2018-AI之机器人学研究报告_64页-4mb

AI之机器人学研究报告总结

核心内容

本报告围绕机器人学的发展现状、知识图谱、技术源起、学者分布、发展趋势等核心内容展开，旨在揭示机器人学作为未来全球经济增长新引擎的潜力，以及其在人工智能、计算机系统组织等学科基础上的发展路径。

主要观点

• 机器人学的多学科融合：机器人学是机械、电子、控制、计算机、传感器和人工智能等多学科交叉融合的产物，其发展依赖于这些领域的协同进步。
• 机器人市场发展趋势：机器人产业正在迅速发展，尤其在亚洲市场表现突出，中国已成为全球最大的工业机器人使用国。
• 智能化是未来方向：智能机器人是机器人学发展的必然趋势，依赖于人机交互方式的改善和数据获取与处理能力的提升。
• 全球学者分布：全球机器人学研究集中在美、中、日、德等少数国家，美国在机器人学研究方面处于领先地位。
• 机器人技术发展趋势：Robotics的发展主要集中在移动机器人、人形机器人和人机交互等领域，其中移动机器人是当前研究的重点。

关键信息

机器人现状及市场

• 机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器和人工智能等技术于一体的自动化装备。
• 机器人市场分为工业机器人和服务机器人两大类，其中服务机器人又细分为个人、家用和专业服务机器人。
• 2017年全球机器人市场价值约232亿美元，预计到2020年，全球工业机器人存量将从182.8万台增加到305.3万台，年均增长率约为14%。
• 中国是全球最大的工业机器人使用国，2020年工业机器人存量预计超过95万，远超欧洲和日本。
• 《中国制造2025》规划明确了2020、2025和2030年工业机器人销量目标，预计未来10年中国机器人市场将达到6000亿元人民币。

Robotics 的知识图谱

• Artificial Intelligence 是机器人学的重要基础，涉及路径规划、控制方法等。
• Computer Systems Organization 为机器人提供行为规划系统，尤其在嵌入式与网络物理系统方面有重要贡献。

L0 Artificial Intelligence

• 主要研究方向：语言识别、图像识别、自然语言处理、专家系统等。
• 代表学者：Sebastian Thrun、Wolfram Burgard、Hiroshi Ishiguro、Atsuo Takanishi 等。
• 代表论文：Probabilistic robotics、Robot vision、The complexity of robot motion planning 等。

L0 Computer Systems Organization

• 主要研究方向：嵌入式与网络物理系统，涉及系统健康监测、信息融合、智能控制等。
• 代表学者：Jian Huang（黄健）、Shankar Sastry 等。
• 代表论文：optimal adaptive system health monitoring and diagnosis for resource constrained cyber-physical systems、toward a science of cyber-physical system integration 等。

Robotics 的技术源起

• 机器人技术的起源可以追溯到20世纪20年代的科幻作品。
• 1954年，美国戴沃尔发明了第一台机器人实验装置，1960年Unimation公司生产了第一台工业机器人Unimate。
• 1967年，日本川崎重工开始制造机器人，开启了机器人制造和开发热潮。
• 20世纪80年代，随着计算机技术的发展，机器人技术进入新阶段。

中国 Robotics 的发展

• 中国机器人学研究起步较晚，但发展迅速，尤其在21世纪后。
• 1972年，中国科学院沈阳自动化研究所开始机器人研究。
• 1985年，我国第一台水下机器人“海人一号”首航成功。
• 1997年，南开大学研制出我国第一台用于生物实验的微操作机器人系统。
• 2015年，《中国制造2025》提出推动机器人产业发展，涵盖医疗健康、家庭服务、教育娱乐等领域。

Robotics 的学者分布

• 全球机器人研究学者主要集中在美、中、日、德等国家。
• 美国在机器人学研究方面处于领先地位，日本在服务机器人领域表现突出，德国在服务机器人技术上具有世界领先水平。

Robotics 的研究学者

• 代表学者：Roland Siegwart、Atsuo Takanishi、Paolo Dario、Kerstin Dautenhahn、Hiroshi Ishiguro、Takayuki Kanda、Wolfram Burgard、Manuela M. Veloso、Gerd Hirzinger、Sebastian Thrun 等。
• 这些学者的研究兴趣集中在移动机器人、人形机器人、人机交互、控制方法、机构设计等方面。

Rising Star

• 学术新秀包括 Albert Y. Zomaya、Witold Pedrycz、Fuchun Sun（孙富春）、Dasgupta Prokar、Shuzhi Sam Ge 等。
• 这些学者在机器人研究领域表现活跃，对相关技术的发展有重要推动作用。

Robotics 发展趋势

• 全球关注的热点包括移动机器人、人形机器人、人机交互、实时处理、神经网络等。
• 移动机器人技术涉及传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程和人工智能。
• 人形机器人研究重点包括行走、感知、交互与智能化，日本在这一领域具有领先优势。

Humanoid Robot

• 人形机器人是未来广泛应用于日常生活的机器人，具有高度智能化和仿人能力。
• 人形机器人发展分为两个方向：外形与人类相似和功能与人类相似。
• 代表产品包括索尼的QRIO和本田的ASIMO，具有高度的交互能力与自主性。

Humanoid Robot 的发展

• 人形机器人研究始于20世纪60年代后期，日本是最早开展研究的国家之一。
• 早期研究集中在行走机构设计，后期转向视觉、听觉与交互能力。
• 机构设计、控制技术、传感器技术和人工智能是推动人形机器人发展的重要因素。

Humanoid Robot 的关键技术

• 机构学：人形机器人结构依赖于精巧的机构设计，提高行走能力与灵活性。
• 控制技术：提高人形机器人控制精度，使其更接近人类的行走方式。
• 传感器技术：提升人形机器人对环境的感知能力，使其具备多种感应功能。
• 人工智能：实现人形机器人对环境的判断与处置能力，提高其自主性。

Humanoid Robot 的应用

• 家庭应用：家庭智能机器人承担清洁、看护、娱乐等功能，成为物联网时代家庭的核心终端。
• 医疗应用：医用机器人涵盖诊断、手术辅助、康复等领域，具有精准性、智能化与微创化特点。
• 其他领域：包括工业、军事、教育、科研等，推动机器人技术的广泛应用。

中国家用机器人发展

• 市场现状：中国家用机器人市场起步较晚，主要依赖进口部件组装。
• 产品渗透率：沿海城市家用机器人渗透率约为5%，而内地城市仅为0.4%。
• 主要公司：科沃斯机器人有限公司、深圳银星智能电器有限公司、北京利而浦电器有限责任公司、深圳智宝人工智能科技有限公司、苏州益节智能科技有限公司、浙江海星电子科技有限公司、上海罗宝信息技术有限责任公司等。

医疗服务机器人

• 发展历程：从传统的手术刀到微创手术，再到达芬奇机器人，医疗服务机器人经历了多个阶段。
• 特点：具备精细化、智能化和微创化，能更精确地诊断和治疗，减少人工操作失误，提高患者恢复速度。
• 应用领域：包括诊断机器人、外科手术辅助机器人、康复机器人等。

结论

• 机器人学作为一门多学科交叉的学科，正在快速发展，成为全球经济增长的重要引擎。
• 中国在机器人产业方面有巨大的发展潜力，但需在关键技术、品牌建设与市场推广方面加强。
• 未来，随着人工智能、传感器技术和控制系统的进步，人形机器人和移动机器人将在家庭、医疗、工业等领域发挥越来越重要的作用。