2021世界機(jī)器人大會第一天線下主論壇——“領(lǐng)航峰會”群星璀璨，產(chǎn)、學(xué)、研各領(lǐng)域大咖齊聚首，共話巔峰，為機(jī)器人未來發(fā)展領(lǐng)航。

峰會現(xiàn)場，中國工程院院士王耀南上臺發(fā)言，演講主題為《智能機(jī)器人感知與控制技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢》。以下為王耀南院士演講內(nèi)容全文披露。

發(fā)言內(nèi)容 

尊敬的王天然院士、尊敬的龔克理事長，大家上午好！非常高興能夠和大家交流智能機(jī)器人的感知與控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用，重點(diǎn)介紹四個(gè)方面的內(nèi)容：為什么我們要發(fā)展機(jī)器人？發(fā)展機(jī)器人的意義是什么？接下來介紹機(jī)器人的國內(nèi)外現(xiàn)狀，我們團(tuán)隊(duì)近幾年來在智能機(jī)器人感知控制中的一些關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用，最后是機(jī)器人未來的發(fā)展方向。

人類的進(jìn)步是從機(jī)械化到電氣化以及信息化，今天我們已經(jīng)進(jìn)入了智能化的時(shí)代，所以機(jī)器人在智能化的時(shí)代發(fā)揮著重要的作用。我們回顧一下人類和機(jī)器人的發(fā)展歷程，機(jī)器人最早可以追溯到中國的東漢時(shí)期，就是無人指南車，真正的現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)該是1978年，工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子和汽車生產(chǎn)線、這個(gè)時(shí)候才是工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器人在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。

機(jī)器人發(fā)展得非常迅速，近幾年來，機(jī)器人已經(jīng)在各大領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，成為高端裝備、智能制造的核心重要工具。機(jī)器人是推動我們的重大裝備、加工、測量、檢測等各個(gè)方面的重要引擎和工具，今天機(jī)器人不僅在高端制造裝備，也在重大工程中發(fā)揮著重要作用，比如我們建設(shè)一些重大工程離不開機(jī)器人的參與，重大工程的建模、運(yùn)維、維護(hù)各個(gè)方面都有機(jī)器人的參與，機(jī)器人在重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)維方面都已發(fā)揮工具和不可替代的重要作用。

為什么要發(fā)展機(jī)器人呢？近些年來制造業(yè)正在轉(zhuǎn)型升級，隨之出現(xiàn)了技術(shù)的提升，人類發(fā)展到了一定階段，我們的老齡化、招工難也要使用機(jī)器人，尤其是低端的、加工場景復(fù)雜的更加需要機(jī)器人，勞動力的短缺迫使我們制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的情況下加速了機(jī)器人的推動。

大家可以看到近幾年各國對發(fā)展機(jī)器人都非常重視，包括美國、德國、中國和日本這些國家在整個(gè)機(jī)器人推動發(fā)展最迅速的，也發(fā)布了自己不同的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。美國近幾年來1.0和2.0最大的差距就是發(fā)展多機(jī)器人的協(xié)作，包括人機(jī)協(xié)同。德國是一個(gè)工業(yè)制造大國，更多發(fā)展的是工業(yè)制造和智能工廠、智能車間。日本是機(jī)器人發(fā)展比較成熟的國家，2.0版本提出之后，最多提出的就是發(fā)展服務(wù)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人。歐盟是對農(nóng)業(yè)發(fā)展非常重視的，最近參與歐盟的D4框架就有一個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也是非常有潛力的，提出通過機(jī)器人推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展。中國也是一樣的，自從2015年“中國智造2025”提出之后大家都在推進(jìn)中國機(jī)器人。近幾年中國出臺了一系列的法規(guī)和政策，尤其是“中國制造2025”，推動機(jī)器人轉(zhuǎn)型制造，然后是新一代人工智能、科技部的重點(diǎn)研發(fā)，就是機(jī)器人是最有活力、最有潛力，未來推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引擎。

