机器人现状及发展综述

机器人现状及发展综述（精选8篇）

机器人现状及发展综述 篇1

【摘要】服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作。进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来。

【关键词】服务机器人 发展现状 发展趋势

引言

截至2014年底，我国60岁以上的老龄人口已达2.97亿，占人口总数的6.07%，劳动力人口比重正在逐年下滑，迫切需要大力发展机器人自动化产业。服务机器人是机器人发展的主攻方向，受到国内外学术界和产业界的高度重视。近年来，原中型组和人形组中的国际一流研究型大学纷纷加入服务机器人研发制造，使得行业技术得到快速的发展，服务机器服务机器人是集机械、电子、控制、材料、生物医学等多学科交叉的战略性高技术，不仅能应对劳动力成本上升、人口老龄化等问题，而且对于相关技术与产业的发展起着重要的支撑和引领作用。目前，主导全球研发机器人技术的国家主要有美国、日本、德国、韩国、中国，我国目前已经跻身了全世界五大强国之列，但是与美国、日本差距非常大，我国服务机器人研究与市场化生产运作仍处于初级阶段，国内专门研发生产服务机器人的企业少且多半集中于低端市场[1]。服务机器人的市场现状和前景

中国产业调研网发布的2015-2020年中国服务机器人市场现状研究分析与发展趋势预测报告认为：根据国际机器人联盟的数据（表1），2014年，全球专业服务机器人销量22163台，比2013年增加1163台，与2010 年相比翻了一番，销售额达到45.48亿美元，同比增长8.3%;全球个人/家用服务机器人440台，比2013年增加40 台，销售额达到12.05亿美元，同比增长27.2%;2013年，全球国防应用机器人销量8013台，比2012年增加759台；全球医用服务机器人销量1106台，比2012年增加33台。全球家用服务机器人销量224万台，比2012年增加29万台。2014年，我国服务机器人销售额45.56亿元，同比增长34%;2014年中国服务机器人投入使用仅仅少部分是国产的，大部是国外进口机器人。我国服务机器人的主要分布地区主要集中在经济较为发达的环渤海及长三角、珠三角地区，西部地区的应用较少，其分布情况为珠三角地区32.7%，长三角地区29.6%，环渤海地区27.3%，中部地区 8.9%，西部地区1.5%.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[1]。

表1 2014年全球服务机器人效率同比增长率

随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难[2]。国内外的研究现状

中国中国对服务机器人的研究起步很晚，但国家对此非常重视，1986年3月才开始把研究、开发智能机器人的内容已列入国家863高科技发展规划中，从1986年至2009年的20多年中，智能机器人主题在863的旗帜下，团结了近几千人的研究开发队伍，圆满完成各项任务，建成了一批高水平的研究开发基地，造就了一支跨世纪的研究开发队伍，为我国21世纪机器人技术的持续创新发展奠定了基础[3]。我国首台具有国际一流语音交互水平和复杂动作及智能运动控制水平的“美女机器人”,具有仿真的美女外形，服装和发型可以根据应用场合更换。她能够根据工作人员说出的指令，马上完成相应的动作,她能够讲英语、四川方言和唱歌、讲笑话，可以与游客进行语音聊天和知识问答,在移动行走时，她能自动识别途中碰到的障碍物，并做语音提示。目前，我国服务机器人研究技术已跨入世界先进行列，但与日本、美国等国家的技术相比还是有差距的，我国科技工作者正在努力向前，热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的服务型机器人与大家见面。

日本日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，一方面和他们的机器人文化也有关，在日本，有一种“让机器人成为人”的氛围，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化;另一方面，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金，为了攻克更关键的服务机器人技术，日本在2006 年至2010 年间，每年投入1000 万美元用于研发服务机器人[4]。

韩国韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，他们已经把服务型机器人作为国家的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。韩国信息通信部官员表示，虽然韩国的机器人技术起步比美国、日本和欧洲的竞争者要晚，但是有望在未来5～10年内迎头赶上，韩国科学家成功研制出世界上最聪明的类人机器人“Android”，它集众多前沿科技在一身，包括实时数据传输、音像和力觉感应器、高速处理器等，通过它身上装备的音像及力觉感应器可以探测前方物体的运动，能够识别说话声，然后向服务器发送数据，服务器将数据处理后会下达指令给机器人，帮助它与人类以及周围环境进行互动。

欧美美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。专治中风的机器人医生将在密歇根州圣约瑟夫默西奥克兰医院率先上岗，有了这种机器人，医生在任何地方只要利用一台笔记本电脑和互联网，就可以远程遥控机器人为病人提供治疗服务[5]。德国服务机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位：新一代机器人保姆Care-O-Bot3，它既能识别生活用品也能避免误伤主人;它还具有声控或手势控制有自我学习能力，还能听懂语音命令和看懂手势命令。法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平，这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，大力支持服务机器人研究计划，并且建立起一个完整的科学技术体系，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。俄罗斯军方前不久公布的一款战争服务机器人“骡子”，该机器人战斗系统被当作侦察装置使用，负责武器和弹药的运输，并且承担侦察雷区或敌方武器部署的作用，帮助伤员撤离战斗区域和搬运战士遗体[6]。服务机器人的技术发展趋势

服务机器人的开发研究取得了举世瞩目的成果，可以预见，未来10 年内，服务机器人将在医疗、教育、娱乐等领域率先开拓扎根，其发展会逐渐呈现智能化、网络化、人性化、多元化等特点。3.1服务机器人的更高智能化

尽管人们对于人工智能的定义和发展方向仍然没有统一的观点，然而一些已经得到的成果和重点的发展方向大家仍然达到了共识。应用于智能机器人的人工智能技术有着许多诱人的研究课题，新型智能技术的概念和应用研究正酝酿着新的突破[7]。多种方法混合技术、多专家系统技术、机器学习、硬软件一体化和并行分布处理技术都是快速发展的领域。而模仿人脑机理和分布式人工智能可能是最有发展的方向。

3.2服务机器人的网络化

人工智能深入发展，云计算应用深化。在技术层面，智能服务机器人将在人工智能和云计算方面实现进一步突破。人工智能是服务型机器人的“大脑”，实现机器人在非结构化环境下的识别、思考和决策，直接决定了机器人的智慧化程度。目前，全球各大科技巨头在人工智能研究方面持续投入，成为智能服务机器人实现良好人机互动的突破口。云计算是服务型机器人的“平台”，实现与移动互联网海量数据连接的纽带，能够完成实时信息搜索和信息提取，直接决定了机器人的应用延伸拓展水平。当前，采用云技术的智能服务机器人日益增多，未来可能成为服务机器人技术的“标准配置”[8]。

3.3服务机器人的人性化

智能家居融合创新，生态体系构建完善。智能家居以智能终端和家庭网络为基础，以数字娱乐、智能安防、健康服务等典型应用服务为方式，实现舒适、安全、便捷、个性化家庭生活的综合服务平台。智能家居与智能服务机器人对家庭服务具有天然的融合应用基础，未来将实现深度融合创新。在此基础上，手机、可穿戴设备等移动智能终端，机器人等服务主体终端，智能家居等家电智慧化系统，将共同构成家庭服务生态体系，各终端间实现互联互通和协同应用，应用程序将打破单个终端边界，适应整体生态系统，共同服务人们家庭生活的各个方面[8]。日本专家预测，在2013年到2027年之间，智能机器人系统的发展将允许机器人会保留和重复使用以前已获得的技能和技术，人和机器人的交流将变得更加的简单化了。

