机器人在航空领域的应用

　　腾讯科技讯 2008年11月21日，深圳市创新大讲堂开始第二场，北京航空航天大学的机器人研究所所长毕树生为市民以“机器人在航空领域的应用”为主题，进行了精彩的演讲，同时，我国机器人学和机器人应用方面著名的专家贠超教授也一起参与了此次演讲。

　　以下为此次演讲实录：

　　主题：机器人在航空领域的应用

　　时间：2008年11月21日

　　地点：龙岗中专

　　主持人：尊敬的各位领导，各位科技辅导员，各位同学，下午好！今天第一位的演讲嘉宾是毕树生教授，他是北京航空航天大学的机器人研究所所长，博士生导师，在机器人学和机器人研究方面取得了很多成就，是教育部新世纪优秀人才，美国ICPE会员，中国机械工程学会高级会员，中国自动化学会高级会员，中国机器工程学会生物制造分会理事，中国自动化学会机器人分会理事等等兼职。那么曾经承担过，现在也是承担多项国家调研科学基金，国家863、973等重大项目。发表论文100余篇，其中多篇被FCI、EI等收录，下面就有请毕教授给我们讲座。欢迎！

毕树生在深圳市创新大讲堂做主题演讲

　　毕树生：各位老师，各位同学，下午好！非常高兴，非常荣幸有这样的机会与各位老师，各位同学进行面对面的交流，今天我建设的题目是机器人在航空航天领域中的应用，我介绍的内容分四部分。第一项我想简单介绍一下什么是机器人，也就是说机器人有没有一个确切的定义，因为在座的同学和老师并不是从事机器人研究的，有必要解释一下。第二我想介绍一下空中飞行机器人。第三想介绍一下机器人在航空制造业的应用。第四项内容介绍一下机器人的航天领域中的应用。因为机器人在航空航天领域内主要分这么三类，一类就是在空中飞行的这种无人驾驶飞行器，一类是机器人用在飞机制造业中，还有一种就是常说的这种月球车，火星探测器以及太空机器人，这三种机器人并没有太直接的联系。

　　首先我想解释一下什么是机器人，这是一个非常难以回答的问题，也是一个没有统一答案的问题。但是我们人总有一种习惯，总希望给一种东西，给一种装置，一个确切的定义。但是机器人从上个世纪50年代出现以来，机器人的定义一直没有一个确切的答案。不同的国家，不同领域的专家的定义都是不同的。也就是说，仁者见仁，智者见智。我这里简单介绍一下几种国家对机器人不同的解释。

　　美国是发明第一台工业机器人的国家。他对机器人的定义是这样的，机器人是一种可编程的多功能机械装置，针对不同的作业任务编制相应的运动程序，机械装置就能执行搬运物料、零部件、工具及特殊设备的工作。

　　前苏联，它解释机器人是一种可编程序的多功能执行机构，它被使用于通过各种液晶编程的动作，来搬运金属部件，工具或特殊装置，完成各种任务。

　　国际标准化组织，也就是IFO，它解释机器人是一种具有控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。这几种定义主要是指的工业机器人。现在我们工业机器人在汽车制造领域，家电领域用的已经非常普遍，我这里就不做介绍。

随着科技水平的提高，我们机器人已经深入到我们的一些生活当中，我们的学习过程当中，我们的娱乐过程当中。所以机器人的定义也在不断完善和发展。这里举几个例子，一个就是日本，根据现存机器人它有一个定义，它说机器人是一种具有移动性，个体性，智能性，通用性，对现存机器人有一个定义，他是机器人是一种具有移动性、个体性、智能性，通用性，半机械半人性，自动性，奴隶性这七个特征的柔性机器，基本上把现有的机器人都包括进去了。

　　我们中国的专家也对机器人有一个定义，和日本专家的定义差不多。中国专家认为，机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具有一些与生物相似的这种能力，包括感知能力，对话能力，动作能力和协同作业能力，是一种具有高度灵活性的自动化及其。另外还有很多很多的定义，同学们在网上查一查这个定义，很多。但是，这是否意味着现在大家都接受这种定义呢？也不尽然。随着机器人的发展，机器人的定义也在不断变化。

　　我这里举几个例子，现在人们已经可以制造各种人工性器官，人工心脏，人工肺脏。心脏在人体是仅次于大脑的器官，人可以制造出来，代替人的心脏。还有就是说，现在人们已经可以通过大脑控制一些简单的机械，运动的本体是机械，控制的是人的大脑，机器人还是人。现在人们已经可以开以用微电脑来控制动物的行动。山东科技大学就在鸽子的脑袋上安装一个控制装置，对鸽子的大脑进行不断刺激，鸽子就可以按照人的意愿来飞行。

　　还有南京航空航天大学可以对壁虎的爬行进行控制。本体是肉体，但是控制是一个电脑，这是机器人还是人？所以无法下定义。所以机器人在进化，也就是机器人的概念在不断扩展。现在机器人领域的专家对机器人的概念或者机器人的定义现在也不进行争论。但总的来说，机器人的发展趋势是这样的。现在机器人身上的生物特性慢慢地增加，比如我们看到一些电视上一些娱乐机器人，有表情，可以简单的绘画，这都是一些生物特性逐渐增加，而机器特性慢慢慢慢减弱，我们不是看到机械臂或者刚性的部件，这是一个总的趋势。

　　我刚才说了，现在机器人已经深入到我们的生活，已经运用到各个领域，包括娱乐，包括服务，包括教育，还有工业生产，军用各个领域，介绍起来内容非常繁多。今天我想介绍一下机器人在航空航天领域当中的运用。因为我来自于航空航天大学，我觉得有必要对这个进行一些介绍。

首先我想介绍一下空中飞行机器人，也就是这种无人飞行器，这种飞行器是以自身程序控制为主的空中飞行器。咱们平时的航母严格来说不算机器人，但是如果说这个飞行器能够有自驾仪，能够以自身程序控制为主进行的话，这就是一个飞行机器人。现在空中飞行机器人已经得到了应用，它因为重量小，和咱们传统的大型的这种客机、运输机，战斗机相比，它重量非常小，成本也比较低，机动性比较高，隐秘性比较好，所以说它特别适宜于执行危险性比较大的任务。应用领域包括军事领域，民用领域，甚至将来的航天领域。

　　在军事领域，各种飞行器，各种飞行机器人可以弥补侦察卫星和侦查飞机的一些空白区，可以作为通信中继，可以当作反辐射和攻击武器，也可以靠近敌人的雷达，干扰敌人的雷达和破坏中枢，还可以涂上一些反射材料来试探敌人的雷达性能参数，也可以作为边境或者海防缉私巡逻，也可以作为靶机训练等等。这是在军事领域。

