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机器人行业分析报告
2015年机器人行业分析报告
2015年9月
目录
一、机器人的发展进化史3
1、所谓“上古机器人”3
(1)会跳舞的伶人3
(2)记里鼓车:
类似现代汽车里程表4
(3)木牛流马:
最早的陆地军用机器人4
(4)漏壶:
历史上最早的机“上古机器人”之一5
(5)发条骑士:
达芬奇制作5
(5)“沃拉拉”机械鸭子6
(6)穿孔卡片控制的自动织机6
(7)Teleautomaton:
第一次使用电机和变速箱6
2、“现代机器人”技术大爆发7
3、“现代机器人”分为工业机器人和服务机器人11
(1)工业机器人技术成熟,已大规模应用11
(2)工业机器人技术浅析13
(3)服务机器人是全球技术争夺最高点13
(4)服务机器人技术浅析15
二、机器人的未来:
代替人、超越人16
1、“部分代替”转向“全面代替”16
(1)机器替人需求日益紧迫17
①人口结构:
未来10年适龄劳动人口下降近1000万/年17
②劳力成本:
工资水平将持续刚性上升20
③每年劳动效率增速高于1%即可轻松解决劳动力减少问题21
(2)最具有的潜力发展方向22
2、军事上将率先实现挑战人类极限23
一、机器人的发展进化史
1、所谓“上古机器人”
机器人(Robot)最早来源于捷克剧作家卡尔·恰佩克(KarlCapek)创作的戏剧作品《罗素姆万能机器人》(RossumsUniversalRobot)。
这个词源于捷克语的“robota”,意思是“苦力”。
顾名思义,它既是一种机器,可以做一些繁重的工作,又能像人一样,完成一些复杂精密的劳动,甚至具有一定的思维能力,或者说智能。
如果仅仅以代替人完成一些繁重的劳动,或者说帮助人来节省体力或者时间这样的智能小工具来定义机器人的话,那么早在“机器人”这个词诞生之前机器人就存在了,我们姑且将它们笑称为“上古机器人”。
(1)会跳舞的伶人
从国内看,最早的上古机器人应该是3000多年前周穆王西越昆仑山遇到偃师所制的会跳舞的伶人。
根据《列子·汤问》的记载,它可以像真人一样疾走缓行,俯仰自如,抑或低头歌唱,歌声合乎旋律,甚至可以抬起两手舞蹈,舞步符合节拍,动作千变万化,随心所欲,偃师将它拆散展示给穆王看,这个伶人是用皮革、木头、树脂、漆和白垩、黑炭、丹砂之类的颜料凑合而成的。
(2)记里鼓车:
类似现代汽车里程表
而到了2000年前的汉代,大科学家张衡不但发明了反映天象的浑天仪和测定地震的地动仪,而且发明了一种记里鼓车。
记里鼓车每行一里,车上木人击鼓一下,十里击钟一下。
根据后人推测,记里鼓车采用了互相齿合的水平齿轮系与垂直齿轮系及带传动系统,令人惊叹的是,其齿轮转动原理与现代汽车里程表十分相似。
(3)木牛流马:
最早的陆地军用机器人
这些上古机器人中,最著名的当属三国时期诸葛亮发明的木牛流马,《三国志•诸葛亮传》记载:
“亮性长于巧思,损益连弩,木牛流马,皆出其意。
”但由于木牛流马没有任何实物与图形存留后世,这种可以被称为“最早的陆地军用机器人”的运粮工具的真实情形已经很难考证。
后世无论是唐朝的《太平广记》、宋代的《太平御览》、《梦溪笔谈》还是清朝的光绪年间的《湘谭县志》,都记载了我国古代的能工巧匠们制造奇巧工具来帮助人们干活的故事。
与此同时,国外的匠人们也发明了一系列让人惊讶的的“上古机器人”。
古希腊哲学家亚里士多德就曾经想象过机器人的功用,他写道:
“如果每一件工具被安排好甚或是自然而然地做那些适合于它们的工作……那么就没必要再有师徒或主奴了。
”
(4)漏壶:
历史上最早的机“上古机器人”之一
古巴比伦人在公元前1400年发明的漏壶被认为是历史上最早的机“上古机器人”之一。
它能够利用水流来计量时间,公元前6世纪传入中国,在公元前270年左右,古希腊发明家克特西比乌斯(Csestibus)对水钟进行了新的改造,使之能够以恒速滴落的水滴使一个带指针的浮子上升,借以指示时间的推移,并且采用人物造型指针指示时间。