3.4 人工智能技术的全面应用

各种机器学习算法的出现推动了人工智能的发展，强化学习、蚁群算法、免疫算法等可以用到服务机器人系统中，使其具有类似人的学习能力，以适应日益复杂的、不确定和非结构化的环境。英国科学家研发出首名“机器人科学家”的机器人，这款机器人能独立推理、把理论公式化乃至探索科学知识，堪称人工智能领域一大突破[9]。“机器人科学家”将来可以投身于解开生物学谜题、研发新药、了解宇宙等研究领域。英国的一种具有语言学习能力的类人型机器人即将问世，研究者的目标是：机器人将来能够对语言进行自我学习，以及在社会化环境中向他人学习，并且把这种语言能力转化为自主化学习和处理问题的能力，并且与周围环境互动，将来有可能使机器人掌握更多的自主性能力[10]。

4结论

随着机器人关键技术的不断更新，服务机器人正处于蓬勃的发展状态，相关新产品层出不穷。有机构预测未来服务机器人将像家用电器一样普及，它将大量进入人们的生活，走进千家万户。当然，除了国家政策导向、技术研发，未来服务机器人的成功还将取决于社会对它的承认。服务机器人作为一个具有巨大社会关注度、特色鲜明的高新技术，解决社会劳动问题是其主要实际功能，它是现代制造业与服务业的不可分割的重要组成部分。研究发展服务机器人不仅是未来社会发展的重大机遇，也对提升国家核心竞争力具有重要意义。

参考文献

机器人现状及发展综述 篇2

有着“工业裁缝”之称的焊接在工业生产领域起着举足轻重的作用。近些年来, 随着科学技术的不断发展, 高质量产品的需求量大大地增加了, 同时也对焊接技术提出了更高的要求。传统的手工焊接技术在质量和效率上已经无法满足当今产品生产的需要了, 所以焊接的自动化逐渐为世人所重视起来。焊接机器人近些年来已经发展了三代, 由最初的示教再现式的第一代机器人发展到携带有传感器并且可进行离线编程的第二代机器人, 再到多传感器自动编程的高度自动化的第三代焊接机器人[1], 焊接机器人已经成为焊接自动化的标志。

1 焊接机器人技术研究现状

1.1 焊缝跟踪技术

焊接机器人在执行焊接操作时, 要想得到高质量的焊缝, 周围稳定的焊接环境是其中的一个重要因素。可是对于焊接来说, 整个焊接过程必然受到许多不确定的、时变的因素干扰。例如焊接产生的强烈的弧光, 飞溅, 烟尘以及工件表面状况, 焊接热效应使工件发生变形等因素, 上述这些因素的干扰, 会破坏焊接过程的稳定性, 可能会使焊炬偏离焊缝, 影响焊接质量。因此就要对焊缝进行实时地跟踪, 根据焊接条件的不断变化, 对焊接参数, 焊接路径不断进行实时地调整, 及时地纠正产生的偏差, 满足焊接质量要求。焊缝跟踪技术主要通过电弧传感器感知电弧的实时变化, 采用电弧电压反馈调节机制[2], 对焊炬进行上下左右地调整, 寻找焊缝, 实现焊炬跟随焊缝的自适应控制, 再通过调整焊接工艺参数, 最终实现对焊接质量的控制。另外视觉传感器结合计算机视觉图像处理技术获得了大量信息, 增强了焊接机器人外部适应能力。另一方面, 随着模糊数学与神经网络[2]应用到焊缝跟踪系统, 使焊缝跟踪更加智能化。

1.2 焊接机器人用弧焊电源的研究[3]

在研究焊接机器人的过程中, 对弧焊电源的研究决不可忽略。焊接机器人作为一种电器, 可见作为其动力支持的弧焊电源能够起到多么大的作用。专用弧焊电源电器性能的优良对焊接机器人的使用性能会产生很大的影响, 电器性能良好的专用弧焊电源才能体现出焊接机器人高质高效的特点。近些年弧焊电源技术日趋成熟, 多数通过单片机对晶体管式弧焊逆变器进行控制来充当机器人专用弧焊逆变电源, 能够得到优良的焊接动特性, 保证焊接质量和效率。目前出现了一种采用模糊控制的方式控制焊接电源的模糊控制电源, 该种方法有较强的适应性, 能够满足所焊工件表面不平整, 以及有较大变形的工况下的焊接, 并且能够焊缝熔宽、熔深的一致性, 焊缝成型好, 缺陷少。弧焊电源正在向着数字化的方向发展, 焊接过程将更加稳定, 所受到的影响将进一步减小, 焊接质量也更加能够得到保证, 数字化焊接电源将成为一种发展方向。

1.3 多台焊接机器人与外围设备的协调控制技术

随着焊接机器人越来越多地投入到实际的焊接生产中, 很大程度上提高了生产的质量和效率。但是对于大量的焊接操作以及复杂的焊接结构, 单台焊接机器人工作也会显得效率低下, 力不从心。一方面焊接机器人在工厂中主要是执行批量生产的任务, 这样才能发挥出其高效的优点, 但是生产量过大, 效率提高的也不明显。另一方面, 对于一些复杂的焊接结构来说, 单台机器人无法单次完成焊接, 会存在一些位置达到机器人的奇异点, 机器人手臂无法到达所焊接的位置, 预定焊接路径中存在障碍物, 或者遇到死点无法继续焊接, 只能采用变位机等外部辅助设施才能保证焊接继续进行下去, 但这样对工作效率也会产生极大的影响。这时就需要多台焊接机器人共同完成焊接作业, 例如在焊接一个大型的焊接结构件时, 单台焊接机器人所能焊接的范围较小无法一次焊接, 一次焊接结束后还需要配合变位机等焊接辅助装置再继续施焊, 这就要对经过变位机变位后所焊工件的位置精度有较高的要求, 否则还要对机器人重新进行示教, 这会浪费大量的工时, 增加成本。但是在不同的方位上分别布置一台机器人同时焊接, 既避免了单台机器人的行程限制, 又省去了变位机等焊接辅助, 很大程度上提高了效率。同时机器人不是单独工作的, 还有许多的外围辅助设备, 除了机器人本体外, 还有控制柜、焊接电源、送丝机构、变位机、夹具等。因此在焊接过程中就需要焊接机器人与周边设备, 机器人与机器人之间实现柔性化集成, 能大大地减少辅助时间, 很大程度上提高效率。

1.4 焊接机器人系统仿真技术

焊接机器人是一个多自由度、多连杆空间结构, 我们在研制、试验、设计过程中经常需要对其运动学、动力学性能进行分析以及轨迹规划设计。但是焊接机器人的运动学、动力学十分复杂, 计算难度很大。我们以机械手作为仿真对象, 结合计算机图形学CAD技术以及机器人学理论, 先在三维软件中建立所焊工件的三维模型, 载入到计算机中去, 并且在计算机中生成焊接机器人机械臂, 工作平台等。并且能够动画演示机械臂的模拟行走轨迹, 操作人员可以事先对行走轨迹进行规划, 优势是有很强的直观性。如果路径规划的不合理, 机械臂存在奇异点无法到达, 或者是在运动过程当中遇到一些障碍物, 发生碰撞等在计算机中会及时的反馈出来, 工作人员会及时重新规划路径, 提早解决问题, 提高工作效率。

1.5 遥控焊接技术

焊接机器人的广泛使用除了它的高质量, 高效率受到世人的青睐以外, 它还能代替人类在一些复杂危险的环境下执行焊接任务。操作人员在远离危险的安全位置上, 对焊接机器人及相关设备进行远程控制, 来完成危险环境下的焊接任务。在航空航天, 深海, 核电等领域, 都有了焊接机器人的身影。使焊接技术的应用领域进一步开阔, 但是这一项技术目前还并不是很成熟, 世界多国都在进行深入的研究。