　　在民用领域也有很多的应用，包括航空遥感、资源勘探，大地测绘，还有包括发生地震或煤矿倒塌时，在倒塌空间内寻找幸存者和遇难者，咱们这次汶川大地震就用上了这种无人直升飞机，拍摄了据说一千多幅照片，然后这种飞行器也可以进入核、生、化污染区，一边对这种污染区进行监测，以便实时地进行控制。另外呢也可以未来在城市环境中进行秘密监测和侦查。还有就是我们可以在草原上，对野生动物群进行跟踪等等。这都是一些潜在的应用。

　　空中飞行机器人，大家也可以想象出来，主要分三类。一种就是固定的飞行器，也就是常说的军用的这种无人驾驶飞机，还有旋翼式飞行器，也就类似于直升机，第三种是扑翼式飞行器。每一种我简单举几个例子，目前最成功的无人驾驶飞机已经得到应用的就是美国，最新式的X-47A无人驾驶飞机，这种无人驾驶飞机可以在航空母舰上起落，它是在完全自动驾驶状态下飞行的。另外，法国达索公司研究一种也是这种无人驾驶飞机。第四类，他也开发了一种苍鹭式，苍鹭远程无人驾驶飞机，它的最高飞行高度可以达到九千米，它可以在千里之外进行侦查任务，连续飞行三十个小时。它只是在起落或着陆的时候采取遥控，在整个飞机驾驶过程中主要是自动驾驶仪。

　　我们国家也开展了无人驾驶飞机，这个我就不想讲了，但是我想介绍我们所的，我们所也研究了一种比较小型的无人驾驶飞机，也就是微型飞行机器人，它的翼尾在一米五左右，一米五到两米左右吧。它在整个飞行过程当中是完全自主的，只是在着陆和起飞的时候人员进行遥控。它实际航程可以达到90公里，去年南极考察就携带着这种无人驾驶飞机，就是我们所开发的无人驾驶飞机。这都是稍微大型的，就是几米或者几十米长的无人驾驶飞机固定翼的。

　　还有就是这两年，国际上不断地出现一些新的型号的小型固定翼飞行器，最著名的就是1997年美国AeroVironment公司研发的这种黑寡妇固定翼飞行器，它只有15厘米大小，很小的一个固定飞行器。它直径只有15厘米，重量只有60克，但是它的续航时间可以达到22分钟，普通速度20米每秒，它可以携带一些一些摄像机，一些传感器，这是比较有名的。另外我们国家南航，西北工大，北航都开发了一些小型的无人飞行器，这是固定翼的。

　　固定翼是相对来说比较成熟的飞行机器人，旋翼的现在也是达到应用的程度，这是美国“火力侦察兵”的无人直升机，还有我们国产的“WD100型”无人驾驶飞机，这都可以在自主导航的情况下飞行。还有就是小型的无人驾驶飞行器，也就是空中飞行机器人。这是斯坦福大学开发出来的旋翼式飞行器，这个也是15厘米大小，重量只有300克，携带载荷可以达到100克，上面可以附带一些红外成像器，GPS导航系统，还有一些陀螺等等传感器。

　　另外美国霍尼韦尔这个公司大家都知道，做芯片的，他也开发了一种微型侦查设备，就是小的直升机，这个直升机高度只有一尺左右，它巡航的速度是80公里每小时，升限可以达到3000米，它可以在雨雾、沙尘中飞行，它可以实时把图象传输到地面，地面的设备可以存储60分钟的录像，它自身也可以存储10分钟的图象，这是已经在军队中应用的空中飞行机器人。

　　2005年我们去日本开会的时候，和贠超教授去日本开会的时候，05年日本已经开发出一种世界上最小的旋翼式的微型飞行机器人，直径只有13厘米，重量只有8克左右，它可以携带微型陀螺，带有蓝牙的CMOS相机，可以对地面上的情况进行录像。假如这些飞行器用在一些煤矿塌陷救灾过程中，人进不去，可以放一个直升机下去，看看下面有没有人生还，这都有可能的。这就是空中飞行机器人旋翼。

　　扑翼，因为地球上飞行的鸟也好，昆虫也好，大部分都是采取扑翼式飞行方式，扑翼式飞行方式，也有人开发出来这种扑翼式飞行器，但是大部分都是30厘米以上的扑翼式飞行器。现在起飞或者是环境比较恶劣的情况下，大部分采用遥控的；在比较好的环境下，可以采用自动驾驶，自动飞行。这个也可以用在救灾、防恐方面。我要介绍的是什么呢？微型扑翼飞行器。

　　所谓微型飞行器，一般的界定，最早的界定是15厘米以下的，尺寸在15厘米以下的飞行器我们称为微型飞行器。但是自从美国开发出VBF这种飞行器以来，它的尺寸扩展了，就是23厘米以下的飞行器都定义为微型飞行器。开发的最成功的就是VBF，它的翼展23厘米，持续微蝙蝠，它可以连续飞行22分钟，现在不知道飞机时间是不是更长一些。它的骨架是采用钛合金的，机翼是采用塑料薄膜，可以遥控飞行，也可以实行短暂的自主飞行，它现在已经开发出4代样机，这种微型飞行器很小。

　　另外像一些国家，特别是美国，它投资了很多资金开发微型飞行器，这是正在开发的一种MFI，就是微型机器苍蝇，这个如果在网上搜索MFI，图片很多。现在已经达到升空，但是它很难达到自主飞行。为什么呢？我们现在还无法做到这么小的陀螺和这么小的传感器。它底下分开的一板是太阳电池，可以通过太阳能来储存能量。这两个翅膀是采用两个四边形结构来完成拍打运动，在拍打过程中不但可以行拍，还可以进行旋转。就是说，在机翼的前沿和后沿，采用两个来驱动的，当两个同步的时候，翅膀是停扇的，当然它又可以扭转。这是模仿苍蝇。

　　实际上我们在所有的飞行的昆虫当中，苍蝇的飞行能力是最强的，尽管它很令人讨厌，据说苍蝇可以倒着飞。美国比较有创意，它模仿苍蝇，现在已经能飞起来了，但是还不能自主飞行。还有哈佛大学也在研究一种飞行机器人，它的尺寸也是两厘米大小左右，它也可以沿着一个导线飞起来，但是也不能自主飞行。

　　目前在空中飞行机器人当中，特别从机器人研究的科研人员当中，最感兴趣的就是扑翼式微型飞行机器人，为什么呢？他一个小，比较有挑战性。另外呢，可以用比较少的经费，一般像大型的无人驾驶飞机，都是国家行为，涉及到部门比较多，用的经费比较多，而且它任务比较明确。对这种微型的扑翼飞行器，相对来说比较有挑战性，而且有必要。因为体积比较小，效率比较高。为什么说效率比较高呢？据说有种海鸟可以直接从美国拉斯维加斯直接飞到俄罗斯，连续飞行30个小时中间不停留。这个鸟进食，吃东西很少，这说明什么呢？它的飞行效率非常高，吃的非常少，飞的时间和航程都非常远。就是说扑翼式飞行器它效率更高，它用的能量比较少，噪音比较低。咱们固定翼都是烧柴油的，噪音比较大；扑翼式飞行器有时候可以采用飞行电机或者其他的一些驱动装置，或者说人工驱动，噪音比较小，另外隐蔽性比较好，体积非常小，还有灵活性比较好。昆虫的灵活性非常好，机动性比较强。

