我国机器人发展战略之我见
一、机器人在教育领域的应用
作为一名职业学校的机械专业老师，我认为在日常教学中可以使用许多辅助教学的机器人，智能化是信息化发展的潮流，机器人又是同学们的最爱，而把适合于学生学习掌握的智能机器人引入教学中，不仅能够打破课堂上单一的学习软件使用与操作的现状，更是丰富了教学内容、拓展教学手段。譬如，在理论教学中，我们可以设计和开发像iPhone手机中的Siri功能一样的智能机器人老师，学生可以在课堂上进行自主学习，通过对Siri的提问和查找资料，完成学习任务，最终再通过智能机器人老师的考核，达到学习目标。如果研发出智能机器人老师，我觉得首先将会大大减少一个老师带四五十个学生这种效率不高的传统教学方式的压力，其次教师可以从大局上把握教学过程的控制，导入教学和教学过程皆可以由学生自主的借助智能机器人老师完成，这样也可以培养学生学习的独立性。
在职业学校实习教学中，教师既要进行讲解还要在机床上进行示范操作，由于学生人数众多，不能保证所有学生都能清晰的看到教师的示范操作，如果能够设计出代替教师示范的机器人，就可以让多个机器人站在多台机床边，让他们按照教师的要求示范，教师则负责讲述，这样就可以让学生全方位观察机床的使用操作。在机械加工的安全教学问题上，如果有了机器人，可以创造一种实验场所，把一些在生产中会出现的安全问题，让机器人代替我们进行一些破坏性的实验，而让学生亲自观看试验情况，这会对学生在安全生产中有很大的警示作用，必然比口头强调的效果更为突出。
任何事物的出现，都必然有优点和缺点。所以也要意识到在教学中引入智能机器人要注意“度”的把握，智能机器人老师不可以代替人类老师，因为毕竟没有达到真正人类老师的智能化程度，所以在引入智能机器人老师教学的初级阶段，仍然要把他当做为一种教学工具，不能完全代替教师，只能代替教师完成简单和重复的教学环节，不可再重复建构主义的路途。
此外，本人认为智能化机器人将会在未来社会发展成为一种潮流和趋势，这种趋势是必然的，而到那个时候，各行各业都会因为智能机器人的出现而出现变
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革，如同计算机和网络改变人类生活和生产一样，智能机器人则是下一个神话的缔造者。识时务者为俊杰，作为教师的我们应该有这种长远的眼光，今后一定要努力创造和紧紧把握接触学习机器人知识的机会! 根据当前服务机器人的发展热点，选择了教育机器人、医疗机器人和家庭清洁机器人三大子领域，简要介绍国内外主要厂商及代表产品。
教育机器人主要是应用于机器人竞赛和课堂教学。国内外教育机器人的设计与应用活动丰富多彩。目前, 全球每年有一百多项机器人竞赛, 参加人员从小学生、中学生、大学生、研究生到研究者。国际上主要的机器人竞赛有: 国际机器人奥林匹克竞赛、FLL机器人世锦赛、机器人世界杯足球赛等。我国每年有几十到上百支代表队参加这些国际竞赛活动。我国教育部门也在政策上加以引导, 积极把教育机器人引入课堂教学。各地的重点中小学中均开展了机器人兴趣小组活动, 有条件的地方甚至己经开始在学生中全面开展机器人教育。北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课程。在机器人教育活动积极开展的同时, 对于教育机器人基础开发平台的研究也得到了蓬勃发展。国内外出现不少相关产品。国外产品如丹麦乐高公司的RCX课堂机器人、美国General Robotics 公司的RB5X教育机器人、德国慧鱼集团（FISCHER）的创意组合模型等。国内有上海未来伙伴机器人有限公司的能力风暴机器人、北京通用依耐特技术开发有限公司的通用ROBOT教学机器人等，此外，南京紫光科教仪器有限公司、广州中鸣数码科技有限公司等在业界也有一定的知名度。
1、丹麦乐高（LEGO）公司