我們可以給機(jī)器人一個(gè)簡單的定義，無論是工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人還是特種機(jī)器人，簡單來說，機(jī)器人就是一體化的機(jī)械裝置，近幾年增加了機(jī)器人的感知、對話、決策、控制等功能，讓機(jī)器人更加智能。過去我們是把工業(yè)應(yīng)用的叫做工業(yè)機(jī)器人，服務(wù)應(yīng)用的叫做服務(wù)機(jī)器人，特殊應(yīng)用行業(yè)叫做特殊機(jī)器人。我們從機(jī)器人的結(jié)構(gòu)劃分，包括仿生結(jié)構(gòu)、蛻變結(jié)構(gòu)，空域角度劃分，面向地面的、空中的、水下的等等。今天的機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)、水下以及航空航天，陸地上的機(jī)器人近幾年發(fā)展比較迅速的就是無人駕駛。

無論是工業(yè)還是服務(wù)，不管機(jī)器人怎么復(fù)雜，我們認(rèn)為就是四個(gè)核心關(guān)鍵技術(shù)：機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)、機(jī)器人的感知系統(tǒng)、機(jī)器人的決策規(guī)劃、調(diào)度與控制，機(jī)器人的執(zhí)行，所以機(jī)器人就是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，今天我要講的就是兩個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：一個(gè)是機(jī)器人的感知技術(shù)，另一個(gè)是機(jī)器人的控制技術(shù)。

當(dāng)然，今天機(jī)器人正在朝著智能化發(fā)展，更多地要體現(xiàn)出人機(jī)交互，所以增加了人機(jī)交互的能力，我的重點(diǎn)也是集中在機(jī)器人的交流、感知和控制。

機(jī)器人技術(shù)是涵蓋多學(xué)科交叉，簡要介紹一下國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。從事平臺建設(shè)的大致就是那么幾個(gè)方面，工業(yè)機(jī)器人、飛行機(jī)器人、移動機(jī)器人以及醫(yī)療機(jī)器人、海洋機(jī)器人、空間機(jī)器人，這些是最有活力的機(jī)器人平臺，應(yīng)用中最有活力的就是智能制造和智能物流，包括精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用到生活現(xiàn)實(shí)中，大家今天看到的機(jī)器人無處不在，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等等，機(jī)器人也有幾個(gè)發(fā)展亮點(diǎn)：工業(yè)制造無論是汽車、電子制造行業(yè)都能夠體現(xiàn)出機(jī)器人的無人化作業(yè)，除了工業(yè)機(jī)器人，大型復(fù)雜的構(gòu)件，比如航天航空制造，機(jī)器人也已進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。歐盟和新疆采棉大量使用農(nóng)業(yè)機(jī)器人，農(nóng)業(yè)機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入大面積作業(yè)。再就是空間探測，今天無論是火星探測還是月球探測都能夠看到機(jī)器人的發(fā)展，海洋也是其中之一，包括科技考察。服務(wù)機(jī)器人發(fā)展非常迅速，已經(jīng)面向老齡化陪護(hù)等等。醫(yī)療機(jī)器人也是重點(diǎn)發(fā)展方向，近幾年來無論是國外還是國內(nèi)都在打造醫(yī)療機(jī)器人體系的發(fā)展，大部分就是面向兩個(gè)方面：一個(gè)是面向工業(yè)，另一個(gè)是面向醫(yī)療健康。當(dāng)然，助老助殘也比較多，最近很多機(jī)器人在殘奧會發(fā)揮作用，更多的是在軍事應(yīng)用助力。腦機(jī)接口是近幾年人工智能的發(fā)展方向，未來腦機(jī)接口在機(jī)器人應(yīng)用中會發(fā)揮更大的作用。再就是無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，未來的戰(zhàn)場一定是無人作戰(zhàn)占主導(dǎo)，前臺是機(jī)器人，后臺才是人，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作。

這些是機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防的應(yīng)用，特殊行業(yè)的應(yīng)用也比較多。機(jī)器人在搶險(xiǎn)救災(zāi)中發(fā)揮重要作用，去年新冠疫情以后涌現(xiàn)了一大批疫情機(jī)器人，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面，引用2019年《Science Robotic》發(fā)表的文章，近幾年全世界機(jī)器人的發(fā)展面臨十大挑戰(zhàn)和十大研究方向，其中智能機(jī)器人、新材料、仿生、機(jī)器人的能源動力以及腦機(jī)接口、醫(yī)療機(jī)器人，包括機(jī)器人的倫理都是未來機(jī)器人發(fā)展和挑戰(zhàn)的方向。

十大挑戰(zhàn)總結(jié)下來就是兩個(gè)特點(diǎn)：未來的機(jī)器人一定是朝著自主化、魯棒性更強(qiáng)、融合性更好、多機(jī)協(xié)作的方向發(fā)展。