2 焊接机器人发展趋势

2.1 虚拟现实技术

所谓虚拟现实技术[4], 就是对事件的现实性从事件和空间上进行分解后重新组合的技术。虚拟现实技术与焊接机器人技术相结合, 用户可以对焊接过程进行模拟仿真, 查看焊接操作的可行性。用户可以在计算机上生成生产加工的仿真模型, 将工艺过程转化成数字化操作, 再由数字化操作指导实际生产。用户在计算机中就可以模拟机械手焊接的整个过程, 包括机械手的行走轨迹, 行走速度等, 都清晰地展现在用户面前。焊接过程中遇到的问题都会展现出来, 用户可以随时对机械手的姿态, 轨迹进行调整, 并且可以对多个焊接工艺进行比较, 选择出最适合的工艺。

2.2 多传感器信息融合技术

传感器技术应用到焊接机器人技术, 是焊接机器人技术发生了一个质的飞跃。拥有了传感器技术的焊接机器人就像有了一双眼睛, 能够实时感知外界环境, 及时进行调整。相比于早期的焊接机器人, 装配有传感器的机器人更加智能化, 更有效率。随着技术的不断发展, 仅仅拥有单一传感器的焊接机器人已经越来越无法满足实际生产的需要, 就如同人类拥有视觉、听觉、触觉、嗅觉等将外界信息综合处理, 做出最终的判断。焊接机器人也是一样, 由于实际焊接过程中的干扰因素是多方面的, 单一的传感器并不能准确的对周围环境做出判断, 需要多种不同的传感器同时进行工作, 对各自的信息进行综合, 才能对实际环境做出最准确的判断。将多个传感器的信息进行柔性化的集成, 并且将集成后的信息指导焊接机器人工作, 该项技术的不断趋于完善和成熟, 将使焊接机器人的智能化更进一步。

2.3 多智能焊接机器人系统

对于一些复杂的焊接件, 需要多台焊接机器人相互配合, 共同完成相互关联的焊接任务, 最终完成焊接操作。多台焊接机器人工作很容易实现, 但是多台机器人同时完成一个焊接任务时, 需要焊接机器人柔性化地集成起来, 每台机器人分工明确, 协调好各台机器人的工作, 各台机器人的信息交互要流畅, 避免在执行焊接操作任务时发生碰撞等问题, 反而使效率大打折扣, 得不偿失。

2.4 移动机器人

目前投入使用的焊接机器人大多数为固定式或者是单个机械臂, 这在实际的焊接生产中会产生诸多不便。焊接机器人的可达范围收到了很大程度上的制约, 一方面机械臂如果伸出过远, 会导致其刚度有些许的下降, 加之其末端执行器要负载自动焊枪, 致使在焊接过程中会产生轻微的抖动, 容易造成焊接电弧不稳, 保护气体保护效果下降, 这对焊接质量的影响是很大的。另一方面采用多台机器人焊接会增加成本, 并且要保证各机器人之间能够柔性地集成在一起, 这都增加了工作量。移动机器人还有一些问题亟待解决, 如噪音、震动、机器人通讯、运动精度等。如果移动机器人能够得到广泛应用, 将是焊接行业革命性的进步, 将是未来研究的重点与热点。

3 结论

我国科技水平的迅速发展, 极大地带动了制造业的发展。焊接机器人作为制造业升级变型的重要标志已经得到了国家的高度重视, 政府加大政策和资金支持促使焊接机器人得到飞速地发展。随着计算机技术、传感器技术、人工智能技术等的发展, 引进及吸收先进技术和经验, 焊接机器人技术会快速走向成熟, 提升我国的制造业水平。

参考文献

[1]宋金虎.我国焊接机器人的应用于研究现状[J].电焊机.2009, 39 (04) :18-21.

[2]王恩浩.焊接机器人技术现状与发展趋势[J].中国高新技术企业, 2014, (14) :3-4.

[3]杜舜尧, 陈明和, 吴诗语.焊接机器人技术的研究现状与发展趋势[J].装备制造技术, 2015 (08) :50-52.

机器人现状及发展综述 篇3

关键词：除草机器人；机械除草；智能；运动主体；末端执行器

中图分类号：S224.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）05-0037-02

1 除草机器人发展概况

我国是农业大国，80%的人口是农民，人均土地拥有量少，农业机械化、自动化的需求不如发达国家那么迫切，因此，农业机器人的发展相对滞后。目前，我国已经进入人口老龄化时期，加之受城镇化进程的影响，农村劳动力数量大为减少。这使得农业生产成本不断提高，农民的劳动强度越来越大。

目前，我国主要使用化学药剂和人工的方式除草，其特点是劳动强度大、耗时费力、效率低、效果差，除草工作完成后，幼苗仍受不同程度的草害威胁。滥用农药在很大程度上造成农民直接或间接经济损失，如人身中毒、农产品农药残留量超标、环境污染、药害、生物链破坏、农药浪费等。随着人们生活水平的提高，人们开始重视生存环境，对食品安全也越来越关注。长期以来，我国在机械施药技术方面的规范混乱短缺、无章可循，加之广大用户的机械施药技术水平低、安全施药意识淡薄，导致每年因施药不当而中毒伤亡的人数高达10万人左右。同时，由于使用不当，农药大量飘移流失，导致农药有效利用率仅为30%左右，严重污染农业生态环境。

随着科学技术的发展，在大田除草的生产环节上，智能型机器人开始融入其中：从产生到现在，从国外到国内，从图像识别分析到机械手准确定位。目前，发达国家已经广泛开展农业机器人研究。近年来，瑞典、丹麦、荷兰等欧洲国家及美国、日本等相继开展杂草识别和除草机器人的研究。虽然我国对除草机器人的研究刚刚起步，但随着国家对农业机器人重视程度的提高，农业除草机器人的研究领域必将取得重大突破，并在农业生产能力提高方面发挥重要作用。

2 除草机器人技术原理及其重要技术

除草机器人的硬件部分由PC处理机、运动主体、末端执行器、摄像头等组成（见图1）。

在除草机器人的设计中，摄像头的视觉图像分析运动主体的灵活快速响应和末端执行器的指令执行为关键所在。

2.1 除草原理

除草机器人工作原理：在PC处理机内部建立数据库，存储作物生命特征，并作为对照；除草工作时，摄像头沿着作物生长的垄条进行拍摄，并将所拍摄的地貌特征影像输送到PC处理机内进行比对分析，然后快速响应，控制各电器部件完成运动主体的前、后、左、右、上、下移动且与作物保持安全距离，由末端执行器在所经过的区域完成除草工作。

2.2 实施除草的重要技术

2.2.1 视觉图像分析 利用机器视觉导航技术引导除草机器人沿着农作物行自动行走，同时利用机器视觉技术检测农作物行间作物位置。

主要应用方法：1） 基于OCD-ICP的图像配准方法。该方法利用图形学原理，对图像边缘角点候选点集提出4个筛选规则，逐步筛选优化的角点集，并在此基础上利用迭代最近点的方法得到最优配准。2） 基于HSI颜色分量的颜色特征提取方法。该方法结合HSI颜色分量反映物体本质颜色的特点，采用直方图多阈值分类方法量化各HSI颜色分量，组合量化后的颜色分量提取图像颜色特征，对该方法提取的视觉图像颜色特征进行聚类，并对视觉图像进行分割。