乐高（LEGO）公司创办于丹麦，至今已有78年的发展历史。乐高公司是世界著名的玩具制造商，其销量始终列于世界十大玩具之列。目前乐高积木走俏全世界，在130多个国家里占有市场。乐高RCX课堂机器人是一款优秀的科技教育产品。这一独创性的教育工具是由美国麻省理工大学、美国TUFTS大学、乐高公司和美国国家仪器公司共同开发研制的。它将模型搭建和计算机编程有效地结合在一起, 使孩子们能够设计自己的机器人，在计算机上编写程序，然后通过算机相连的红外发射器将程序下载到机器人的大脑—RCX微型电脑中。启动RCX的开关，机器人就可以完全脱离计算机，按下载程序的指令独立运动起来。例如，通过使用光电传感器，学生可以让机器人沿着一定的路线前进或绕某一物体转动 2
或是藏在暗处等。
2、美国General Robotics公司
RB5X是一个专供教学使用的全智慧教学机器人，拥有完整的教案及教程，它由美国General Robotics 公司研制，主要用于辅助课堂教学, 帮助学生锻炼提高听、说、读、写能力，学习学科知识、电脑知识。学生可经过编程来控制RB5X说多国语言，让它行走、旋转、跳舞和捡拾物品。此外，RB5X具备各种感应器（如声纳、触觉感应等）。利用RB5X可开展一系列活动锻炼学生的分析问题、解决问题、逻辑思维能力和培养团队协作精神。目前RB5X型教育机器人已被美国各州以及其他西方发达国家的中小学、初高中和大学普遍采用。
3、德国慧鱼（FISCHER）集团
德国慧鱼（FISCHER）集团总部座于德国南部黑森林的图木岭，创建于1948年。迄今为止，慧鱼集团在全球拥有33家全资子公司，全球化生产基地分别位于阿根廷、巴西、中国、德国、意大利、捷克和美国。1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的六面都可拼接，可实现随心所欲的组合和扩充。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，体现不同学科知识点的各种组合包，不仅可以应用于中小学各个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动。通过慧鱼模型的使用，不仅可以让孩子将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，更重要的是培养了他们的创新意识和创新能力。
4、上海未来伙伴机器人有限公司
上海未来伙伴机器人有限公司成立于1996年，是全球第一家专业从事伙伴机器人业务的尖端技术企业。1998年，公司面向全球率先发布第一台教育机器人产品，经过十多年发展，公司已成为全球教育机器人产业的开拓者与领导者。2005年，未来伙伴成功研制了中国第一台战术移动机器人，从此正式进入公共 3
安全领域，开始为政府提供高稳定性反恐排爆机器人，目前是中国便携式排爆机器人的开拓者与领域者。目前，公司拥有五大机器人品牌：能力风暴/能力源/进化力/创新核/龙卫士，产品涵盖机器人竞赛、创新教育、机器人技术研究、反恐、家用等领域。其中，能力风暴机器人主要有AS- MII系列、AS-ET系列、AS-MF系列以及VJC软件编程系统。AS-MII是专门为中小学机器人教育而开发的新一代智能移动机器人。图形化交互式C语言（简称VJC）是用于该系列产品的软件开发系统, 具有基于流程图的编程语言和交互式C语言（简称JC）。VJC为开发智能机器人项目、程序与算法、教学等提供了操作简单而功能又强大的平台。
5、北京市通用依耐特技术开发有限公司
北京市通用依耐特技术开发有限公司是致力于教育信息化产品开发、生产、销售的高新科技企业。公司拥有一支研发、技术、销售、服务为一体的高新技术队伍。公司机器人事业部拥有国内知名的机器人专家和专业的研发、设计和营销人员。开发研制的通用ROBOT教学用机器人系列产品，用于普教、职教以及大学计算机语言、电子技术、单片机、机器人课程教学，课外科普教育活动以及相关竞赛。该产品已通过中国机械工业教育协会、中国教育学会中小学计算机教育专业委员会组织的专家鉴定。
6、南京紫光科教仪器有限公司