接下來結(jié)合我們項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)近幾年來機(jī)器人的感知和控制方面做的一點(diǎn)工作來講，一個(gè)完整的機(jī)器人需要具備五大功能、五大要素：感知要素、運(yùn)動要素、規(guī)劃要素、學(xué)習(xí)能力，近幾年來機(jī)器學(xué)習(xí)廣泛應(yīng)用到機(jī)器人，增加了機(jī)器人的智能行為，行動貼近人、思維模擬人，提高了規(guī)劃的能力，最后機(jī)器人一定要有很好的決策能力。

我們從專業(yè)的角度來說，機(jī)器人無非就是閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，三個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)起到支撐作用：首先是環(huán)境感知，復(fù)雜的環(huán)境下如果讓機(jī)器人到達(dá)，應(yīng)該怎么做到精準(zhǔn)，這是今天機(jī)器人感知談到的技術(shù)。要是機(jī)器人動作更快更準(zhǔn)，需要一個(gè)很好的規(guī)劃決策。再就是協(xié)同作業(yè)、協(xié)同控制。

近幾年，機(jī)器人視覺感知主要是在視覺傳感器研制和成像，我們怎樣對視覺進(jìn)行處理，以及怎樣做成視覺的硬件和軟件嵌入系統(tǒng)，圍繞四個(gè)方面開展研究：

怎么打造高速高精的視覺感知傳感器，能夠有效地應(yīng)用到機(jī)器人中，所以機(jī)器人可以配上一雙明天的眼睛，近幾年支持比較多的光學(xué)成像、機(jī)器學(xué)習(xí)，可以有效應(yīng)對高實(shí)時(shí)、高可靠、高性能的視覺感知系統(tǒng)。

然后是處理能力，微小異物怎樣識別和判斷出來，機(jī)器人醫(yī)療、機(jī)器人工業(yè)、機(jī)器人行走等等都能夠精準(zhǔn)地感知到。

今天的機(jī)器人還要裝配零部件，就是在雜亂無章的情況下，機(jī)器人首先要通過學(xué)習(xí)把特征提取，然后通過大量樣本訓(xùn)練，學(xué)習(xí)之后我們就用這個(gè)模型建立三維環(huán)境場景的感知，然后用三維模型給機(jī)器人固化在控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)的伺服控制，形成一個(gè)有效應(yīng)對。

學(xué)習(xí)過程當(dāng)中我們用的模型和算法近幾年發(fā)展比較迅速，比如多模態(tài)的感知估計(jì)，機(jī)器人也要運(yùn)動，要在整個(gè)復(fù)雜環(huán)境下行駛，比如地圖創(chuàng)建和同步定位，今天發(fā)展更加迅速的是三維重建。

機(jī)器人要感知到一個(gè)很好的信息，然后就要依托感知的信息控制機(jī)器人的操作。今天機(jī)器人的控制系統(tǒng)發(fā)展也非常迅速，大致分為四個(gè)方面：柔順控制，剛才看過很多例子，很多涉及到機(jī)器人的柔順控制，無論是醫(yī)療還是加工制造，接下來是視覺伺服控制，學(xué)習(xí)智能控制，多機(jī)協(xié)同也是未來的發(fā)展方向。

機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程是漫長的，通過不斷學(xué)習(xí)以后，我們讓機(jī)器人有一個(gè)學(xué)習(xí)控制器，通過設(shè)置學(xué)習(xí)控制器可以通過硬件固化在機(jī)器人大腦和關(guān)節(jié)控制、系統(tǒng)控制里面，近幾年發(fā)展非常迅速的就是強(qiáng)化學(xué)習(xí)控制器。我們加工一個(gè)大型復(fù)雜構(gòu)件，完成一個(gè)醫(yī)療手術(shù)，需要的是深度迭代的運(yùn)動控制學(xué)習(xí)，只有通過傳統(tǒng)控制不斷迭代、不斷訓(xùn)練，學(xué)習(xí)完成以后就可以完成復(fù)雜的作業(yè)。當(dāng)然，環(huán)境發(fā)生變化我們再學(xué)習(xí)，不是一成不變。

剛才講過在一個(gè)非常復(fù)雜、雜亂無章的零部件中，我們怎樣有效抓取、有效識別、有效裝配，這里就涵蓋了三個(gè)方面：視覺感知、視覺伺服和精準(zhǔn)控制有機(jī)結(jié)合起來，真正成為一個(gè)基于三維深度學(xué)習(xí)感知的學(xué)習(xí)控制器，近幾年發(fā)展也非常迅速。