大部分方法都是多种原理并用，采用先进的彩色处理技术，基于一定的平台技术。我国的相关技术还有很大的需求和发展空间，国外在这方面的研究比较成熟和先进。

2.2.2 运动主体的准确快速响应和末端执行器的指令执行 除草机器运动主体运送末端执行器在作物间行走除草并绕过作物所在位置。在整个过程中，机器人的图像识别处理能力直接决定作业效果。运动主体及末端执行器的行走路径分别见图2和图3。

主要应用方法：1）在三维软件中建模，然后利用模型在三维软件环境中进行仿真，模拟在不同路面条件下机器人的移动滑移效果，并根据机器人的运动学特性重建出不可测的滑移量。将滑移量传递给控制器参数设计出滑移补偿控制器，并进行三维软件与MATLAB联合仿真。仿真效果表明，该控制器可以有效地补偿滑移效果，改善移动机器人在滑移状态下的控制精度。2）数字图像处理和计算机视觉技术发展十分迅速，广泛地应用于军用和民用领域，是智能机器人获取外部信息和理解世界的重要途径。运动检测与目标跟踪是计算机视觉中两个最重要的应用，也是实现智能化识别及除草的关键技术，借助传感器信息执行部件能够快速安全地到达目标点，并实施除草的动作指令。

3 除草机器人发展趋势

随着信息化时代的到来和设施农业、精确农业的出现，落后的农业生产方式也乘上了“现代化的快车”，而农业的新发展离不开生物工程与信息化。除草机器人融合田间测绘、变量操作和决策支持系统等关键技术，将在现代农业中担当主体角色。

使用除草机器人可以提高劳动生产率，解决劳动力不足问题，改善农业的生产环境，避免农药对人体的伤害。因此，开发高效去除杂草、降低甚至消除生态污染的自动化除草机器人十分必要。从长远来看，除草机器人具有很高的社会、经济、生态效益。

未来，我国农业机器人将会朝着更加智能、准确、高效、绿色的方向发展。农业机器人的发展，特别是除草机器人的发展是我国农业高效产业化的组成部分，会使我国的农业生产发展更加现代化、科学化。

参考文献

[1] 杨晶东，杨敬辉，洪炳镕.移动机器人视觉图像特征提取与匹配算法[J].计算机应用研究，2009（9）：3526-3529.

[2] 侯学贵，陈勇，郭伟.除草机器人田间机器视觉导航[J].农业机械学报，2008，39（3）：106-108.

[3] 陈勇，田磊，郑加强.基于直接施药方法的除草机器人[J].农业机械学报，2005，36（10）：91-93.

群体机器人研究的现状和发展 篇4

关键词：群体机器人系统 通信 协作与控制 冲突

机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的40年内发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。然而就目前的机器人技术水平而言，单机器人在信息的获取、处理及控制能力等方面都是有限的，对于复杂的工作任务及多变的工作环境，单机器人的能力更显不足。于是人们考虑由多个机器人组成的群体系统通过协调、协作来完成单机器人无法或难以完成的工作。群体机器人系统比单机器人系统具有更强的优越性，主要表现在以下几个方面：

・相互协调的n个机器人系统的能力可以远大于一个单机器人系统的n倍，群体机器人系统还可以实现单机器人系统无法实现的复杂任务;

・设计和制造多个简单机器人比单个复杂机器人更容易、成本更低;

・使用群体机器人系统可以大大节约时间，提高效率;

・群体机器人系统的平行性和冗余性可以提高系统的柔性和鲁棒性等。

此外因为群体机器人系统具有空间分布、功能分布、时间分布等特点，利用这些特点可以达到以下目的：

・通过群体机器人系统内在特性提高完成任务的效率;

・通过共享资源(信息、知识等)弥补单机器人能力的不足，扩大完成任务的能力范围;

・利用系统内机器人资源的冗余性提高完成任务的可能性，增加系统的性能。

因此，进行群体机器人系统的研究是机器人技术发展的必然趋势，必将对机器人技术的发展带来划时代的变革。

1 群体机器人研究的主要内容

群体机器人系统的主要研究内容为：群体机器人系统的通信，群体机器人系统的协作与控制，群体机器人系统冲突问题的解决。

根据系统中机器人功能结构的不同，可将群体机器人系统分为同构系统和异构系统。同构系统就是系统中每个机器人的结构相同、功能相同;异构系统中每个机器人的结构和功能不尽相同。对于同构群体机器人系统研究的主要问题是设计正确的控制方案和通信机制，使之能正确完成给定的任务;而对于异构群体机器人系统的研究主要是解决如何在它们之间进行有意识的合作问题，另外还有动作选择问题、通信冲突问题的解决。不论是同构系统还是异构系统的研究对群体机器人系统的研究都起着重要作用，下面以同构系统为主来讨论群体机器人的研究。

1.1 群体机器人系统的通信

群体机器人系统的通信是研究群体机器人系统的基础，由各个个体机器人组成一个群体系统，通信是必不可少的。

群体机器人系统在执行某项任务时，为了实现协调与合作，个体机器人的传感器必须提供足够的环境描述信息和其他机器人的信息，因此机器人个体之间或者上层控制和下层合作之间的通信是必要的。机器人之间的通信方式主要有两种，即直接通信和间接通信。直接通信要求发送和接收信息能保持一致性，因此机器人之间需要一种通信协议，而且直接通信时发送方和接收方必须同时在线，间接通信没有此项要求。一般来说，直接通信存在于有智能的机器人之间，而间接通信存在的范围就比较大，如个体和个体通信、个体和群体通信、个体和环境通信等。目前，大部分关于群体机器人的通信主要采用广播的方式，即个体机器人将自己的位置和传感器信息以及自己从事的工作信息广播出去，其他个体机器人可以按自己的`需要选择信息，或主控机器人通过广播分配任务等。

通信方式的选择是保证通信的有效性和实时性的基本要求，在实际应用中根据机器人的结构和任务要求来选择，目前群体机器人的通信还存在许多瓶颈问题，如机器人数目增加时，通信速度和效率将下降。

1.2 群体机器人系统的协作与控制

机器人之间的协作与控制问题属于群体机器人系统中的高级控制任务，是研究群体机器人系统的关键技术。

机器人群体系统是由机器人个体按照一定关系联系起来，并具有自我调整的功能，系统中机器人个体和机器人群体都要协作动作，以实现机器人群体的功能。借鉴组织行为学的理论，群体机器人系统研究对象包括机器人个体、机器人群体两个层次，即机器人个体行为和机器人群体行为。机器人个体行为主要包括机器人个体对环境的感知、学习、响应以及自适应动作的协调。机器人个体控制系统是实现个体行为的基础，机器人个体控制系统要求能使个体表现出较强的协作性和自主性。协作性是指机器人能协调合作的能力;自主性是指机器人具有一定的自主能力、能感知环境的变化并能作用于环境。系统的协调行为在很大程度上依赖于如何处理机器人的自主和协作之间的关系;机器人群体行为是机器人个体行为的合成，典型的群体行为研究有集中行为、分散行为和编队行为等。根据机器人群体结构分布的不同相应的控制结构也不同，可分为集中式和分布式两

种。集中式控制由一个机器人或者PC机对任务进行调协规划并集中调度;分散式控制中任务分配是通过机器人之间的交互来实现的，每个机器人基于自己的传感器信息和内部状态规划各自的行为，通过协商等手段消解冲突。

为研究机器人群体的协作机制，以提高群体的协作能力，目前多采用下述控制机制，包括：

(1)基于信息资源库共享;

(2)基于传感器信息共享的控制：依靠通信装置，每个机器人上的传感器不再是私有享用，其他机器人通过通信也可享用;

(3)基于资源竞争规则的调度机制：资源包括作业空间、作业顺序、作业工具等，该控制策略最基本的目标是解决死锁问题;

(4)基于任务与能量最佳匹配原则的动态组成、重构控制;

