借鉴欧盟推动“人机协作机器人”研发经验促进上海产业数字化转型
2021-12-15 08:57
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一、欧盟国家发展人机协作机器人上的主要做法和经验

欧盟在协作机器人研发生产中占有重要地位,丹麦的优傲(Universal)更是这个领域最重要的参与者,其销售量占全球市场的一半。因此,需要关注欧盟国家的主要经验。

1. 提升人机系统自我学习能力

欧盟国家在推动协作机器人发展中,将其本身看作是人机系统的学习过程。由此,在不同行业作业环境下,加强了对人-机器-环境间交互过程形成的数据的综合分析,强调形成智慧化的“生产设计-功能实现-场景应用”闭环。具体做法是,首先,将协作机器人产业链划分为上中下游三个环节。上游聚焦机械(包括驱动、传动两个系统)、感测(包括感测和人-环境互动两个系统)与控制(人机互动和控制反馈两个系统)等关键组件;其中,欧盟国家提升了对协作机器人的安全精度和操作灵活等标准,以实现协作机器人与人体的安全接触和进行有效的生产服务活动。中游聚焦协作机器人本体(主要包括机器人躯体和机械臂)的生产制造,主要在加强完善人机协作机器人的系统功能。下游,欧盟国家在协作机器人与客户应用场景整合上花功夫,加强对应用模块集成和调整,强调形成综合解决方案。其次,为实现上中游灵活高效整合,欧盟国家注重协作机器人生产制造功能和场景的单元功能模块化,克服传统生产不适应频繁改线的瓶颈,满足少量多样化和客户定制化转型的需求。最后,在协作机器人作业模块化的基础上,欧盟国家进一步形成协作机器人工作站,并加强软件程序的开源化和通用化,形成人机系统的自我学习能力,充分发挥协作机器人自由度高,功能多的优势,推动智能制造革命。

2. 加强上中下游各环节之间的分工协同

欧盟国家加强了协作机器人上中下游各环节间的数据和技术标准协调,以形成有分工有协作、互相配合的研发力量,共同实现智能制造。

(1)上游环节:关注关键组件研发

聚焦传感器关键技术,融合数字分身、IoT、区块链等解决方案,形成“多元场域”“安全技术”“社交领域”等关键组件;这些关键组件的研发都形成了时间表。研发项目包括:一是人机之间接口和控制组件,实现在生产制造场景中,人体与机器人之间柔性对接。二是协作机器人大规模信息处理和实时响应组件,形成人机系统的“认知一体化”“社交互动”和“作业设计与配置”等能力。三是人机安全风险评估组件,实现作业场景中人机系统协作安全的评估和控制功能。(见附表1)。

(2)中游环节:关注技术“拟人化”

在上游环节的关键组件基础上,聚焦协作机器人拟人化和仿生化。研发项目包括:一是“人形机器人”,主要用于生产和服务环境,形成协作机器人感知和认知;近期目标是实现协作机器人融入需要人体精细操作的生产线,形成安全执行细腻工作的能力。二是“辅具机器人”, 在医疗辅助领域,形成人体智能化义肢功能,解除残疾人肢体障碍。三是“仿生机器人”,进一步研发有拟人化认知行为能力的机器人。

(3)下游环节:关注客户重塑和应用场景拓展

为拓展人机协作机器人在各种场景的应用,重塑共同研发项目的下游客户,实现协作机器人与客户系统配套。对部分项目提出了知识、算法、工具操作系统开放的要求。目前,这些研发项目主要在以下领域:一是地质海洋领域。加强人机系统在地质海洋导航和监控作业上的协调。二是生产制造领域。启动了“未来地平线工厂计划”,利用CPS、IoT、云等技术,形成人机互动和智能数据分析等界面技术和分布式价值链,打造协同制造物流网络。三是医疗保健、教育文创和娱乐媒体等领域。启动“下一代互联网交互技术”,融合AR/VR/AI技术,开发远程人机社区和公共服务系统。(见附表2)。

二、上海加快人机协作机器人研发,促进产业数字化转型的建议

为加快上海产业数字化转型深入中小微企业和服务领域,可借鉴欧盟国家的经验和做法,在人机协作机器人研发上抓住关键,顶层布局。建议如下:

1. 针对缺乏关键组件瓶颈,加快协作机器人基础技术研发

为克服国内人机协作机器人发展中缺乏关键组件这一主要瓶颈,要通过制度安排和政策设计,加快以下基础技术研发:一是协作机器人的关键组件研发。加强产业和区域联合攻关,发挥制造产业和研发机构的优势,推动协作机器人关键组件核心技术研发的模块化、开源化、通用化和自主化,夯实协作机器人发展的基础。二是开发协作机器人的结构仿生化和拟人化技术,提升机器人安全技术标准,加强人机系统易用性、安全性和灵活性,适应中小微企业、定制化制造、服务应用需求。三是加快应用研究,提升人机系统自我学习能力。加快AI技术(机器视觉、生物识别、机器学习、嵌入智能算法等)在人机系统的转化与应用,形成“设计-功能-应用”智能闭环,实现协作机器人学习判断、决策分析、方案形成、功能完善的自我学习能力。四是探索协作机器人沿生产链服务链的交互联网平台技术。加强产业群客户整合,“一企一策,分类推进”,“向上连设备,向上接应用”,“建模型、优算法”,提升人机系统有效、安全和可追溯能力,实现协作机器人和人机系统的交互联网,打造柔性生产链和服务链,提高协作机器人作业领域和产业价值链,促进智能制造和服务革命。

2. 拓展人机协作机器人在制造和服务领域的应用

上海和长三角产业数字化转型的最大优势是具有完善的产业体系和丰富的下游数字技术应用场景。要依托上海和长三角产业和服务平台,拓展协作机器人在制造业和社会公共服务领域的应用。一是加快协作机器人在科技型中小微企业和园区制造生产场景的应用。完善协作机器人适应个性化场景需求,加快协作机器人从大批量生产向小批量订制生产,应用场景向多样化和复杂性的转型。二是拓展协作机器人在商务楼宇等多元市场服务场景的应用。建立行业内和行业间协作机器人作业信息创建和共享平台,推动数据整合和建模,形成关键组件的服务作业标准,实现协作机器人应用场景从制造业向商业和服务多元化领域延伸。三是推动协作机器人进入养老等个性化社会服务领域。加快完善“网格化”管理技术与人口健康档案等数据库的融合,形成社区智能感知认知体系和社会服务供需的智能感知网,加强协作机器人提供数字化个性化服务的能力,推动协作机器人进入为老服务(如生活照料、健康监测、 政务服务办理等)社会服务领域。

3. 加快形成人机协作机器人的管理和治理模式

协作机器人作为数字技术的具体形式,在大规模进入智能制造应用后,其产业的领跑者将成为人机协作机器人游戏规则的制订者和标准设定者,为此,上海要前瞻性地探索协作机器人的产业化应用,形成人机系统智慧管理和治理经验,率先形成数字治理模式。一是建立数据共享规范和综合信息处理中心,优化系统算法算力,对标人机协作机器人交互标准,建立有层级的协作机器人综合智慧管理网;二是进一步加强人机协作机器人形成的数字化应用大数据分析及整合,形成协作机器人分布式部署及智慧管理模式。

 

原稿来源:“欧盟人机协作之研发战略”《经济前瞻》(第195期)

执笔:市政府发展研究中心信息处  周师迅、张明海