南京紫光科教仪器有限公司是国际机器人教育联合会中国地区的事务局，也是中国青少年电脑机器人竞赛组委会委员单位、国际机器人奥林匹克委员会会员单位。公司把先进的教育理念引进到中国，并在中国推广青少年机器人教育计划。公司在热衷于科技创新的同时，致力于社会科学的普及，倡导基础素质教育。公司提供的教育机器人系列作为中小学信息技术课程的一个很好的载体，正在被越来越多的学校所接受。其教育机器人系列产品主要有飞虫（通过飞虫翅膀的振动，掌握齿轮传动的应用；并通过尾巴的摆动来学习伺服电机的应用）、避障车（避障车是利用红外传感器来感应周边环境，遇到障碍物主动避开的机器人。通过此机器人的学习，可以使学生对红外传感器有一个感官的认识）、叉车（叉车是模拟现实生活中叉车形状，利用直流电机控制齿轮，齿轮带动齿条上下移动的机器人。通过此机器人的学习，使学生了解齿条的运动形式）、机器狗（机器狗是模仿宠物狗形状的机器人，它利用三个红外传感器感应信号，感应到物体之后 4
便向感应的方向进攻、跟踪），等等。
7、广州中鸣数码科技有限公司
广州中鸣数码科技有限公司是一家专门从事教学机器人、娱乐机器人、实验机器人、仿生机器人产品研发的高科技企业。公司的产品涵盖了从拼装机器人的零件、学习套件到机器人玩具产品，相关服务包括了从机器人知识推广、培训到举办相关的机器人竞赛、展览活动。目前，广州中鸣数码公司拥有一系列具有自主知识产权的机器人产品，已成功研制并申请专利的产品有：积木式机器人，IQ系列智能机器甲虫，15自由度6足机器兽，15自由度4足机器狗，6自由度机器手等最具代表性的机器人产品、学习套件以及控制软件。这些产品体现了当今科技的潮流和前瞻的意识，达到国内外的领先技术水平。产品广泛应用于生活娱乐、青少年科技教育、机器人理论研究、机械人控制等各个领域。此外，公司为推进机器人教育事业的普及，还向用户提供相关专业化的培训服务，包括：机器人教学课程设计、机器人工作室方案设计及建设、机器人竞赛培训及指导和机器人课程校本教材的编写等。
二、机器人的发展战略
美、欧、日是工业机器人主要生产国家和地区，掌握着大多数的核心技术，德国库卡、瑞典ABB、日本安川、发那科四大巨头占据了全球一半的工业机器人市场。目前，美、德、日、韩等发达国家都已形成了各具特色的发展模式。美国模式的特点是整体研发设计与对外采购机器人本体相结合，重在系统开发与应用。德国模式的特点是一揽子“交钥匙工程”，即机器人本体的生产和用户所需要的系统设计制造全由一家机器人厂商完成。日本模式的特点是产业链整体推进，即以机器人本体及其零部件研发和生产为核心，由子公司或系统集成公司设计制造各行业所需要的机器人成套系统。韩国模式是采购与成套设计、集成相结合。机器人企业通常通过进口关键零部件，自行设计、制造配套的外围设备。
习近平总书记在今年的两院院士大会讲话中专门用一段话来论述机器人，充分体现了该领域对经济社会发展的重大意义。机器人代表新的经济和生活形态，是新型制造业的核心装备，是人类生活的智能助手，其创新应用正在推动智能产业的兴起。中国正处于“创新驱动发展 经济转型升级”的关键时期，发展机器人产业对中国意义深远。
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三、机器人的应用前景和领域
研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。
从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。 军用机器人主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。根据不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人(即无人飞行机) 在民用机器人中，各种生产制造领域中的工业机器人在数量上占绝对多数，成为机器人家族中的主力军；其它各种种类的机器人也开始在不同的领域得到研究开发和应用。总体看来，若按用途分，民用机器人可以分为以下几个主要类别：
工业机器人：制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。机器人无论是否与其它机器一起运用，与传统的机器相比，它具有两个主要优点：
1．生产过程的几乎完全自动化。 2．生产设备的高度适应能力。