(5)并行规划算法。

1.3 群体机器人系统冲突的解决

在群体机器人系统中还有一个很重要的问题就是系统中冲突问题的解决。在群体机器人系统中冲突的形式是多种多样的，主要有任务冲突、路径冲突和空间冲突等。群体机器人系统中的冲突很容易造成系统的混乱，严重影响了系统的总体性能。解决冲突除了要有合理的控制结构和通信方式外，也需要相应的解决策略。在群体机器人系统中，每个机器人都把其他机器人当作障碍物来处理，并通过传感器探测障碍物的有无。同时机器人也根据定期接收到的信息来处理传感器的不确定性，并区分机器人障碍物和非机器人障碍物，由此选择不同的处理方法。群体机器人系统冲突问题的解决办法有很多，最直接的方法是采用集中控制器来决定所有机器人的无冲突路径，但是这种方法在实用性方面具有一定的缺陷。另一种方法是主从控制法，在冲突的机器人中有一个作为主控，指挥别的机器人以解决冲突问题。

道路通行能力研究现状与发展综述 篇5

张亚平，裴玉龙

（哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090）摘要:道路通行能力分析与交通量适应性分析，作为道路交通建设的一项基础性工作，主要用于确定公路建设的合理规模及合理建设模式，也是公路网规划，公路工程可行性研究、道路设计、公路建设后评估等的重要理论依据。介绍了国内外有关道路通行能力的研究现状，提出了通行能力研究的攻关目标和需要解决的关键技术，探讨了道路通行能力研究的发展方向，并指出了目前中国道路通行能力研究存在的问题与不足。

关键词:道路、通行能力、现状、发展趋势

Traffic capacity research situation and development thinking Abstract:Road traffic capacity and traffic adaptability analysis, as a basic task of the construction of road traffic, is mainly used to determine the reasonable scale of highway construction and reasonable construction pattern, and road network planning, highway engineering feasibility study, road design, road construction after evaluation, etc.The important theory basis.Introduced the research status of traffic capacity at home and abroad, puts forward the research target of capacity research and the need to solve the key technology, the development direction of traffic capacity were discussed, and points out the problems existing in the current research of China road traffic capacity and insufficient.Key words:Road, traffic capacity, the present situation and development trend

交通运输无论是过去、现在和将来，都是人类进步的重要物质基础。随着改革开放的深化,中国的国民经济实力不断增强,交通运输也得到空前迅猛发展.截止2000年底，中国公路总里程为1.4×106km，高速公路1.6×104km，仅次于美国、加拿大，居世界第三位。根据交通部“十五”计划和2020年长远规划，在最近的十多年间，中国的公路里程还将大幅度增加，到2010年和2020年，中国公路通车里程将分别达到1.8×106km和2.3×106km，其中，高速公路分别达到3.5×104km和5.5×104km，二级以上公路比重达到20%和25%。高速公路建设投资巨大，每公里造价高达2000~5000万元，建造一座普通立体交叉口需投资200~1000万元左右。而道路基础设施建设的主要决策依据为预测交通量及道路设施的通行能力。由于中国目前还没有科学的通行能力分析方法与标准体系，道路设施通行能力的分 析不够准确。导致公路建设标准过高或平行建设，以致建设资金超前投入而造成巨额经济损失。此外，由于对某些已有道路或交叉口的通行能力估计过高，使得在交通严重阻塞时仍得不到改建，或在建成后不久就产生严重交通阻塞而影响公路运输效率，造成巨大经济损失。因此，合理确定公路建设的规模和标准，将是公路建设中成本控制的关键，而确定公路建设规模与标准和设计总体方案的重要依据之一便是道路通行能力。

作为道路交通建设的一项基础性工作，通行能力分析与交通量适应性分析，不仅可以确定公路建设的合理规模及合理建设模式，还可为公路网规划、公路工程可行性研究、公路设计、公路建设后评估等方面提供更为科学的理论依据。“国内外研究概况

1.1 国外研究概况

道路通行能力研究始于美国，从20世纪40年代起，尤其是二次世界大战结束以后，美国加速建成了全国公路网，并对公路的规划、设计、修建养护及营运管理中出现的问题，开始道路通行能力研究。1950年美国交通研究委员会（TRB）出版了《道路通行能力手册》（简称HCM）第一版，随后于1965年修订出版了第二版HCM。1985年第三版 HCM问世。与前两版相比，第三版除详细论述了公路与城市道路的通行能力外，又增加了分析高速公路、自行车道、人行道和无信号交叉口等交通设施通行能力的内容。随着时间的推移，车辆拥有量、交通条例和交通行为均发生了变化，美国的道路通行能力手册仍在继续修订中。1994和1997年又先后对第三版进行了修订。2001年又再次修订出版了新的HCM（命名为HCM2000）,并以车流密度作为评定道路服务水平等级的主要影响因素。事实上!随着交通运输业的飞速发展，道路通行能力的标准一直在不断地进行调整，通行能力的指标也在不断提高。如早期版本的HCM 将高速公路通行能力标准定为1400veh/h/ln，1985年版才定为2000veh/h/ln。而国外有关专家通过对最新的观测结果分析后建议，高速公路的通行能力应较原建议值2000veh/h/ln高200~300veh/h，并认为随着车辆性能的不断提高，道路设施的逐步完善，高速公路的通行能力标准宜作相应的调整。加拿大、法国等西方国家已采纳这一建议，美国1994年版HCM 也已将新的标准提高到2200~2300veh/h/ln。

继美国之后，许多西方发达国家如英国、法国、德国、瑞典、加拿大、澳大利亚、日本等国，均根据本国实情组织专门研究队伍开展了这方面的实地调研，编制出版各自的HCM 手册。如1977年，瑞典出版了《瑞典通行能力手册》；1984年加拿大出版了《加拿大信号交叉口通行能力规程》；1986年日本出版了《道路通行能力》1994年，德国出版了《道路通行能力手册》（HBS）。20世纪80~90年代初，一些发展中国家如印度、巴西、印度尼西亚、韩国、马来西亚等国也在各国政府的支持下，对道路通行能力进行研究，编制出适合各自国情的通行能力手册。

随着通行能力研究的深入开展，国与国之间的学术交流也在不断加强。1990年在德国召开了第一届国际道路通行能力研讨会。1994年在澳大利亚举办了第二届国际道路通行能力研讨会，参加该会议的有18个国家，从16个国家中选出了49篇论文出版了论文集，并且有16个国家及世界银行对各自的研究情况进行了报告。1998年在丹麦召开了第三届公路通行能力国际研讨会。同年10月，交通部公路科学研究所和东南大学在南京联合举办了道路通行能力国际研讨会，来自德

国、美国、瑞典等国及国内一些科研院所的专家学者出席了会议。会议对道路通行能力问题进行了专题讲座，并出版了论文集。

1.2 国内研究现状

中国目前的交通状况类似于美国的四五十年代，汽车数量急剧增加!公路建设方兴未艾。但长期以来，由于中国对道路通行能力的研究尚未形成统一系统的方法，缺少适合中国国情的参数、模式和通行能力分析体系，中国通行能力的研究一直是一个薄弱环节。《公路工程技术标准》中所采用的通行能力，基本上沿用了国外的一些研究成果，不能反映中国道路交通的实际运行特性。中国目前的交通组成、管理方式等方面与国外有着明显的差别，国外的研究成果并不能适合中国的国情，不能一味照搬。因此，制定一套适合中国国情的道路通行能力指标体系已刻不容缓。