　　还有为什么研究微型飞行器呢？像一般的昆虫也好，鸟也好，它都是有腿的，起飞和降落的时候不需要一些缓冲装置，有腿就可以了，腿一弹跳就可以起来，有一个促使加速度。降落的时候也有一个缓冲。像固定翼飞行器在起飞的时候必须有一个促使的速度，有个弹射力，所以研究扑翼式微型飞行器的优势还是比较明显的，同时也非常有挑战性。

　　第一个就是空中动力学理论还不是很完善，就是什么呢？大型飞行器追求的是一种定场空气动力学，这个理论相对来说比较成熟了。但是小型的，尺寸在7.5厘米以下，或者15厘米以下的飞行器，它追寻空气动力学理论，是和大型飞机器不一样的。我举个例子，如果我用一本书，我用一个钢笔推动它的话，钢笔和这个书必须接触，才能推动它。这时候起主导作用的就是动力，摩擦力，惯性力。如果是一个纸屑，很小的纸屑，用钢笔接触它的话，没接触到的时候就把纸屑就吸到了，这时候起主导作用的就是静电力，范德华力。所以尺寸越小，追寻的空中动力学就不一样。

　　我还举个例子，我们游泳的时候，人跳进游泳池是可以游动的，苍蝇掉进水里游泳就非常困难。它的阻力相对于它本身的质量太大了。飞行器也是这样，当飞行器小到一定程度的时候，它所追寻的这种空气动力学就不一样。但是这种空气动力学理论还不是很成熟，我们北航国家实验室也在研究这方面的理论。第二个就是微重力系统。现在大的飞行器都是采用发动机，内燃机，现在研究微型的飞行器必须开发微内燃机或者微推进器，现在已经有一些研究机构在开发这种几毫米大小的推进器，可以用在微型卫星上，可以用在这种微型飞行器上，还有微能源和电池问题。还有微传感器，现在一种飞行器能不能自主飞行，完全依赖于这种自动驾驶仪，陀螺等多种传感器，陀螺的重量非常大的话，这个飞行器本身就比较小，附载可以很小，上不去就达不到飞行的程度。现在容麦幕斯（谐音）研究机构投入了很多精力和资金在研究这种微型的加速度计，微型陀螺，微型摄像机等等。还有智能材料也是一个挑战，采用传统的这种驱动方式，这是传统的方式。当尺寸缩小到一定程度的时候，这种方式是不行的，必须研究这种智能材料。智能材料是什么呢？就是施加电压和电流的时候可以发生型电，从而达到驱动的目的。这就是智能材料。现在这几年，美国，英国，德国，日本，国内也有一些科学家在研究微小型飞行机器人。这是我要介绍的空中飞行，在空气当中飞行的机器人。第三个就是在太空中用的机器人。

第二部分，在航空制造业中用的机器人。在航空制造业中用的机器人主要是工业机器人，工业机器人现在在汽车行业、家电行业等等，已经用得非常普遍，在物流行业也是。那么在航空企业里头，至少在国内，用的还不是很多。在介绍机器人在航天制造业的应用之前，我先给大家介绍几件大事，也就是2007年底到现在为止，我们国家在航空业已经取得的一些成果。一个就是2007年底，2008年初，我们国家具有中国知识产权的首架喷气直升客机ARG21-700飞机下线，这个飞机可以是一个支线飞机，70到90座的。2008年6月份，中国首架具有自主知识产权的涡浆支线客机新舟600下线，这也是个支线客机。还有就是2008年5月，中国成立了中国商业飞机制造公司，这是一个部级的公司，主要是负责研发大型秘书机，大型客机。还有今年11月份，成立了中国航空工业集团公司，还有今年11月份在珠海有一个航展，我们有一些新型的战斗机，新型的航空器进行了展示。2008年对航空界是好事连年的一年。

这一系列事说明几个问题，我个人认为，至少说明三个问题，一个就是需要，就是我们国家改革开放三十年，我们需要大型客机，我们需要这种先进的战斗机。第二，也是我们有能力，不但在经济实力上有能力制造出我们自己的大型飞机和先进的战斗机，同时也有能力制造这种飞机。第三个就是决心，我个人感觉，这是几十年来，航天相对航空发展得比较快，国家投资也是比较大的。在航空业，特别是80年代末90年代初，航空业非常低迷，很多航空制造业开始制造客车，制造摩托车等等。

　　近几年我们国家已经发现必须发展航空业，说明这三个问题既需要，也有能力制造，我们也有决心。但是否就说明我们的制造水平就很高了呢？不是的，我们现在航空业的制造水平与发达国家相比，还有差距，主要体现在工艺上，智能材料上，复合材料上，设备上。原因是什么呢？我想有两条，一条就是我们制造基础相对比较薄弱，我们是一个制造大国，但不是一个制造枪国。特别在一些航空制造企业里头，一些设备非常先进，国外有些新的设备我们都有，但是我们的制造效率，利用率并不是很高。

　　还有就是我们发展航空业，从建国以后，我们发展航空业，制造飞机主要是通过仿制国外的产品的这种方式来仿制的，在结构、功能上仿制，但是在制造的水平，制造的设备上，或者制造的技术上没有进行及时的更新。所以我们制造的飞机跟国外制造的飞机差不多，但是我们是手工制造出来的，自动化程度非常低。要想提高制造水平，对我们从事机器人研究的人员来讲，马上想到能不能将机器人用在航空制造业当中。机器人在机器领域，家电领域等等已经用得非常普遍，那么机器人能不能用在航空业呢？实际上国外已经把机器人用在航空制造业，也就是用在飞机制造业当中。

我这里举几个例子，相对于汽车而言，机器人在航空制造业应用起步还是相对来说比较晚，原因是什么呢？飞机零部件体积非常大，大型飞机，光翅膀有十几米，二十几米。长的汽车就十几米。而且汽车的形状非常复杂，都是复杂的曲线，材料非常多，产量比较低，像汽车，光北京每年的汽车销售量40万辆，全国更多了，量多了以后就可以实现自动化。飞机的话产量还是比较低的，这一系列的原因，就限制了机器人的应用。

　　但是最近几年，随着技术水平的提升，客户订货适当的增加，以及人们对飞机品质要求的提高，越来越多的机器人慢慢已经用在飞机制造。我举几个例子，一个就是机器人可以对加工的飞机上的大型的零部件调整姿态。就是我们在加工的时候有个常识，一般是钻孔也好，铣削也好，都希望刀具和工具表面是垂直的，但是再加上复杂曲面的时候，因为机床的钻头是不能调整姿态的，这时候我们要调整这种姿态。对于飞机来说，它的部件有的非常大，这样就可以使用两台机器人实时调整姿态，使得这种工具的表面始终垂直于刀具，这就是两台机器人端着飞机的一个翅膀，他保证这个钻孔的钻头或者铣削的刀具垂直于被加工零件的表面，这是机翼的加工。这是一种应用。