(5)发条骑士:
达芬奇制作
500多年前文艺复兴三杰之一的莱昂纳多•达•芬奇(LeonardoDaVinci)也设计了一种发条骑士,并且试图让它能够坐直身子、挥动手臂以及移动头部和下巴。
(5)“沃拉拉”机械鸭子
18世纪,法国发明家雅克•沃康松(JacquesVaucanson)制造了一只名为“沃拉拉”的机械鸭子,它的外表与真实的鸭子十分相似,内部结构极尽精细,由近千个活动零件构成,仅一只翅膀的可移动零件数量就超过400,它可以站立、坐下、整理羽毛、扇动翅膀,甚至能够发出呱呱声、喝水、吞食谷物。
(6)穿孔卡片控制的自动织机
19世纪初法国丝绸织工兼发明家约瑟夫•雅卡尔(JosephJacquard)发明了一种可以通过穿孔卡片控制的自动织机,在十年之内,这种织机被大规模生产出来,整个欧洲有数千台投入使用。
(7)Teleautomaton:
第一次使用电机和变速箱
1897年,特斯拉研制出可以实现多种动作的机器人teleautomaton,它是一艘自动驾驶的船,长度约1.8米,外形很像锅炉,船顶安装了接收无线电信号的天线,船舱被分为若干固定大小的空间,其中一部分用于安放将无线信号转换为机械驱动电流的装置,通过电机和变速箱与尾舵和螺旋桨相连;一部分被设计用来携带军事物资,如炸药,舱顶还装有可遥控开关的电灯。
“上古机器人”充其量只是带来便利性的精巧小机械。
从古今中外众多发明家的杰作中,可以看到这些“上古机器人”们已经具备了一定的智能性质,或能减轻人们的工作负担,抑或能自动完成一些特殊的任务,但这些终归只能算给人带来一定方便的精巧的小机械,很难满足现代人对于机器人的定义以及定位,而随着整个20世纪科学技术大爆发,真正意义上的“现代机器人”出现了。
2、“现代机器人”技术大爆发
现代机器人的发展史可以概括成科幻-现实切换史。
机器人的发展历程特别是近现代的发展历程在科技史上绝对是十分特殊的,因为从没有哪项科技的发展是同时在科幻与现实之间相互切换,并且迅猛发展的。
简单回顾“现代机器人”的发展历程中的一些重大事件:
1922年《罗萨姆的万能机器人》被引入美国,仅在纽约就连续上演了184场,1923年又进入伦敦的剧院,“robot”一词被沿用至今。
1926年导演弗里茨•朗拍摄了电影《大都会》,这部无声电影中出现了一个女性机器人,这是机器人第一次出现在大银幕上。
1942年美国科幻作家艾萨克•阿西莫夫发表了的短篇小说《环舞》,其中提出了“机器人三定律”:
机器人不得伤害人类,或坐视人类受到伤害;除非违背第一法则,机器人必须服从人类的命令;在不违背第一及第二法则下,机器人必须保护自己。
虽然诞生在小说之中,但“机器人三定律”逐渐成为学术界默认的研发原则。
1948年美国数学家诺伯特•维纳发表了《控制论:
或关于在动物和机器中控制和通信的科学》一书,这是实用机器人领域具有开创意义的著作,他首先提出了“控制论”这个概念,第一次把只属于生物的有目的的行为赋予机器,阐明了控制论的基本思想,控制论、系统论和信息论是现代信息技术的理论基础。
1951年工业机器人先驱乔治•德沃尔创造了世界第一台可编程的机器人“尤尼梅特”,1956年乔治•德沃尔和约瑟夫•英格伯格创立了世界第一家机器人公司尤尼梅申,1961年尤尼梅特被投入通用汽车公司的一条汽车装配生产线,正式开始工作。
1966年斯坦福大学人工智能研究中心开始了谢克机器人的研发工作,这是第一台移动机器人,它被赋予了有限的观察和环境建模能力。
1968年斯坦利•库布里克导演的《2001太空漫游》之中,出现了一台名为HAL9000的人工智能计算机,它掌管着“发现号”太空飞船,最终它发了疯,这也反映了人们对智能机器力量开始感到担忧。
1978年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA,这标志着工业机器人技术已经完全成熟,PUMA至今仍然工作在工厂第一线。