20世纪80年代以来，国内一些研究单位在引进国外（特别是美国）有关通行能力的研究方法及内容的同时，又对适合中国国情的通行能力及服务水平等方面进行了一些局部性研究，如北京、上海、广东、江西等省市的有关交通科研部门于80年代中期分别开展了混合交通双向双车道公路研究等工作。但这些研究并未纳入统一规划的轨道，未能形成通行能力的理论核心与框架，因此，有必要对中国道路通行能力进行全面系统的研究，形成适合中国国情的通行能力研究方法和指标体系，这己成为中国道路交通领域的决策者和专家们的共识。为此，国家计委于1996年批准立项“国道主干线设计集成系统开发与研究”项目,并由交通部公路科研所、交通部规划设计院、东南大学和北京工业大学四家联合河北、河南、北京、新疆、辽宁和广东等六省市科研设计单位组成联合攻关课题组进行“公路通行能力”专题研究；作为该课题的支撑项目，广东省交通科研所联合长沙交通学院进行“经济发达地区公路交通运行特性和通行能力研究”；辽宁省勘测设计院联合哈尔滨工业大学交通科学与工程学院开展“寒冷地区公路路段交通运行特性和通行能力研究”由河北省交通规划设计院、河南省交通科学技术研究所共同承担，瑞典公路局作为国际咨询专家单位参与的世界银行贷款项目“道路通行能力研究”，则主要针对除高速公路以外的公路路段和交叉口，进行通行能力分析。上述课题均已通过课题鉴定，其研究成果总体达到国际先进水平。目前，有关部门正在组织出版适于中国国情的道路通行能力手册。与此同时，吉林省交通科研所也联合哈尔滨工业大学交通科学与工程学院开展“高等级公路通行能力与运营管理研究”，并于2001年11月顺利通过了专家鉴定$其取得的研究成果已部分应用于交通运营与管理实践中，成效显著。

2、通行能力研究的关键技术和攻关目标

2.1 攻关目标

公路通行能力研究的最终目标是提出适合中国公路交通状况的公路通行能力分析方法、公路通行能力分析指南及其相关计算机软件系统，为有关部门进行公路规划、设计、交通控制与管理及工程可行性研究提供依据。其具体攻关目标如下：

（1）提出中国交通流的运行特性、速度与流量的关系模型以及在不同公路交通

条件下各车型的当量换算方法。

（2）提出高速公路和混合交通二、三级公路的通行能力、服务水平建议值以及

相应的分析方法、数学和计算机分析软件。

（3）提出各种常见类型公路交叉口、匝道’收费站的通行能力建议值以及相应的分析方法、数学模型和计算机分析软件。

（4）编制适合中国国情同时又能与国际接轨的公路通行能力分析指南或手册。

2.2 关键技术

根据上述攻关目标要求及中国公路交通的实际运行状况，通行能力研究中目前主要应解决的关键技术有：

（1）交通流参数采集’数据结构标准化及处理技术；

（2）交通流运行特性模拟技术及模拟模型；

（3）车型当量换算方法及其分析模型；

（4）交通流三参数关系模型及其建模技术；

（5）高速公路通行能力分析模型及其建模技术；

（6）双车道公路通行能力分析及其建模技术；

（7）交叉口通行能力分析及其模拟模型。

通行能力研究涉及交通工程学’道路工程学、心理学、运输经济学、计算机模拟、系统工程学等学科，交叉性较强。系统分析方法在通行能力研究中起着关键的作用。从观测点的分布、实测抽样、计算机模拟分析到通行能力分析、修正、验证、都必须坚持以“系统分析方法为指导”的指导思想，使所编制的公路通行能力手册更科学、更合理，以满足中国近期公路设施建设及远期公路交通现代化管理的需要。道路通行能力研究的发展方向

随着计算机技术的迅猛发展，以计算机为辅助工具，利用其可重复性、可延续性模拟交通运行状况进行道路通行能力分析研究，对于再现复杂交通环境条件下的车流运行特征，弥补观测数据不足，解决交通流车速—流量关系曲线的外延问题等都有着其它方法和手段无可比拟的优势。因此，通过计算机集成和优化，采用模拟预测和实时仿真系统进行分析研究将是通行能力研究的未来发展方向。目前国际上较为流行的四套模拟软件分别是：美国的HCS系统，它与1994年版HCM手册相配套，用于各种交通设施下的交通运行分析；澳大利亚ARRB开发的SIDRA系统，主要适用于各类交叉口的运行分析；瑞典公路局的CAPCAL系统和荷兰公路局的PTDESGN软件，分别为交叉口和环岛的交通模拟模型。其中，以美国的HCS系统应用最为普及，也最具权威。HCS由美国交通运输研究委员会（TRB）研制开发，与HCM 配套使用。该软件由交叉口、干道、公路网等模块组成。数据输入包括交通设施几何参数（车道数和车道宽度等）及交通和道路条件（交通流量、自由流速度、地形条件、道路等级、横向干扰、重车混入率等）；输出结果为各种交通设施通行能力及其相应服务水平和相关图表。硬件配置要求：486以上微机；操作系统：WINDOWS95/NT；硬盘：16MB；显示器：EGA/VGA。HCS系统软件为美国道路运输与交通工程设计、规划与控制提供了良好的服务，发挥了巨大的效用。目前，中国道路交通部门也正在加紧研究和开发适合中国国情的相关模拟软件系统，力争使中国的通行能力研究与国际接轨。

此外，随着道路交通运输的发展，道路通行能力研究理论也在不断丰富和发展。其中，交通流理论的发展和完善体现了其研究的深度和广度。国外在这方面的研究较为深入。如欧美交通工程学者Navin和Hall在20世纪80年代末期首次提出尖

点突变理论解释交通流行为，并建立了相应的突变理论模型，应用于加拿大安大略省哈密尔顿市的伊丽莎白女王大道实测的交通流数据进行验证。实验结果表明”突变理论从三维空间角度解释交通流三参数关系，能够弥补传统的二维平面分析交通流三参数的一些不足之处，突变理论在交通流的应用研究目前仍在不断完善中。中国有关学者也在这方面开展了相应的理论和应用研究。存在的问题与不足

与国外相比，中国交通界在道路通行能力研究方面还存在较大差距，其问题与不足之处主要是：

（1）缺乏成熟的通行能力分析系统软件

到目前为止，还没有成熟的道路通行能力系统分析软件，与国外先进的通行能力分析软件如美国HCS系统相比，在交通模拟与仿真技术方面还不够成熟，且各研究单位各自为政，缺乏联合攻关与合作。

（2）缺乏系统的通行能力指标体系

通行能力研究缺乏系统性，本文1.2节中提到的“公路通行能力研究”项目仅是对公路进行了较为系统的研究，而对于城市道路却缺乏系统性研究。《城市道路设计规范》中有关通行能力指标体系中有些指标与目前城市交通建设飞速发展的步伐已不相适应，需要进行相应调整。因此，即使编制出版了公路通行能力手册或指南，也仍然有所缺憾，无法象美国HCM 那样系统和权威。当然，这与中国交通建设管理体制有关。在中国，公路建、管、养隶属交通部，而城市道路建、管、养隶属建设部。由于部门之间管辖范围和权力有限，这就导致道路通行能力的研究难以真正协调和发展。因此，要求各研究单位部门在有关领导部门的大力支持下联合开展攻关，使中国道路通行能力研究真正实现与国际接轨。