　　还有就是用在飞机表面的这种涂层。一般隐身战斗机需要在飞机的表面涂一层隐形材料，这种材料可以吸收雷达波，这样雷达就检测不出来了。飞机非常大，而且曲面外表面非常复杂，用人工来涂的话，一个是涂层的厚度不容易保证，另外一个是表面的光洁度不太好，契合度也不高。

如果说涂得不好的话，直接到影响你这个飞机的生存能力。你这个飞机隐形能力不好的话，马上就被对方知道了。如果说机器人的话，就可以使这种涂层的厚度，公差涂得非常均匀。这是美国一个公司开发的大型机器人涂覆系统。它是对美国第二代轰炸机的表面进行这种反辐射材料的涂覆，涂一层漆，它有四台机器人对飞机进行涂漆，三个机器人是固定在地面上的，有一台机器人是可以移动的，这是飞机表面的这种喷漆和涂漆是采用机器人的。

　　另外就是在复合材料中，也用了很多的机器人。因为随着时间的推移，无论是航空制造业也好，还是航空公司也好，都希望飞机的成本降低一些，都希望飞机的重量更轻，这样更节约燃料，都希望强度更高，而且都希望顾客坐上去很舒服，而且都希望这种飞机的抗疲劳性能更高，这样就促使了复合材料在飞机上用得越来越多。

我举一个例子，这是一个空客公司的A380，世界上最大的客机，他用的复合材料已经遍布飞机的整个机身。举个例子，目前波音787中，复合材料的比例已经占到总质量的50%以上；我们空客380飞机占整个飞机重量的39%。像F15，F22这种战斗机，它的复合材料占整个飞机重量的15%-30%。复合材料的采用，对传统的加工方式带来了新的挑战，什么意思呢？我们一般的金属，或者铝、钛、铜这种合金采用传统的方式就可以加工，但是复合材料要编织、缝合、截断，传统的设备和工艺都不适合了，但是机器人可以解决这个问题。

　　我举个例子，首先介绍一下这个复合材料，复合材料主要是碳纤维，一般碳纤维主要几种结构形式。一个是铺一层碳纤维，上面涂一层胶，再粘一层铝合金板，这也是一种结构。还有就是铺一层碳纤维，铺多层碳纤维，然后中间填充一些树脂，这是复合材料。这种复合材料在铺放的过程中可以采用机器人。假如铺一个机翼材料，机翼是一个曲面，或者在曲面上铺一层复合材料的话，一个是空间比较大，另一个比较复杂，这时候可以用机器人，机器人可以调姿态，另外机器人的工作空间比较大。这是外国一个公司开发了纤维的铺放单元，开发了已经十年，开发了对飞机的臂膀进行纤维铺放这种机器人系统，这是工业机器人。

　　另外就是复合材料的编织，有一些机器人的这种尾翼或者机翼采用复合材料，我们先做一个模具，这个模具跟飞机翅膀的大小差不多，在模具上编织这种复合材料，碳纤维，编织完以后把模具去掉，中间填树脂，这种编织的动作非常复杂，这就可以用工业机器人来完成。还有就是缝合，我们铺的很多这种碳纤维，要把它缝起来，缝合的话，也需要机器人来完成，这都是焊工件的缝合的机器人。

　　还有就是切割，激光切割，复合材料强度非常高，钢性并没有像金属那么好，但是切割的时候，有时候采用剪切的方式可能比较困难，激光切割就可以，但是激光切割需要一个运动单元带进激光头进行运动，这时候机器人就提供了很好的工具。复合材料的大量使用为激光切割、加工带来了机遇。以前激光切割用在汽车上，航空件上，切割金属，激光的优势并不是很明显，效率比较低，切割钢板的时候，还不如剪切机器线，一下剪断了。但是对于复合材料，激光切割就可以用得非常普遍。

　　还有就是摩擦，搅拌焊接，会经常用到很多很多的铝材，铝材料焊接很难的，铝材主要是靠摩擦焊。有时候两个工件相对运动，相对运动的话，高速运转的时候可以产生热，从而使这种金属熔化，粘贴在一起。还有就是两个工件对接，靠一个摩擦轮旋转摩擦产生热，使得两个工件结合起来。运动过程中，摩擦头走得比较复杂的曲线，这时候就由机器人来完成。机器人的运动轨迹，可以搞得比较复杂，这就用机器人进行航空的焊接。

还有就是激光焊，用飞机零部件的焊接，钛合金也是飞机上用的非常广泛的材料，它的强度非常高。钛合金也不好焊接的，用激光焊，就可以把钛合金焊接，焊接的质量要求非常重要。我举一个例子，现在一个钛合金，两厘米乘两厘米的钛合金焊接板，六百万，焊接坏了以后成本非常高。这是焊接。

　　还有就是进行搬运。我们知道，机器人在汽车制造业，家电业中用的搬运比较多，也就是自动化工厂里头，有时候会有一些小车，自主导航的小车，很多这样的车没有人驾驶的，可以自主地移动，可以把加工的一些工件运到预计的地点，大的工具取出来，安装在机床上，在国外比较多。我参观过日本的村田机械，他们工厂的院里头，或者大车间里有很多这样的小车，它碰到人的时候会自动停下或者绕行。在飞机行业里头，现在也开始用到这种移动平台。因为飞机的部件更大，这是KUKA公司为飞机空客公司开发了这种移动平台，可以运用，移动这种飞机的尾翼，可以在一个升降台对飞机的表面进行一些修护、检测等等。这样可以极大地提高飞机部件的运输和装配效率，这也是机器人的运用。

　　另外就是这个机器人小车上装一些大型的标定，测试设备。因为飞机的一些标定设备，测量设备都非常庞大，搬运起来非常困难，可以坐在自主移动小车上，可以实时的调整姿态。有时候测量飞机的一个公差的时候，光这个设备就调试好几天，摩来摩去有时候不方便，自主移动小车就可以定位或者移动，非常方便，把这种仪器放在小车上，这是搬运。