1979年斯坦福推车诞生,它是一辆四轮漫游者,眼睛是摄像头,通过分析以及对自己的路线进行编程,它能够在一个满是椅子的房间里绕开障碍物行进。
1997年“旅居者”探测器开始了火星科研任务,它的最高行走时速为0.02英里,这台机器人探索了自己着陆点附近的区域,并在之后三个月中拍摄了550张照片。
2000年本田汽车公司出品的人形机器人阿西莫走上了舞台,它身高1.3米,能够以接近人类的姿态走路和奔跑。
2002年iRobot公司发布了Roomba真空保洁机器人,这款产品售出了600多万台,从商业角度来看,它是史上最成功的家用机器人。
2012年“发现号”航天飞机将首台人形机器人送入国际空间站,这位机器宇航员被命名为“R2”,它的活动范围接近于人类,并可以执行那些对人类宇航员来说太过危险的任务。
2014年软银总裁孙正义在东京举行的新闻发布会上正式公布了一个名为Pepper的类人型机器人项目,Pepper的定位是未来的家居伴侣,可以说是世界上第一款向消费者发售的全尺寸类人型机器人产品。
到“现代机器人”的阶段,有关机器人的基本原理和构想已经非常成熟了,主要包括控制系统、驱动系统、执行系统、人-机-环境交互系统等。
3、“现代机器人”分为工业机器人和服务机器人
(1)工业机器人技术成熟,已大规模应用
工业机器人主要是替代人工从事上下料、锻造切割、焊接、喷涂、装配、搬运、码垛等一些简单重复的工业生产作业工作。
一般由控制器、驱动系统(伺服驱动、伺服电机和减速机)、机械执行装置等组成,主要模仿人的腰部、手臂等功能,工作场景集中在工厂,运行路径相对固定。
目前工业机器人的技术已经较为成熟,并且已经在很多行业大规模运用。
常见的工业机器人有关节型机器人、并联机器人、桌面机器人、AGV(AutomatedGuidedVehicle:
自动导引运输车)等。
关节型机器人:
是最为常见的,它一般有4~6个自由度,功能最强大,广泛应用在装配、搬运、焊接、喷涂等领域。
并联机器人:
一般具有两个或两个以上自由度,且以并联方式驱动的一种闭环机构,目前主要应用食品、药品、电子、玻璃等行业进行搬运,分拣等工作。
桌面机器人:
特点是小型化,精度高,在小负载情况下(<10kg)重复定位精度能达到±10um~50um,比头发还要细(普通头发的直径为60~90um),这类机器人主要应用在需要精密加工的一些行业(如手表行业)。
AGV(AutomatedGuidedVehicle)又称“自动导引运输车”或者“无人搬运车”:
属于轮式移动机器人(WMR――WheeledMobileRobot)的范畴,它能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能,目前广泛应用于仓储、码头、机场、化工等行业。
(2)工业机器人技术浅析
主要涉及精密机械、数控技术、传感器技术、机器视觉、图像处理、模式识别等;
传统技术占比较高,发展相对成熟;
技术发展多是点状改进型,国内还未完全掌握核心技术,正处在技术研发突破关键时期,由于非纯原始创新,预计技术突破会快于大家的预期。
(3)服务机器人是全球技术争夺最高点
服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人,它能更全面的模仿人类或动物。
拥有视觉、语音等各种复杂的传感器以实现类人的信息交互功能,有更为灵活多样的驱动和执行系统以模仿人或动物的各种运动功能,拥有复杂的人工智能控制系统以实现思维控制功能。
主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。
目前服务机器人发展仍然处于百家争鸣的状态,各家公司在不同的领域内各自研究。
目前,技术有较大突破的主要集中在家庭服务、商业服务、娱乐、医疗、社交等方面。
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