（3）基于ITS的通行能力分析体系亟待研究

机器人现状及发展综述 篇6

作者：李震

一、前言：从世界的角度，我国是世界三大美食王国之一(中国、土耳其、法国)，从国内角度看，我国具有各具地方特色的八大菜系，但中式快餐至今还未跨出国门，甚至在我国本土就输给了洋快餐。作者预通过自己对中式快餐的深入研究挖掘中式快餐的不足之处，并结合自身文化特点，设计相应的应对策略。为把我国中式快餐推向国际，成为21世纪世界上一支充满生机活力的快餐生力军。目前已有很多学者对中式快餐的局限性进行多方面的分析，分析的侧重点有所不同，但最大的不足就在于并没有提出行之有效的、具有针对性的应对策略。本文是作者在阅读了大量的文献材料，对国内外学者的分析观点加以比较剖析。旨在研究“中式快餐存在问题与应对策略”这一课题现状，总结出中式快餐目前存在的问题，并通过分析、比较挖掘不同策略观点间的可信性，为使中式快餐能在竞争激烈的快餐行业中脱颖而出。

二、中式快餐发展现状研究

麦肯锡咨询顾问们就美国本土餐饮业状况在2005年所作的《快餐之战》中提出的：美国的餐饮市场总营业额为4000亿美元，快餐连锁店和全套服务式餐饮店占餐饮业营业额的比例为60%，预计从现在起到2010年美国餐饮业收入的年增长率上限为2%。根据国家统计局发布的数据，2004年，我国全社会餐饮业实现营业额7486亿元，比上年增长21.6%，净增1330亿元；根据初步测算，全国快餐连锁经营网点全国快餐连锁经营网点100多万个，年营业额可达1500亿元，将分别占到餐饮业的22%和20%左右。在对两组数据进行比较我们不难得出美国2004年快餐营业额为我国的4倍，再考虑美国人口（截止2004年7月1日为2.94亿）和中国人口（2005年1月6日为中国13亿人口日）之间的数量悬殊，不难看出我国的人均餐饮业消费几乎只有美国的1/20。美国的快餐营业额占餐饮业半壁以上的江山60%，而我国快餐业从网点数到营业额均只占餐饮全行业的20%左右。美国2%之下的餐饮业预测增长率和我国去年21.6%的餐饮业实际增长率相比是十倍的差距。由此可见我国的餐饮业市场规模仍有很大的拓展空间和发展潜力。同时我国的经济体制和增长方式不断改善，工业化、城市化和现代化进程日趋加快。这些都说明中式快餐发展遇到了前所未有的良好时机。据国家统计局发布，2004年，我国全社会餐饮业实现营业额7486亿元，比上年增长21.6%；全国餐饮网点超过400万个，从业人员达到2000多万，行业发展速度持续地以较大幅度增长，对国民经济的贡献率不断提高。据初步测算，全国快餐连锁经营网点100多万个，年营业额可达1500亿元，将分别占到餐饮业的22%和20%左右，快餐行业规模继续扩大。从餐饮业年度百强企业统计调查情况看，快餐企业在餐饮百强企业中占居三分天下: 2001年度的餐饮百强企业中快餐企业入围12家，营业额占30.1%；2003年度餐饮百强企业中快餐18家，营业额占33.29%（《中国快餐发展形势分析报告》）。同时在从2005年10月中国餐饮业博览会上获悉：据商务部统计显示，2004年中国前100名餐饮企业中，以经营快餐为主的企业达到31家，营业额272.79亿元，营业额占百强营业额的45.66%。经过多年的发展，我国快餐业快速增长，市场份额不断扩大，已占据餐饮市场45%份额。我国许多官方统计数据中主要是从纵向对比，即在同一地域不同时期间的对比。这主要反映了我国中式快餐的增长速度、增长趋势。而外国学者则是从横向进行对比，既在同一时期不同地域间的对比，这一比率表面上反映了快餐业所处餐饮行业中的地位与重要性。而从另一个角度也反映了我国快餐业发展的潜力仍然巨大。

三、中式快餐存在问题研究现状

虽然目前中国的马兰拉面、上海新亚大包、深圳面点王、江苏大娘水饺、广州桂林人、丽华快餐等本土中式快餐应用现代的经营管理方式在中国已开辟出自己的一片天地。当从总体上来说中式快餐仍处于传统的小作坊式的经营模式。据不完全统计，在连锁店的数量上，中式快餐与洋快餐已有抗争之势。但在营业额方面，中方还有很大的劣势。具国家统计局2003年统计数据显示：国内每间麦当劳平均一年的营业额为1624万人民币，而中式快餐营业额只是麦当劳的1/160，即全国40万个网点营业额，总和才使麦当劳2.3万个网点的营业额的1/9。中式快餐现状令人担忧。

中式快餐存在着很大的不足与缺陷。从我国贸局服务消费司等国家相关部门在中国快餐业发展研讨会和《中国快餐发展形势分析报告》中均提出了中式快餐存在的问题，主要是站在国家的高度、从宏观的角度提出的，认为社会投入减少、行业发展需要升温；行业协会、行业组织未发挥作用。其实这属于国家调控范畴，是快餐企业所不可控因素，是中式快餐发展现状（存在问题）的结果，并不是制约中式快餐发展的直接原因。相比之下，行业人士对中式快餐问题分析更具现实性。认为中式快餐缺乏现代的经营管理理念，在食品卫生、店面环境、服务态度三方面中的一方面或多方面不能做到消费者满意，这使中式快餐难以吸引消费者。管理与人员培训体系薄弱，这是达到食品卫生、店面环境清洁、服务周到热情的保证，正所谓无规矩不成方圆，无管理不成方圆。在武汉举行的第四届全国烹饪大赛上，有关专家、名厨纷纷指出：标准化、工业化是中国快餐业发展的必由之路。在这一点上无论是国家部门还是行业人士、学者个人都是表示一致的观点，快餐是以快速便餐为特征，就是要快、大众化、便宜，因此认为快餐就是要标准化，快餐就是要产业化。同时也提出中式快餐在店面扩充上缺乏新思路，仍然停留在原始的自主经营、家族式扩充的模式，这使中式快餐难以形成规模与洋快餐进行竞争。

四、中式快餐应对策略研究现状

在对中式快餐出谋划策中可谓万众一心，首先提出了要实现标准化、工业化、产业化、规模化、科学化，同时又要结合我国重视快餐本身优势，即价格低、品种多、营养丰富等，打造具有我国特色的快餐航母。树立现代的经营理念，这是影响中式快餐发展壮大的基础因素，只有有了现代经营的意识才会促使我们去学习、去改进。注重企业形象宣传、品牌打造。谁能说出可口可乐和百事可乐的口味差别到底在哪里，品牌成为区别于竞争对手的关键，同时也成为与对手竞争的利器。政府应制定相关政策吸引行业投资、加强行业联盟，国家的推动、扶持将给中式快餐带来更好的前景。

在具体方法上却是各有不同。在《中国快餐发展形势分析报告》中认为中式快餐应坚持大众基本消费的市场定位，即坚持低价位、多品种、以广大群众为目标群体。而在《食品营销》一书中对马兰拉面成功实例进行剖析总结认为错位经营的策略更有利于中式快餐企业的发展，避免像荣华鸡、红高粱那样因为盲目向洋快餐挑战而造成失败。这是两者在目标市场定位上的不同。而在标准化手段的执行上也存在两种不同观点，一种认为应该适度工业化与产品标准化、管理规范化相结合（王建中 《中式快餐发展的契机与尚待解决的问题》）。他认为发展中式快餐不能不搞工业化生产，但也不能丢掉中式烹饪的特点-“手艺”生产，丢掉“手艺”生产就没有我们的优势。同时也有很多人提出发挥自己多品种优势，继续沿用多品种战略，因为品种多不仅能满足不同消费者的不同需求，也能使中式快餐更富有营养。但一旦品种多了就难以对每样产品实行标准化，机器和手艺是一对矛盾。在陈祝平的《餐饮策划与案例》中对我国“全聚德”烤鸭进行了深入的研究调查，其公司内部已基本实现标准化。因为