　　还有更多的应用在装配，我们说电子行业进行装配用得非常普遍，电子插装，插装一些电容、电阻，机器人非常普遍。我们装配汽车，装汽车轮胎，我参观过丰田汽车，他们一分钟可以产一辆汽车，他们就是一些机器人，喷漆的喷漆，焊接的焊接，装配的装配。但是在飞机行业里头，装配也是刚刚起步，我这里有个图。这个图表明了飞机的装配成本、产量、自动化水平、装配效率，以及装配与投资间的关系。说明什么呢？如果说飞机数量生产越多的话，那么就越来越需要这种自动化装配。但是自动化装配的投资就比较多，但是算下来，单架成本有时候可以赚下来，这是一个关系。如果说你生产的数量比较低的话，完全没必要采用机器人装备，采用手装备或者其他的方式装备就可以。这是一个F-16，F-18，先进的战斗机，还有一些空中客车，三系列的飞机装配，现在很多都用到机器人了，这是美国Eletroimpact公司及英国公司联合进行的装配，主要是装配机器的臂板与固架，主要是压紧壁板，探测壁板，并钻孔，检测孔的大小，同时在孔里插装一个螺钉，这个过程是采用机器人完成的。机器人在这么大一个壁板装配过程中，精确度可以达到50微米，一般的人是达不到的。还有就是用机器人可以装配飞机的舱门，可以装配飞机的结构件。

　　这是一个加拿大航空制造公司研究的一种机器人自动化单元，它有五台机器人来完成飞机零部件的装配，这是一个机器人在装配一个直升机。还有就是机器人可以用在测试，我们生产一架飞机，必须得进行封冻实验，放在封冻里头来测试机翼也好，机身也好，每个点的气流形状，气压形状。测试的时候，飞机的一些机翼的部件放在封冻的时候有一个传感器，传感器就是测量飞机每个部件的各个点。飞机这么大，测试点太多，同时要实时调节这种位置和姿态。以前是人工调的，现在可以用机器人调。机器人本身有三米乘三米的工作空间，工作半径是1.5米，同时装了一个导轨上，这样工作空间非常大，用一台机器人就可以完成传感器的这种定位，这样就可以减少成本。

　　还有就是用在检测与测试。就是说OCRobatics公司研制出了一种蛇形机器人，有时候我们称之为象鼻子机器人，象鼻子一样。它有27个自由度，自由度非常多，很柔软。它强度可以达到1.8米，装在工业器臂上就可以完成很多的任务。包括飞机零部件内部的检测，假如一个飞机的部件是空的，但是已经装备好了，里面的东西看不到，这时候如果有一个孔，把象鼻子机器人或者蛇形机器人放进去，或者伸进去，就可以看看里面有没有掉落的螺钉，有没有焊缝的脱落，有没有密封胶没有密封好的地方，就可以用象鼻子机器人钻进去。还有螺钉松了，这种象鼻子机器人可以把螺钉紧固，还有就是可以带摄像头，可以检测内部装备的质量，还可以去毛刺，还有一些碎屑的话也可以吸附进来，这（本来）都是用人手去完成的，但是这种机械臂完成起来更方便一些。这是检测。

　　还有就是澳大利亚一个公司开发了一种爬壁机器人，因为大飞机，高有十几米高；长，十几米长。如果机身上有什么问题，有没有焊缝，有没有裂缝，有没有什么问题，人工检查起来非常困难，这时候他们开发了一种吸附式的爬壁机器人，可以爬到飞机的外表面，上面有一些传感器，可以检测有没有裂缝，有没有质量问题。这是用于飞机表面的质量检测。

　　还有一种钻铆，钻孔。因为在飞机上，钻孔是最多的一种加工方式，见过飞机的同学都知道，飞机上很多很多的铆接工艺。铆接现在很多是人工完成的，飞机上成千上万个孔，在国外已经基本实现了自动化的钻孔，钻铆，像F-16，F-22，还有C130这种飞机的梁腹板，飞机波音B-747，A380机翼壁板这些都是采用机器人来钻孔。加工的材料不但是钛合金，铝合金，甚至复合材料，也是采用机器人来钻孔。

　　机器人钻孔的这种结构形式我可以简单介绍一下，目前用于钻孔的机器人结构形式有三类，一类就是柔性轨道机器人，加上制孔末端执行器，加上视觉定位系统；什么是柔性轨道机器人呢？看一下就可以了，大型的工件表面或者部件表面铺一条或者两条轨道，这个轨道和被加工的这种大型部件是采用吸盘方式吸附在表面上，然后机器人就可以沿着这个轨道进行移动，移动一步，钻一下孔。什么是制孔末端执行器呢？末端执行器是我们机器人上的一个术语，就是说，机械臂就是完成一个大范围运动的机械臂，它末端还要装一些工具，这个工具就是末端执行器，假如焊接，机械臂下面装一个焊枪，这个焊枪就是末端执行器；假如喷枪，这个喷枪就是一个末端执行器；假如搬运，末端加一个机械手，手抓，手抓就是末端执行器。对于钻孔呢，就是有一个动力头，不但可以调节转头旋转的转速，还可以定一个速度，还有压紧力等等，这是制孔末端执行器。

还有视觉定位系统。就是说，传感器，眼睛，为什么要用眼睛呢？如果说一个普通的金属，打坏了，飞机部件，假如一个机械臂膀，它要是把孔打在焊缝上，这个臂膀就不能要了。小的臂膀，战斗机上的臂膀是比较小的，两米乘两米的几百万人民币。大型的臂膀，像A380，或者是一些大型的运输机这样的臂膀，一个臂膀几千万，这个可了不得，这个成本。所以视觉性的，视觉标定，打孔的时候不能打在寒风上，也不能重复打孔，这个工艺要求非常严，用机器人就可以，这是一个结构形式，在轨道上打孔。

　　还有就是就是一个机器人，自己会爬行，在一些大型的部件上，或者飞机外表面可以吸盘，像爬行机器人一样，爬行到一定位置吸住，上面有一个末端执行器，有一个钻孔的东西，可以左右、前后移动它的位置。移动位置以后，视觉传感器觉得没什么问题，然后进行打孔，这是自主爬行机器人，加制孔末端执行器，加视觉定位系统，这是一种方式。

　　还有一种就是工业机械臂，就是这样的机械臂，经常见的工业机器人，上面加一个末端执行器，制孔末端执行器，再加上视觉定位系统，这样可以在空间和表面进行打孔，这是用得最多的制孔工艺。

但是关键技术不在机器人，工业机器人现在技术已经非常成熟了。可以买到，关键是这个末端执行器。这个执行器关键技术主要体现在哪点呢？压紧力的设计。比如这个板子打孔的话，锭得太紧，板子会变形；锭不紧的话，这个钻头会偏离打孔的位置。然后还调整刀具和工件的垂直度。另外呢，加工钛合金的时候，刀具很容易断，磨损非常严重，这时候要有换刀具的功能，还有回收一些碎屑，还有进行冷却等等。这个东西，它比机器人还贵，就是打孔的这种动力头，比机器人本身还贵。

　　我举个例子，这是几家公司卖的这种末端执行器，这种末端执行器50万美元，而我们买一台机器人，200万公斤负载的工业机器人才50万人民币。这一台打孔的末端执行器50万美元，而且不卖给中国。我问过他们，他们不卖。卖的话也是你必须告诉我这个末端执行器你用在什么行业，如果用于航空制造业，他不卖给你。所以我们必须像张主席说的，必须自主创新，开发自己的末端执行器。

