机器人技术创新报告
一、机器人的发展
机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40余年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生——成长一一成熟期后，已成为制造业中不可或缺的重要设备，世界上有约75万台工业机器人正战斗在各条战线上。机器人技术虽然以工业机器人起步，但近年来随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，特别是在微电子技术、信息技术、计算机技术、材料技术等学科迅速发展的支持下，机器人的种类日益繁多，性能不断地改进，工作领域也在不断地扩大。
智能化可以说是机器人未来的发展方向，智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务，比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。
对于未来意识化智能机器人很可能的几大发展趋势，在这里概括性地分析如下：
1. 语言交流功能越来越完美
智能机器人，既然已经被赋予“人”的特殊称义，那当然需要有比较完美的语言功能，这样就能与人类进行一定的，甚至完美的语言交流，所以机器人语言功能的完善是一个非常重要的环节。对于未来智能机器人的语言交流功能会越来越完美化，是一个必然性趋势，在人类的完美设计程序下，它们能轻松地掌握多个国家的语言，远高于人类的学习能力。另外，机器人还能进行自我的语言词汇重组能力，就是当人类与之交流时，若遇到语言包程序中没有的语句或词汇时，可以自动地用相关的或相近意思词组，按句子的结构重组成一句新句子来回答，这也相当于类似人类的学习能力和逻辑能力，是一种意识化的表现。
2. 各种动作的完美化
机器人的动作是相对于模仿人类动作来说的，我们知道人类能做的动作是极至多样化的，招手、握手、走、跑、跳、等各种手势，都是人类的惯用动作。不过现代智能机器人虽也能模仿人的部分动作，不过相对是有点僵化的感觉，或者动作是比较缓慢的。未来机器人将以更灵活的类似人类的关节和仿真人造肌肉，使其动作更像人类，模仿人的所有动作，甚至做得更有形将成为可能。还有可能做出一些普通人很难做出的动作，如平地翻跟斗，倒立等。
3. 外形越来越酷似人类
科学家们研制越来越高级的智能机器人，是主要以人类自身形体为参照对象的。自然先需有一个很仿真的人型外表是首要前提，在这一方面日本应该是相对领先的，国内也是非常优秀的。当几近完美的人造皮肤，人造头发，人造五管等恰到好处地遮盖于金属内在的机器人身上时，站在那里还配以人类的完美化正统手势。这样从远处乍一看，你还真的会误以为是一个大活人。当走近时，细看才发现原来只是个机器人，对于未来机器人，仿真程度很有可能达到即使你近在咫尺细看它的外在，你也只会把它当成人类，很难分辩是机器人，这种状况就如美国科幻大片《终结者》中的机器人物造型具有极至完美的人类外表。
4. 逻辑分析能力越来越强
对于智能机器人为了完美化模仿人类，未来科学家会不断地赋予它许多逻辑分析程序功能，这也相当于是智能的表现。如自行重组相应词汇成新的句子是逻辑能力的完美表现形式，还有若自身能量不足，可以自行充电，而不需要主人帮助，那是一种意识表现。总之逻辑分析有助人机器人自身完成许多工作，在不需要人类帮助的同时，还可以尽量地帮助人类完成一些任务，甚至是比较复杂化的任务。在一定层面上讲，机器人有较强的逻辑分析能力，是利大于弊的。
5. 具备越来越多样化功能
人类制造机器人的目的是为人类所服务的，所以就会尽可能地把它变成多功能化，比如在家庭中，可以成为机器人保姆。会你扫地、吸尘、还可以做你的谈天朋友，还可以为你看护小孩。到外面时，机器人可以帮你搬一些重物，或提一些东西，甚至还能当你的私人保嫖。另外，未来高级智能机器人还会具备多样化的变形功能，比方从人形状态，变成一辆豪华的汽车也是有可能的，这似乎是真正意义上的变形金刚了，它载着你到处驶驰于你想去的任何地方，这种比较理想的设想，在未来都是有可能实现的。