“全聚德”以生产烤鸭为主打产品，产品较为单一，内部实行流水线生产方式，每一流程时间计算精确，这一标准化使“全聚德”更具竞争力。

目前研究主要是从宏观上提出了一些理论性的观点。在实践上，我们从以上两方面的分歧看出了目前社会上对该课题研究的不足之处，在目标市场的确定上缺乏指导作用，在如何标准化上仍然缺乏现实操作性。

五、中式快餐业如何才能突出重围

机器人现状及发展综述 篇7

自从20世纪50年代以来,以美国、德国、日本为主的世界工业强国,陆续开始在工业生产线上应用简单的工业机器人设备,目的是节省人力成本和提升生产效率,经过半个多世纪的发展,随着自动化技术、传感器技术、计算机技术、机械制造技术的迅速发展,目前这些国家已经建立起了完整的工业机器人产业体系,并在工业机器人键技术领域取得了领先优势。特别是在新一轮的科技革命和全球化竞争背景下,各国纷纷将机器人产业提升到国家战略层面,加大扶持力度,力争继续在工业机器人核心技术领域保持领先地位。

21世纪以来,我国人口结构逐步老龄化,劳动力成本快速上升,我国制造业长期以来依赖的人口红利逐渐消失。同时,随着全球化进程的不断推进,印度、越南等国家的制造业也开始崛起,我国人力成本相对这些国家已经不再具备优势,因此,我国制造业面临巨大的产业升级压力,为了保持我国制造业的优势地位,建立先进的、新型的制造体系迫在眉睫,面对新形势,制造业面临的挑战和机遇并存,可以预见,工业机器人必将成为我国制造业升级的重要依据力量,因此,研究工业机器人产业的技术和产业情况具有重要的研究意义。

二、工业机器人的关键技术发展趋势

机器人学是一门典型的交叉学科,工业机器人是一种集成了各领域技术的高科技机电一体化产品,设计制造工业机器人需要运用自动化控制技术、计算机技术、传感器技术、人工智能技术、机械工程技术、电子技术、通信技术、新材料技术、新能源技术、仿生技术等等。工业机器人关键技术的涵盖面非常广泛,本文选取了几种具有代表性的关键技术的发展方向。

(一)新材料技术。

很多工业机器人的零部件应具有高耐磨性以及高刚性才能保证其高精度,因此,对制造材料具有很高的要求,尤其是体现在对材料化学元、含量、金相组织控制,以及超常规热处理工艺方面[2]。

(二)人工智能技术。

工业机器人的智能化、拟人化作业能力也应加强,以满足工业机器在生产流水线的应用需要,这将是机器人的又一发展方向。人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法和技术,但是,目前科学家仍然无法完全掌握人脑的运行机制,从而也无法设计出具备高智能的工业机器人。

(三)新型伺服器技术。

伺服器是工业机器人的关键技术之一,伺服器能够根据变化的目标物体,精准地控制机器人的下一步动作,伺服器性能的优劣,关系到整个机器人的质量优劣。

(四)新型减速器技术。

随着工业机器人技术向高精度、高响应速度、高稳定性方向发展,现有的减速器已经不能满足发展要求,研究新型减速器技术势在必行。况且,我国现有减速器技术本身就落发达工业国家,因此,在该领域还有很大发展空间。

(五)新型控制器技术。

随着工业机器人复杂度的提高,采用单CPU芯片的硬件架构和基于传统算法的软件架构逐渐不能满足要求,工业机器人的控制器技术逐渐向多CPU、并行化发展,算法逐渐向人工智能方向发展。

三、工业机器人的产业应用现状举例

工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。下文例举了几种目前市场需求量较大的工业机器人。

(一)焊接机器人。

由于焊接工作产生的有毒烟气和辐射,因此,大型工厂多采用焊接机器人来从事焊接作用,其主要工作原理是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊(割)枪的,使之能进行焊接,切割,焊接机器人适用于机电设备整机及零部件的点焊作业,其优点包括:稳定和提高焊接质量,保证其均一性;提高生产率,一天可24小时连续生产;改善工人劳动条件,可在有害环境下长期工作;降低对工人操作技术的要求;缩短产品改型换代的周期,减少相应的投资设备;可实现批量产品焊接自动化;节省地面空间[2]。

(二)装配机器人。

由于现代化工厂中的生产流水线的速度和精度要求越来越高,传统的人工操作越来越不能满足要求,装配机器人主要用于工业流水线中产品的组装,一次投资可使用多年,可以大大节省人力成本,提高生产效率。

(三)搬运机器人。

传统的搬运工作采用人工搬运或者叉车,吊机等。搬运机器人是一种可以实现重负载的工业机器人,拥有速度快、精度高、24小时作业等优势。

(四)材料加工机器人。

材料加工机器人具有广泛的功能,包括:切割、打磨、抛光等加工应用。还可以适合加工多种类型的材料,如:铜、铁、铝合金、玻璃钢、木材、有机树脂等等。

(五)喷涂机器人。

喷涂机器人包括全方位的喷涂和涂装机器人,为制造业客户提供一个完整的涂装自动化解决方案。工业喷涂机器人的优点包括:更大的灵活性,从固定的自动化;通过机器人视觉减少到最小的错误;具有高速性能的最大化吞吐量;超长的系统运行时间[2]。

四、结语

本文对工业机器人关键技术的发展趋势作了简要介绍,例举了工业机器人关键技术的一些代表性发展方向,同时,介绍了工业机器人产业应用的情况。希望能够对从事工业机器人生产、设计、销售的从业者和工业机器人教学科研人员起到参考作用。

我国政府历来十分重视工业机器人的发展,2016年发布的《机器人产业发展规划(2016~2020年)》中明确指出:“十三五”时期是我国机器人产业发展的关键时期,应该把握国际机器人产业发展趋势,整合资源,制定对策,抓住机遇,营造良好发展环境,打造机器人全产业链竞争能力,促进我国机器人产业实现持续健康快速发展,形成具有中国特色的机器人产业体系,为制造强国建设打下坚实基础[3]。

全球经济调整和我国的人口老龄化趋势给我国经济发展带来挑战的同时,也给我国工业机器人技术和产业的发展创造了机遇,目前,随着产业结构的调整升级和劳动力的成本快速上升,工业机器人早已不再是科研院所的实验品,已经大量应用于我国工业实际生产当中,相信以我国人民的聪明才智和顽强奋斗的精神,我国的工业机器人关键技术技术和产业必将获得极大发展,甚至在国际舞台上占领战略领先优势。

摘要：随着经济全球化进程的推进和我国人口逐步老龄化,工业机器人已经逐渐成为我国工业生产中的重要装备。工业机器人作为一种典型的复合型高科技产品,其发展水平不但反映了国家工业水平的高低,也将影响国家工业的发展和盛衰。本文简要分析了工业机器人关键技术发展趋势和工业机器人的产业应用,希望能为读者构建工业机器人产业发展现况的基础认识。

关键词：工业机器人,关键技术,产业应用

参考文献

[1]李团结.机器人技术[M].北京:电子工业出版社,2009:16~17

[2]上海发那科公司.应用方案[EB/OL].[2016-6-1].http://www.shanghai-fanuc.com.cn/

[3]工信部,国家发改委,财政部.机器人产业发展规划(2016~2020年)[R].2016,3:1~3

[4]骆敏舟,工业机器人的技术发展及其应用[J].机械制造与自动化,2015,44(1):1

机器人现状及发展综述 篇8

[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。