　　这是我们自己开发的一个末端执行器，现在已经在试打孔。我总结一下，机器人在航空制造业中的应用。目前尽管在国内，机器人应用在航空制造业并不是很普遍，但是它是大势所趋，就是目前已经成功地在汽车行业，家电行业非常普遍，未来机器人肯定也会在航空业，航空制造业得到应用。但是，目前还存在很多问题，很多大公司，包括美国休斯公司，波音公司，通用动力公司，道格拉斯公司，他目前对采用机器人还是采用比较谨慎的态度，并不是大量地使用机器人。原因有这几个：

　　一个是成本太高，用在飞机制造业上一台机器人的成本要远远高于在汽车制造业上的成本。用一台机器人的成本要高于汽车和家电行业制造成本的四到五倍，所以它不敢用。因为它的产量低，汽车一天生息几千辆，几万辆都可以，飞机的产量还是非常有限的。产量一低，效率就低；效率一低，机器的成本就上去了。

　　第二，示教问题。我们工业机器人都是要编程的，都要示教的，所谓示教就是你要教他怎么工作。早期的工业机器人示教采用手把手的教，早期的机器人末端都有一个示教手柄，人牵着他走一遍，找一些经验比较丰富的师傅，手把手地教这个机器人走一遍。机器人就把这个运动轨迹记录下来了，下次再走的时候机器人就可以按照师傅所走的路线来走，就可以喷漆了，手把手地示教。现在就是编程，编程序就可以示教。

　　在工业当中，汽车行业或者家电行业，体积比较小，汽车再大也就是三米长，五六米长，十来米长。飞机就很大，示教的问题比较难解决。还有公差和质量。飞机不是汽车，飞机要上天的，对公差，对质量要求比较高。但是我们知道，工作空间一大，又要求精度高，这是一个矛盾。同学们可能说用显微镜，显微镜要看得比较大，放大倍数越大的时候，它的视野就越小。要想看到视野大，那你细节就看不清楚，这是个矛盾，这个矛盾没法解决的。在工业机器人这个矛盾也是存在的。就是说，飞机要求精度非常高，又要求空间比较大，比较难解决。还有就是用的机器人成本比较低，但是他一些周边设备，或者一些传感系统非常昂贵。我刚才说了，机器人50万块钱，买一个末端执行器要50万美元。如果买到激光测试系统，传感器，或者视觉系统，30万人民币。我们最近买一个公司的视觉传感系统，实际就是图象处理系统，30万，后来我们自己开发的，成本只有3万块钱，主要是软件，我们投资了两个博士生来开发。所以这种中坚设备以及传感系统的成本要高于机器人，这也是航空公司不愿意用机器人的道理。

还有就是飞机不能采用像汽车、家电行业流水线的方式，汽车生产线或者家电生产线，家电可以走的，汽车也可以在生产线上走的，边走边装配，边加工，飞机一般都是固定不动的，只是说机器人围着飞机转，而不能飞机围着生产线移动。这一系列的原因都限制了机器人的应用，但是并不是没法解决。现在的机器人，航空界非常希望有没有一些特定的机器人来完成航空业的制造，目前咱们一些机器人公司说卖机器人，大部分不适用于航空制造，飞机制造。还有就是机器人的研究机构和机器人的企业应该瞅准商机来研制相关的机器人。像国外一些公司，KUKA、ABB已经开始瞄向这种航空业。还有就是航空制造业也应该投入一定的精力，一定的资金去研发这种周边设备或者系统，这是我要讲的机器人在航空制造业当中的应用。下面用一些简单的时间介绍一下机器人在航天领域中的应用。

航天领域中的应用主要是分两类：一类就是太空机器人，就是在空间站上用的一些机器人和卫星上用的一些机器人。还有另外一种机器人就是星球探测机器人，在月球上，在火星上行走的机器人。所谓太空机器人就是什么呢？搭建在各类航天器上的机械臂和卫星上，卫星走的时候，卫星外表面可以装两个机械臂，可以对卫星表面进行修复，可以捡一些空中垃圾，这都可以的。还有就是在空间站上装一些机械臂，主要是完成空间的建筑，装配，以及航天器的修复，这是太空机器人。还有就是星球探测机器人，主要是指在外星球表面行走的各种探测器，就是在月球上，或者在火星上放一台机器人，可以看各种星球表面的三维图象，分析这种星球上的一些元素，含量，或者是分布情况，看看有没有水源，看看有没有氧气或者其他气体等等。这是太空机器人的一种。这是俄罗斯曙光号太空舱外的一个机械臂，类似太空机器人。

　　还有加拿大研制的这种DELTRE系列的舱外机械臂，这种机械臂已经研制了五套，六套了，已经在空间站上运行。这也是加拿大公司研制的舱外机械臂，装在空间站上的。这是刚刚一个新的图片，就是11月16日，美国“奋进”号航天飞机与国际空间站对接这个镜头，这边就是机械臂，就是类似于工业机器人。

　　这是欧洲航天局开发的一个“三臂机器人”，每个臂有七个自由度，这三个臂可以爬行到空间站或航空站的外表面，对外表面进行修复，可以抓取空间垃圾等等。这是太空机器人，在卫星上，空间站上，航天器上用的一些机器人，还有就是星球探测机器人。星球探测机器人现在种类很多，国家也投入了很多资金，很多研究机构也在从事月球车的研究，这里不多介绍了。我只是介绍在国际上比较成功的几种。

　　比较成功的就是美国，1997年发射了一个Sojourner火星探测器，这种探测器重量只有10公斤左右，尺寸也不大，车轮的半径只有7厘米大小，它装有不锈钢的防滑链条，有六个车轮，每个车轮都是独立悬挂的，而且前后车轮都可以转弯。它可以在复杂的地面上进行行走，有一定的越野能力，它每秒的行动速度是0.6米，它的运动空间到它结束任务，报废的时候，它的运动空间只有足球场那么大小，它可以拍取一些矿石，分析火星上的一些微量元素，把一些图片传回来，这是它的任务，这是比较成功的。