控制器最重要的就是未來實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同，今天是單機(jī)，未來更多的是多機(jī)控制，主要是解決三個(gè)關(guān)鍵性的核心問題：多傳感器信息融合、協(xié)同感知、協(xié)同規(guī)劃、協(xié)同控制，解決好這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，我們就能夠加工一個(gè)大型復(fù)雜部件，或者是做一個(gè)戰(zhàn)場上多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，最后還有一個(gè)面臨的最大問題。今天我們都是網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)控制非常重要，但網(wǎng)絡(luò)一旦受到攻擊，我們怎樣發(fā)現(xiàn)？首先是發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攻擊，剔除攻擊網(wǎng)絡(luò)的病毒，今天研究的是分布式彈性控制解決三大問題，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)受到攻擊，其次是定位和剔除，最后是重新分咐，這些就是分布式彈性控制需要解決的問題。

基于這些控制，機(jī)器人還有一個(gè)最核心的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，我們要讓機(jī)器人精準(zhǔn)地操作、精準(zhǔn)地完成任務(wù)、精準(zhǔn)地打擊、精準(zhǔn)地手術(shù)，這就需要靈巧控制，這里涵蓋了光機(jī)電一體化。當(dāng)然，今天的機(jī)器人更多的是協(xié)同，比如我們智能制造、智能車間，怎樣在小品種、多批量變化的情況下生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，這就需要我們?nèi)嵝曰纳a(chǎn)、柔性化的作業(yè)。這里需要解決的就是多機(jī)器的協(xié)同、多工序的協(xié)同、多任務(wù)的分配。

機(jī)器人一定是廣泛應(yīng)用到不同的場景，無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、醫(yī)療，都是一個(gè)集成創(chuàng)新，機(jī)器人集成創(chuàng)新非常重要，今天很多公司都是做集成創(chuàng)新，但要把集成創(chuàng)新做好非常不容易，所以歸結(jié)為第五大技術(shù)，機(jī)器人創(chuàng)新非常重要，基于這五大技術(shù)就可以廣泛應(yīng)用到不同的行業(yè)。

我們基于這五大技術(shù)做成了幾個(gè)典型案例：

基于高速機(jī)器視覺的飲料灌裝，近幾年來我國在飲料發(fā)展非常迅速，但在十多年前我們的工序沒有這么發(fā)達(dá)的情況下都是靠手工操作。

另外一個(gè)典型應(yīng)用就是醫(yī)藥制造，去年和今年影響力最大、市場最好，過去在配藥、灌裝藥、分裝藥、分解藥都是采用人工，2003年SARS出現(xiàn)以后各大制藥廠提倡的就是做到高速無菌化、高速無人化的生產(chǎn)，今天機(jī)器人在疫苗生產(chǎn)中發(fā)揮著非常重要的作用，尤其是今年疫苗的生產(chǎn)，機(jī)器人發(fā)揮的作用最大，可以體現(xiàn)出兩大特點(diǎn)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)加上機(jī)器人推動高端疫苗的生產(chǎn)，汽車制造就不提了，這是最先使用機(jī)器人的，通過視覺引導(dǎo)裝配機(jī)器人的輪胎，今天可以采用高速視覺定位裝配輪胎。

最近我們做了很多電子傳統(tǒng)企業(yè)，三星制造企業(yè)大量采用機(jī)器視覺、機(jī)器人應(yīng)用控制解決電子印刷電路板的裝配。

機(jī)器人的機(jī)械加工、激光加工和焊接，尤其是超大型的構(gòu)件、超大型的焊接采用機(jī)器人。

機(jī)器人除了在工業(yè)領(lǐng)域，此外還有特殊作用場景，2018年冰災(zāi)以后我們研發(fā)了一系列電力作業(yè)機(jī)器人，今天已經(jīng)成為了一個(gè)產(chǎn)業(yè)。

很多機(jī)器人都是來自于需求，去年新冠疫情到來的時(shí)候，我們用一個(gè)多月的時(shí)間研發(fā)了一系列新冠疫情消毒、噴灑、作業(yè)機(jī)器人，現(xiàn)在雖然已經(jīng)送到醫(yī)院，但已經(jīng)形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)，此外還有一個(gè)重大工程，比如我們修重大隧道，機(jī)器人在隧道作業(yè)中也發(fā)揮了很好的作用。