在未来机器人的发展过程中，更重要的是找到设计机器人的方法，找到让机器人更好的服务于人类的方法，而这其中的关键就在于创新。
二、创新与机器人
经济学家熊彼特认为，技术创新一经出现，必将在社会上引起模仿，因为未获得潜在利益的企业也想得到它，模仿活动引起技术创新扩散，于是经济走向高涨。当较多的企业实现模仿之后，技术创新浪潮消逝。“当某项可以大幅度提高效率、大幅降低成本或旨在生产出一种前所未有的新产品的技术创新在少数企业里率先实施后，由于其良好的示范作用，众多的企业出于对超额利润的追求，纷纷加入模仿者的行列。大规模的模仿活动及其所带动的相关产业的进步，将有力地促进经济走向繁荣，然而，随着模仿高潮的结束，技术创新的扩散过程趋于饱和，经济又重新归于平静并开始走下坡路"14。“而英国经济学家斯通曼则补充认为，技术创新扩散过程应是一种通过学习活动，即在模仿的基础上还有不断的自主创新活动，就如同通过学习‘温故而知新’一样。
一般来说，技术创新的扩散过程开始于技术发明或技术成果的首次商业化应用的时候，并始终与该技术随后在整个商业化过程中的应用相联系。一项技术从首次商业化应用，经过生产商们的接受，推广而被普遍采用，直到最后技术创新趋势逐渐减退，而致使被市场淘汰的过程，就是技术创新扩散的全过程，这个过程也是技术的生命期。
与其它技术一样，机器人技术作为一项新发明的技术，同样存在技术创新扩散的现象。在机器人技术扩散的同时，一些新的相关创新出现在产业中，促进并推动着机器人技术的扩散进程。这罩选取美国工业机器人的发展为例，因为美国工业机器人产业的发展受到政府等其它因素的干预较少，它的发展历程很好的印证了技术创新扩散的这一过程。
从机器人技术的诞生过程来看，作为一个技术创新体系的机器人技术中最为重要的基础创新无疑是1954年乔治·丹佛尔发表的《适用重复作业的通用性工业机器人》一文，据此，研制成功了世界上第一台可编程序机器人试验装置，并获得了专利。同时，我们把控制论理论的提出看作为对机器人技术有重要影响的另一个理论创新点，这两项构成了机器人技术体系中的根本创新点。
而机器人技术要形成一个独立的产业而发展，则很大程度上依靠大量的增量创新。伴随着已经成形的计算机软件编程和硬件改进，出现了可编程控制的工业机器人，让机器人得以应用到实际生产中去，在相关的产业制造中的广泛应用，也促使工业机器人作为生产工具性质的商品逐渐形成一个新的产业部门，从而走
上产业化与市场化道路。当第一代工业机器人趋于饱和状况时，打破饱和状况的最有效武器无疑还是技术。这之前，传感器技术已经出现，并形成了较为成熟的产品。根据机器人应用领域的需要，例如上下料，搬运等作业，在机器人上加装了视觉传感器，让机器人通过传感器的反馈，经由计算机的相关计算，对作业环境的变化和意外作适当的调节，这样对机器人的工作环境的要求变得相对宽松，机器人有了一定的自适应性。特别在精细制造加工行业，例如精确的焊接，喷漆等领域提高了作业的精度。通过不断加入各种传感器应用，机器人不仅有视觉，更有了触觉等调节能力，从而能做到较为复杂的自动适应。进而，机器人更广泛的被应用到如汽车加工，机械制造行业中去，同时也拓展到其他行业中。为所应用的产业各部门节约生产成本，提高生产效率起到了重要的作用。这些都是机器人技术与相关增量创新的结合，这种结合使得机器人成为了一个独立的产业部门，在机器人的实际应用中，结合增量创新有许多生动的案例。
过去有一段时候，机器人抓零件，只有当零件在已知位置时才能抓到。后来，Unimate公司改进了技术，在推动传送零件的传送带的链轮上加一个编码器。编码器的信号和因传送零件触发限止开关所发出的信号就传送到了小型计算机上。小型计算机就解除一组以零件位置为未知数的方程式，根据题解，机器人就能跟踪零件，并把零件抓起来。这样增加了速度，大大的地提高了生产率。