　　还有就是2003年欧洲航天局发射的猎兔犬2号火星探测器。这种探测器，最后找路德时候没有成功，失败了，失去联系了。为什么我要一下呢？它是有纪念意义的，人们把他记住了。它的大小只有车轮这么大，60公分到70公分大小，上面有一些机械臂，主要任务是完成火星表面以及地下几千米处进行探测，主要是寻找水的依据，还有就是对火星表面进行一些绘图，探测地表物质的详细成分等等，携带了很多这种仪器，包括立体照相机，包括矿物探测仪，紫外与红外大气探测仪等等。为什么有纪念意义，大家没有忘却它呢？主要有这么几点原因，它预计着陆的时间，原来计划着陆的时间是12月25日，这个时间非常特殊，是西方的圣诞节，为什么安排这一天呢？主要是向圣诞节献礼，这是一个原因。第二个原因就是2004年，美国的勇气号、机遇号要在火星上着陆，欧洲想抢先一步，在美国之前在火星上着陆的火星探测器，这是一个原因。还有一个原因，它的成本只有勇气号、机遇号的多少分之一？它用的是三千五百万英镑，而勇气号、机遇号用的资金是8.2亿美元，成本非常低，因为它小巧，如果在机前找路的话，显示度很高。另外欧洲和美国也有一个协议，它希望这三台机器人在活性上完成这种三重奏，三台机器人同时在火星上探测，在不同的地域，可惜在着陆的那一瞬间失去了联系，也就是迁走失败了。因为这个特殊的日子，这个特殊的目的，到现在为止，大家还没有忘记这个特殊的机器人。到现在为止，失败的原因是什么，还不太清楚。

　　最最成功，目前还在运行的是美国2004年初发射了两台火星探测车，火星探测器，叫做机遇号。好象08年也发射了一个凤凰号，着陆一个凤凰号，凤凰号已经完成任务了，已经报废了，但是机遇号和勇气号，五年了，现在还在用，而且还在不停地发射图片，还在不停地运动。它比较大，长1.6米，宽2.3米，重量174公斤，具有立体视觉，可以自主导航的，它每天可以行走40米。这两台机器人，勇气号、机遇号的结构形式是一样的，但是着陆地点不一样，携带的探测器不一样，传感器不一样。这是在火星上，星球探测机器人的几种，其他的还有很多，日本也发射过，但是所有的火星探测器都是自主导航机器人。但是到目前为止，三分之二失败了，只有三分之一着陆成功，包括月球车，包括火星探测器这些机器人。很多国家，至少有几十家单位在开发不同结构形式，不同大小的月球车。下一步中国就是要月球探测。

　　无论是太空机器人也好，星球探测机器人也好，他们所处的环境都非常恶劣，微重力，高真空，超低温，强辐射，照明差等环境下，所以对于太空机器人来讲，它重量要轻，运动速度要慢。我们知道，它的机架空间站是飘浮在空中的，它的速度一快的话会影响空间站的运动轨迹。我们坐过船的就知道，如果人在船上动的幅度比较大的话，船会晃的。另外重量要轻，还有抗干扰能力要强。太空中辐射比较严重，如果说你开发的这个控制系统抗干扰能力比较差磁性的能力比较差的话，有容错功能。什么容错功能呢？就是说允许一两个机械臂关节失败，就是允许错误。太空当中，不能回收，回不来的，人也没法上去修。一般的机器人六个自由度就可以操作了，但是在空间进行的七个自由度和八个自由度，现在有的院校在开发十一自由度。自由度越多，运动起来越困难。但是自由度越多越灵活，自由度越多，容错性也好。在空间运营中间，有一个关节锁死了，照样运行。容错性比较强，可靠性比较高。可靠性不高的话，发射起来就失败了。

　　另外对星球探测机器人应该具有良好的几何通过性，外星球表面说不定比地球的表面还要复杂，必须有越障形式，抗冲突性，行驶起来比较平稳。不平稳的话，采集的图片和信息都是不稳定的，还有必须有控制特性。有时候可以采用遥控操作，有时候失败的话就完全靠机器人自主来运行。另外比较低的能量消耗，这是太空机器人和星球探测机器人应该具备的一些特点。现在我将结束我的介绍了，最后就是利用比尔盖茨的一句话来概括一下，机器人将对人类的工作、交流、学习及娱乐等产生深远的影响，就如同过去30年间个人电脑给我们带来的一样，这是比尔盖茨的一句话。比尔盖茨的一句话促使了很多企业的产生。比尔盖茨的微软操作系统在全球成功，所以说他的话很有号召力，现在国内很多企业，机器人企业都起来了。但是我要说的一句话是什么，人们并没有忘记机器人在航空航天领域应该承担的责任，各个国家政府都在投巨资研究航空航天领域的一些机器人。我的报告完了。谢谢大家！

　　主持人：非常感谢毕教授给我们带来的精彩演讲，那么毕教授从机器人的定义到机器人的应用，我们一直讲到机器人在航空领域，航天领域的应用，大家应该是非常地开眼界。那么下面我想给大家一个机会，看大家有没有问题来进行交流。

　　提问：我想请问毕教授能不能给我们简单讲一下无人驾驶飞机怎么做到无人的情况下能够自主的飞机？

毕树生：我简单介绍一下，因为我也不是做无人驾驶飞机的。无人驾驶飞机主要是用外界的一些传感器，一般飞机上装一些陀螺的平衡装置，要保持它的平衡。一旦不平衡的时候，会给这个控制器输入一些信号，这样飞行器就可以通过位置的变化来调整它的翅膀，机翼的这种变化。另外还可以探测外界一些气流情况等等。主要依赖于外界传感器的信息来调整姿态和驾驶的方式。

　　提问：请问一下机器的视觉是怎么样形成的？

　　毕树生：视觉目前主要是采用摄像头，摄像机。摄像机，视觉系统现在是机器人领域非常重要的研究领域。机器人的视觉用在我们机械臂上，这是一个非常广阔的应用，同时用作仿真机器人上，它是通过这种摄像头输进的一些信息，通过图象处理板，通过一些图象的算法，可以标定机器人和对象的位置和姿态，然后变成一些信号来控制机器人，然后来判断相对位置或者姿态。这个过程，包括很多算法，也是人们研究的一个重点，硬件还主要依赖于摄像头。

　　提问：毕教授你觉得青少年从事这个机器人的学习方面应该搞哪些方面的机器人比较好？

　　毕树生：现在教育机器人在国内是朝阳企业，中国人口比较多，而且现在国家也要求素质教育。机器人是一个非常好的素质教育的载体，为什么这么说呢？机器人是看得见，摸得着的，另外涵盖了很多领域，有机器人，有控制硬件，可以编程，甚至涉及到其他的一些行业。另外还可以动手，孩子们都喜欢动手，这是比较好的载体，教育机器人是一个比较好的载体。但是目前机械方面，同学们或者小孩可以看得见，摸得着的，现在困难主要在编程方面。一般的机器人，我们从事机器人研究的主要是一些高级语言，汇编语言也好，C语言也好等等。但是这些语言对孩子们来说还是比较困难的，现在用得比较多的图形化的语言，图表的方式，图形的方式，前进，一个箭头代表前进，把它变成一个框头就可以，这是一个困难。

　　还有一些传感器，目前还不是很多。像一些识别的传感器，距离传感器都有，但是视觉上的传感器还不是…一个是成本比较高，孩子们可能没这个实力。另外有的东西精确度上也不能像想象的那么好。那么现在的机械本体，国内不同的机械形式，乐高是这种拼装式的，还有是这种只是让你辩称，机械结构不能动的，我到觉得乐高这种方式更合适一些，中小学的，可以通过图形化语言进行辩称，这种方式更适合中小学的学生，对于大学生，我希望是一种从机械制作开始，到控制板的制作，到编程，这是大学生应该自主完成的。中小学生还是停留在装配，对机械的认识，通信化语言方面的，使他对机械、控制、软件有一个认识，我觉得这是主要的目的。

