艺和农业机器人结合的不够紧密

农艺不够统一规范造成农业机器人的作业环境复杂多变。对开发农业机器人的技术要求不统一, 给农业机器人的研究开发带来巨大挑战。因此, 农业生产的标准化可以有效地推动农业机器人的发展与应用。

3农业机器人的发展趋势

3. 1具有开放式结构

具有开放式结构的农业机器人系统可以使农业机器人具有良好的扩展性、通用性和柔性作业的能力。机器人由机械、传感和控制等3大部分组成。通过更换不同自由度的机械部分, 适应不同类型的农作物; 更换不同的末端执行器, 适应不同的作物。针对不同作物, 传感器部分适当地增加或减少。控制部分保留足够接口, 可以控制足够自由度的机械部分和接收传感器的信号[11]。通过开发具有开放式系统的农业机器人, 可以解决农业机械使用率低的问题, 从而降低使用成本。

3. 2具有人性化的人机对话界面

农业机器人的使用者和操作者主要是农民, 因此要求必须具有高可靠性和操作简单的特点, 才能实现普及[12]。因此, 农业机器人的另外一个发展趋势就是它具有较为人性化的人机对话界面。

3. 3具有智能化的识别系统

采摘机器人在采摘果实时, 光照条件的不确定性及果实部分或完全被遮挡, 导致采摘率较低。因此, 应提高机器人的智能性, 增强采摘机器人辨识果实和避障能力, 进而提高其采摘的成功率。这需要研究人员对视觉传感器技术、视觉与非视觉传感器技术融合、图像获取和图像处理的算法等方面进行更深入的研究[13]。另外, 在果木修剪、除草和喷药等作业过程中也需要有智能化的识别系统。

3. 4具有智能化的航迹规划系统

目前现有的导航方式有惯性导航、视觉导航、卫星导航、埋线感应导航和路标导航等[14]。智能化的航迹规划系统是将以上导航方式的几个结合起来, 在机器人工作过程中可以进行智能化切换。其中, 最为主要的是视觉导航和卫星导航。

4结语

未来航母的发展趋势 篇8

美国“尼米兹”级航空母舰的第10艘“布什”号现已铺设了龙骨，预计2008年服役。该舰作为美国海军一艘承上启下的航空母舰，运用了模块化设计与建造方式，采取许多新技术、新设计，包括矮小的新型舰桥、隐身设计、全新的推进装置、多功能雷达、改进的航空燃料分配系统和新型污水处理系统等。在建造CVN 77的同时，美国海军还在设计、研制新一代航空母舰CVN 21。CVN 21航母使用的新技术更多，例如集成化的上层建筑结构，全新的飞行甲板设施，新研制的电磁弹射装置和拦阻装置，先进的指挥控制系统，能够搭载数量较多的无人机，人员从5900人下降到4000多人。

2005年美国诺斯罗普·格鲁曼公司已为新一代航空母舰的CVN 21的首制舰CVN 78切割了第一块钢板。CVN 78有几大突出特点：一是良好的隐身性能；二是出色的探测能力；三是能搭载更多的高性能飞机和无人机；四是使用电磁拦阻装置；五是装备许多新概念武器。在CVN 78之后，还将继续建造CVN 79和CVN 80。这3艘航空母舰的总采办费用达360亿美元，除论证和设计等费用外，平均每艘105亿美元。CVN 78原计划2007年开工建造，2014年服役；但美国海军已经决定将开工期推迟1年，即2008年建造，服役期也将顺延至2015年。

为了替换逐渐老旧的“无敌”级航空母舰，2003年1月英国宇航系统公司被选中作为英国海军新一代航空母舰CVF的主承包商，泰利斯公司负责提供整舰的设计。CVF的首舰原定于2008年动工建造。该航母采用模块化设计与建造，由各厂家进行组装和集成；甲板上安装有与众不同的双岛式上层建筑，以改善电磁干扰与电磁兼容性特征。CVF航母的满载排水量在6万吨左右，舰全长292米，舰宽38．6米，最大航速26．6节；舰员加航空人员约为1400人。该舰可搭载36架F-35B联合战斗／攻击机(有人提出采用F-35C航母舰载型)和4架海上监视与控制系统飞机(但在新航母服役初期可能继续使用目前的“海王”预警直升机)。眼下，尽管部分英国国防部和海军部分人士认为该航母应为常规弹射器弹射和着舰拦阻装置回收的航母，但英国国防部仍坚持发展垂直／短距起降型航母是当前最好的选择。CVF航母共计划建造两艘，预计分别于2012年和2015年交付使用。

法国海军继“戴高乐”核动力航空母舰之后，又于2005年1月正式宣布PA2航母开始进入设计建造阶段。新航母的满载排水量在5．5～6万吨之间，舰全长280米、飞行甲板宽72米(“戴高乐”号分别为261．5米、65米)，最大航速27节，编制人员仅900人。PA2航母不再使用核动力，而使用常规动力推进，1套综合全电力推进系统，完全通过电力驱动；但在航母需要高速航行时，也将使用燃气轮机来提供额外的动力。由于减少人员和不再采用核动力，并提高自动化程度，整个航母的日常运行费用大大降低。该航母上的2部弹射器长90米(“戴高乐”号为170米)，从而确保舰载机可在全天候条件下升空作战；舰上将搭载32架“阵风”战斗机(而“戴高乐”号上最多只能搭载24架)、3架E-2C“鹰眼”预警机，以及5架NH90直升机或“美洲豹”中型搜救直升机。PA2航母预计将于2014年加入现役，届时法国海军将拥有核动力航母和新型常规动力航母各一艘。

为了进一步降低航母的设计与建造费用，法国海军将采用一些未来新型战舰正在开发的技术和设备。与此同时，法国海军还正在积极与英国海军合作，力争使两国共同研制的新航母具有更多的共同性和通用性。

除了英国，法国和印度(前面已介绍过)均在加紧建造新一代中型航空母舰外，还有一些国家正在努力发展新一代小型航空母舰。例如，西班牙海军正在设计建造一种满载排水量为2．69万吨的多用途战略计划舰。实际上，这是一艘直升机航母或垂直／短距舰载机航母。该舰的首部安装有滑橇式起飞甲板，可起飞F-35C联合战斗／攻击机；舰全长225米，飞行甲板长185米；全舰编制人员243人，另可运送1355名陆战队员。甲板上设有6个起降点，可供NH-90运输直升机起降；舰机库内可停放12架直升机或8架“海鹞”垂直，短距起降飞机。该舰定于2008年加入海军现役，入役后将可担任投送两栖作战部队，支援空中作战行动，以及实施人道主义救援。

综上所述，今后10年世界各国航空母舰的发展趋势是：美国作为世界头号海上军事强国将继续发展吨位超过目前“尼米兹”级核动力航空母舰的更大型航空母舰；俄罗斯将在2010年前后发展排水量约8万吨的大型航母。而一些地区大国则青睐满载排水量在6万吨左右的中型航空母舰。至于那些中小国家基于各方面的原因，只能在小型航母上做文章。