机器人的工业应用分为四个方面，即材料加工、零件制造、产品检验和装配。其中，材料加工往往是最简单的。零件制造包括锻造、点焊、捣碎和铸造等。检验包括显式检验（在加工过程中或加工后检验产品表面图像和几何形状、零件和尺寸的完整性）和隐式检验（在加工中检验零件质量上或表面上的完整性）两种。装配是最复杂的应用领域，因为它可能包含材料加工、在线检验、零件供给、配套、剂压和紧固等工序。在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛和挤牛奶等。这是一个潜在的产业机器人应用领域。
在一些科幻影片、电视片或影碟中，多少具有外形的机器人常被用来协助或代替人去执行人不乐意做或危险和困难的任务。今天在现实生活中能够看到的最接近于人类的机器人可能要算家用机器人了。家用机器人能够清扫地板而不碰到家具。不过它的价格目前还较高，影响到它的推广应用。随着家用机器人造价的大幅度降低，它将获得日益广泛的应用。
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服务机器人尚处于开发及普及的早期阶段，目前国际上对它还没有普遍承认的严格定义，它的定义是由操作型工业机器人引伸而来的。根据国际机器人联合会（IFR）采用的初步定义，所谓服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它完成的是有益于人类健康的服务工作，但不包括那些从事生产的设备。另一种定义把服务机器人看做一种可自由编程的移动装置，它至少有三个运动轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。这些服务工作为个人或单位完成的，不指工业生产服务。
根据这个定义，操作型工业机器人也可以看作是服务机器人，如果它们装备在非制造业的话。服务机器人往往是可以移动的（并非总是移动的）。在某些情况下，服务机器人是由一个移动平台构成，在它上面装有一只或几只手臂，其控制方式与工业机器人手臂的控制方式相同。
服务机器人还有送信机器人、导游机器人、加油机器人、建筑机器人、农业及林业机器人等。其中，爬壁机器人既可用于清洁，又可用于建筑。
中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。
近年来，我们在研究文化创造性产业时，发现国外正在兴起一个与文化产业、科学技术有紧密关系的未来产业——机器人的研究、开发及制造，参与者除了传统从事学术研究的科技工作者、大学研究梯队、企业产品的专门研究人员之外，更有一大批的青少年积极加入此一新兴的科学技术新潮流之中。
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、7
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。
四、最有可能形成产业化的机器人种类和应用形式
笔者认为最有可能形成产业化的机器人种类分别为工业机器人、医用机器人以及服务机器人。
1、工业机器人的应用形式有：现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。
2、医用机器人研制用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复，能够极大地改善伤残疾病人员的状态，以及改善瘫痪者（包括下肢及四肢瘫痪者）和被截肢者的生活条件。医用机器人已应用于下列几方面：
（1）诊断机器人，即配备有医疗诊断专家系统的机器人
（2）护理机器人，是一些具有丰富护理经验的机器人护士或护师。
（3）伤残瘫痪康复机器人，包括假肢、矫形以及遥控等技术。
（4）家用机器人，机器人已开始进入家庭和办公室，用于代替人从事清扫、洗刷、守卫、煮饭、照料小孩、接待、接电话、打印文件等。酒店售货和餐厅服务机器人、炊事机器人和机器人保姆已不再是一种幻想。
（5）娱乐机器人，包括文娱歌舞和体育机器人。 （6）医疗手术机器人近年来有所突破。
3、服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。