又例如在机器人感觉方面的增量创新，在焊接工作中，所要焊接的零件的形状各式各样，例如在汽车制造业中，所焊接的法兰盘经常没有焊好，Unimate公司为解决这个问题，采用了一种边感系统，它能在吹管嘴位置上进行必要的调节。把这种边感系统装在机器人腕上，以起压表形式发出工件位置信号，于是就能修正所需位置。
日本是一个擅长增量创新的国家，从日本国家总体创新比例可窥一般，在机器人产业上的巨大成功，同样得益于日本企业在这一领域中二次增量创新上的不懈努力。而在日本，机器人的研发主要由大学、政府和公共的研究机构，私人企业的实验室这三者承担。其中最有活力的是私人企业中的实验室。对私人企业来
说，他们首先是机器人技术引进的先驱者，同样也是不断改进和扩展机器人应用的实践者。在私人企业中，他们对机器人的改进和创造主要表现在三个方面。
首先，改进现有工业机器人，其中最重要的目标是降低产品的价格，缩小安装的空间，扩大装载能力，在工作中更好的柔性表现和机器人的模块组成方面。
第二，人工智能的实际应用。这一方面主要表现为从商业目的考虑利用视觉和触觉传感器，发展利用高性能传感器的信息反馈技术基础上的控制系统和应用模式识别来定位和对形状的判断。在这些方面，应用触觉传感器是日本首先建立起来的课题，并且已经有长时间成功的与自动装配和检查过程相结合的经验。
第三， 扩展应用领域和应用技术，这一点，不同国家有不同的趋势。在日本，主要是向非制造业领域拓展。从而从工业型机器人逐渐转向智慧型服务机器人领域。
创新活动具有非独占性。当一项通过技术创新生产的产品投入社会后，他人再生产同类产品或下一代产品就无需重复之前已经进行的研究工作，这种产品的技术信息能够被重复利用，并产生规模性的报酬。即技术创新信息转移的成本是非常低的。这就导致创新收益不能被创新者所独占。这对于生产厂家而言，损害了他们对创新的积极性，从而导致对创新的投入减少。另一方面，针对前面的这种情况，创新要求一定程度的权利垄断来保证创新的收益的归属。而这种创新垄断权利又必然会导致创新扩散缓慢甚至在同一类技术创新上的重复投资，这对于国家技术发展水平的进步和社会福利的提高是极为不利的。如何在这两种相
互冲突的效应中求取平衡并非易事，也不可能依靠市场的自身调节和企业间的努力很好的得到改善。
其次创新活动具有不确定性，这里我们关注一下乔瓦尼·多西对不确定性的描述。多西认为，“创新涉及到探索、发现、实验、开发、模仿以及采用新产品、新工艺和新的组织结构。仅从定义，探索什么在研究与实验活动本身开展之前几乎不可能准确地知道，因此，创新努力带来的技术(甚至进一步的商业)结果事先很难知道”。“换个说法，创新包括一个基本要素即不确定性，这不仅仅是指缺乏与已知事件的发生有关的信息，更根本的是还包括(a)存在着尚不知道如何解决的技术经济问题，(b)准确地追踪行动结果是不可能的等”。珀对于创新结果的不确定意味着技术创新是个高风险的活动，这种高风险性无疑是企业进行创新活动的重要阻碍和顾虑，如何适当的规避这一风险正是政府采取政策时所要考虑的因素之一。。
从这些创新属性的分析中我们可以看出，市场机制在激励创新方面有不少缺陷，它不能从根本上解决技术创新风险及创新动力问题，不能创造一个有利于创新的环境，对一些与创新有关的法律、政策等问题无能为力。“因此，我们认为，市场在激励创新上的有限性要求政府在创新中发挥积极作用。’’
机器人技术作为一个技术体系的创新，同样在创新中显现出非独占性及不确定性等属性，尤其是工业机器人的双重属性即作为生产中的生产工具创新和最终的创新产品，有其复杂性，可以说机器人是在引进到其他制造业中以提高生产率和解决生产问题的同时，逐渐形成自身独立的机器人产业。
总之，创新在我们以后的发展中会扮演着越来越重要的作用。我们不仅要掌握创新的方法和创新的途径，更重要的是在实际中的运用，为我们更好的服务。
第二篇：机器人创新实验报告
机器人创新实验报告
本实验内容包括风暴机器人的编程设计和搭建“积木”机器人两部分。前者主要涉及编程控制，后者偏重机构的搭建，从“机械”与“电子”两方面对我们进行一次实操训练，我们获益匪浅。