這些都是機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、特殊作業(yè)行業(yè)應(yīng)用的典型案例，就是基于五大關(guān)鍵技術(shù)研究機(jī)器人，最后想給大家介紹一下智能機(jī)器人未來的發(fā)展。實(shí)際上今天的機(jī)器人還是1.0-2.0，機(jī)器人典型的是一個(gè)控制器、減速器、伺服器，加上一個(gè)完備的人機(jī)界面，就是自動化的機(jī)器。近幾年發(fā)展迅速的就是2.0，數(shù)字化加入視覺感知、軌跡規(guī)劃，已經(jīng)成為2.0。未來在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及產(chǎn)業(yè)界要求最多的服務(wù)機(jī)器人，更多的要向3.0協(xié)作機(jī)器人發(fā)展，我們要讓機(jī)器人的認(rèn)知學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、語義分析，尤其是自然語言的理解，因?yàn)槿艘蜋C(jī)器協(xié)作必然要了解機(jī)器語言，將來機(jī)器人還要成為自主性的機(jī)器人，會有更多的技術(shù)迭代。我們機(jī)器人的發(fā)展過程是不斷迭代，一代一代迭代創(chuàng)新，讓機(jī)器人變得更加聰明、更加有效、更加可靠、更加為人類帶來更好的服務(wù)。

我們認(rèn)為，未來機(jī)器人的人工智能發(fā)展方向非常重要，很多關(guān)鍵技術(shù)決定了機(jī)器人的未來。其中記憶技術(shù)、感知技術(shù)、行動規(guī)劃、機(jī)器學(xué)習(xí)，這些都是人工智能近幾年發(fā)展非常迅速的，完全可以移植到機(jī)器人里面，未來的機(jī)器人一定是完備的，能夠智能化、自主化、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。

機(jī)器人今天要像人一樣能夠看懂說明書，進(jìn)行自動裝配，機(jī)器人通過眼睛視覺感知得到，也要分析判斷，就是從感知智能到認(rèn)知智能到行為智能，這些都是需要人工智能技術(shù)。智能工廠的發(fā)展方向也有體現(xiàn)人工智能的作用，今天的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造，一個(gè)工廠過去是大批量的生產(chǎn)，今天的工廠是小批量、定制化、多品種，一件產(chǎn)品需要制造，兩件產(chǎn)品也要制造，承擔(dān)這樣艱巨的任務(wù)，工廠一定是做到柔性化生產(chǎn)線、智能化生產(chǎn)線。我們靠什么呢？靠的就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的升級，關(guān)鍵生產(chǎn)線的升級，一個(gè)產(chǎn)品包括制造的智能化、服務(wù)的智能化，才能真正打造有競爭力的柔性工廠，需要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加入，也需要建造一個(gè)智能的云，就是今天老百姓喊的燈塔工廠、黑天工廠、無人工廠，物流方面也是一樣，由于時(shí)間關(guān)系就不詳細(xì)介紹了。

我們認(rèn)為，5G技術(shù)的出現(xiàn)也為機(jī)器人的發(fā)展帶來了福音，智能網(wǎng)聯(lián)的交通，包括人機(jī)交互也是非常重要。

再就是無人作戰(zhàn)系統(tǒng)在軍用領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，機(jī)器人在無人系統(tǒng)、無人作業(yè)、異構(gòu)架構(gòu)、空地天的協(xié)同作業(yè)，其中無論什么系統(tǒng)都有高性能的類腦計(jì)算，所以大家都在發(fā)展無人系統(tǒng)的類腦芯片設(shè)計(jì)，軟件、算法到硬核。

人工智能和機(jī)器人有機(jī)結(jié)合可以在四個(gè)方面：首先是感知層面，很多人工智能技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用，然后是認(rèn)知層、決策層和控制執(zhí)行層，這些都會體現(xiàn)人工智能技術(shù)的發(fā)展。

機(jī)器人的發(fā)展態(tài)勢應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)化、自主化、協(xié)同化、靈巧化，要想發(fā)展好一定要有規(guī)劃和一個(gè)好的創(chuàng)新環(huán)境，一定要有標(biāo)準(zhǔn)，最后一點(diǎn)——人才是關(guān)鍵。

我的報(bào)告就到這里，謝謝大家！