第一部分 风暴机器人的编程设计
该部分的主要实验器材为一台风暴机器人以及计算机，实验主要目的在于了解风暴机器人的主要结构，同时掌握风暴机器人的基本编程方法，并自主设计一段小程序。
我们首先对机器人上的各传感器以及机器人的基本运行能力进行测试，以保证后续设计的程序可以在机器人上顺利运行。以前并没有真正意义上接触过使用传感器作为“器官”的智能机器人。风暴机器人给了我们真正体验传感器的应用的平台，对工程控制有进一步的认识。传感器并不都足够灵敏，如碰撞开关，在碰撞力不够的时候无法闭合。
风暴机器人采用图形化交互式C 语言（简称VJC），采用直观的流程图编程，易于理解掌握并运用。但是，熟悉编程的过程以及调试程序还是花了不少时间。尽管编程本身逻辑并不难，但是由于一开始并没有搞清楚如何实现多种传感器的并行检测的问题，加上部分传感器不够灵敏，避障效果不够理想，而且由于小车左右轮轮速不一致，小车路线还容易偏离直线，使得我们预想的运行思路迟迟无法实现。
后来，通过学习研究已经给定的子程序模块的语言编写，以及进行多次的反复的调试，一个能够实现顺利避障且能放送音乐的小机器人终于完成。在编程调试的过程中，我们还学会调用并自己编写子程序，使得我们自主设计的程序更加简洁。
第二部分 搭建“积木”机器人
该部分的主要实验器材为各类“积木”和小电机，同时利用风暴机器人作为控制器。实验主要目的在于，通过机构的搭建，加深对机械结构的理解；利用风暴机器人的编程来实现对机构动作的控制；并自主搭建一个可运行的“积木”机器人。
对于偏重机械设计的我们，搭建“积木”机器人是比较轻松愉快的过程，而且可供搭建的机器人也很多。我们小组选择了比较复杂的工业机械臂来完成我们的实验内容。
由于该机器人的结构相对比较复杂，而且涉及多个自由度，另外还需专门的控制程序设计。要在有限的时间内要完成搭建，分工很重要。我们将机械臂的底座主体、机械臂的“手肘”、“手腕”以及“大脑”各部分分配到每个小组成员身上，以保证搭建速度。另，为了使机器人最终能够正常运转，我们还对各电机以及动力传递的零件、模块进行预先的调试，负责程序编写的同学也承担起了零件调试员的职责。
搭建过程却并不顺利。虽然有直观明了的图纸，也有一应俱全的零件，各部分也经过调试调整，但是并不代表机器人就能够顺利运行起来。由于长期磨损，传动件里的齿轮承载力不足，加上装配上的误差导致的部分部位摩擦力过大，使得搭好的机器人总是无法如愿摇摆或者上下走位。这让我深深体会到所谓系统集成的工作的艰难。将可以正常运行的模块集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使之能够实现预定的功能，需要精密的整体设计，细致、繁琐的调试。一个协调的系统，在模块化的，近乎傻瓜式的积木搭建中尚且不容易实现，军工、航天航空这样大型的系统集成工作的难度也就可想而知，其所需的技术能力同样应该是一个国家科技水平的象征之一。
通过向其他组的同学“取经”，并且更换了部分传动能力不足的零件，以及改变部分连接件的预定搭建方式，作出一些小小的创新，我们最终顺利实现了工业机械臂机器人的运转，同时，我们还设计了通过控制光线来控制机械臂各部分运转的程序，利用风暴机器人上的控制器来运行程序，也将我们在前一部分的实验中所学的东西综合应用到了积木机器人上来了，加深了我们对编程控制的认识与理解。
忙乎了一天，两个部分的实验终于是顺利做完。实验内容本身难度不大，而且设计机器人的工作本身就充满乐趣。虽然调试程序，调试机构很繁琐，但是作出成品时还是小有成就感的。实验的顺利，还要归于小组成员的分工合作。团队的协作也是完成工作的首要保障。觉得更加比较可贵的是，终于对数字程序这种虚拟内容对于实际机械的控制有了一定的感知。对机械与电控的综合运用方面的知识的，对于立志从事机电行业的我们来说，相信这两部分的实验对我们以后的学习和研究有所益处。