　　主持人：各位同学，由于时间关系，我们的提问就到此结束。那么以后同学有问题的话，还可以随时来找毕教授进行交流。我们第二位演讲嘉宾是贠教授，也是北京航空航天大学的博士生导师，有很多的兼职，是全国工业自动化技与集成标准化技术委员会委员，机器人标准化分技术委员会副主任，教育部高等学校教学指导委员会，机器学科教学指导委员会过程装备与控制专业教学指导委员会委员等等，因为太多了，我就不一一说了，也是在机器人学和应用方面取得了很大的成就，发表了多篇论文。那么下面我们就有请贠教授给我们做报告。

机器人学专家贠超教授

　　贠超：刚才毕老师在机器人的一些基础概念，还有机器人在航空航天领域的应用这方面给同学们做了一个基础性的、普及性的知识的介绍。那么由于时间现在比较紧张，我就在毕老师的基础上做一些补充。这个补充主要在两方面，一方面在日常的应用，包括工业的，包括咱们日常应用的，这个方面的机器人技术的一些介绍。还有就是在我承担机器人科研项目工作当中的一些成果的介绍或者一些体会。

　　我想做这个介绍主要是跟大家做一个交流。因为今天咱们深圳市科技局，龙岗市科技局提供了这么一个机会。原来我没有搞清楚，我只听说叫世纪大讲堂。世纪大讲堂在北京、卫士中文台上也经常看。所以我觉得可能是一个提供专业的机器人的论坛，而且跟这次2008深圳国际机器人论坛是结合在一起，所以我以为是一种专业性的一个会议。所以我现在的材料基本上是在去年的国际数据共享研讨会上，在澳门大学的讲座上，在台湾大学校长的访问等等一些内容。但是今天在这里看，好象不太合适。所以我只能说，对刚才毕老师讲的一个补充，还有就是我的工作当中的一些体会跟大家做一个交流，一个互动。

　　今天面向听众都是咱们的中学生，或者从事中学教育的老师，还有从事科普工作方面的一些老师们。实际上我觉得，咱们的前三十年，现在，咱们将来、以后的三十年，我也有体会。实际上我对科技，或者说可能咱们大部分的学生，实际上对你自己将来专业的发展方向都启蒙与你的青少年时代，甚至是儿童时代。当然我的启蒙时代就比较早了，我记得我在小学二年级开始，到北京的青少年活动中心，就是在北海的五龙亭的后面，当时看到一个说是苏联提供给咱们一个能走、能说话、能献花的一个机器人，体积比较大。实际当时我在小学二年级就看到了，这个东西是假的，因为后面是一个小窗户，躲着一个人，然后他知道怎么去开开关，人家提出的问题他也能回答。实际上这是做了一个假象。但是在青少年当中，起码在我的幼年时期，对机器人有很强烈的兴趣和求知欲。当然，也就产生了一些联想。实际上咱们科学研究很多都是起源于幻想。所以今天我是有这么一个体会，跟咱们现在在座的青年学生，还有老师们（交流）。

　　第一个方面，我是想介绍一下在刚才毕老师介绍的航空航天领域以外的一些机器人的应用，这部分实际上是我的一个本科生选修课的一部分内容，前沿一部分，序论一部分。所以这是05年9月的一个材料。

实际上研究机器人，刚才毕老师已经做了一些定义，但实际上在研究机器人的时候，首先就是看见实体的，就是机械结构，或者机械本体。那么机械研究的时候，就要对机械本体进行一些分析，具体的分析，可能咱们现在学的也涉及到了，咱们是中等专业技术学校，也涉及到一些机械结构的表示，就是咱们运动功能的图形符号。那么实际上可以说机器人的表示非常简单，从它的运动副，就是决定它运动性能的结构，一直到它的基座，基本上所有的机器人的不管是刚才毕老师说的7自由度的，还是11自由度的，现在实际上还有更多的。实际上不外乎用这种基本的运动符号来表示。由这些运动符号就构成了咱们机器人的形式。

　　那么上面那个图是由简单的机器人，或者咱们提供的运动符号构成直角坐标机器人。直角坐标机器人实际上很简单，就是它只有移动，没有转动。或者再进一步说，就是咱们的坐标系，XYZ构成的这种运动形式的机器人。

下面是常见的工业机器人，这种机器人都是由多种转关节组成的，它没有移动，所以实际上它是叫转动型的机器人。所以有时候我们说得更普通一点，叫做关节性的机器人。实际上机器人的分类，刚才毕老师也介绍了一下，我讲的分类就比较专业了，是对大学生讲的。第一个是从结构上，第二个是从控制方式上，第三个是从控制器的信息输入方式上，第四个是智能程度，第五个是移动性，第六个是应用领域。按应用领域划分，我觉得这个给大家介绍概念，尤其对职业技术学院，将来可能马上毕业之后就要到工作岗位了，可能就要马上用到或者发挥你们已经学到的知识，发挥你们的作用。尤其在珠三角地区，你们的电子加工、轻工等等很多，包括五金等等，各种加工业非常发达。虽然现在受到金融风暴的影响，比如像玩具产业，其实玩具产业就包括了很多机器人技术。但是我想，外面有金融风暴，咱们国家虽然受到影响，但是咱们可以自力更生，自主创新，走咱们自己的路。

　　所以在应用领域这个内容，更多是关系到你们将来就业以后从事的工作的方向，工作的性质，那么有可能很多都要用到各种设备，或者直接就用到机器人。那么机器人划分从两大类，一类是工业机器人，这是机器人作为应用技术应用得最成功，也是应用得最早的技术。还有一种是特种机器人，特种机器人就是随着咱们现在科学技术不断发展，不断充实发展的一种机器人技术，咱们把这种技术都归并到特种机器人技术。特种机器人包含就很多了，第一个是服务机器人，这是咱们国家科技发展战略纳入到包括助老助残、康复机器人等等。昨天在机器人论坛上，第一个演讲徐院士讲的就是康复机器人。那么第二个是水下机器人。水下机器人实际上是咱们国家在95期间，85期间到95期间验收的一个六千米水下机器人。这个可能在座的同学那时候比较小，当时也是作为一个头条新闻报道的，我也参加庆功会了。

　　另外随着现代，不管是中东战争还是防恐，军用机器人的需求，还有就是农业机器人。农业机器人实际上有很大的市场，由于机器人现在的技术的难度，还有它的成本问题，实际上这将来是一个很大的发展空间，尤其咱们国家是农业的大国。

还有一种是机器人化的机器，机器人化的机器实际上很多就是自动加工设备，比如说加工这些数控机床等等，都是机器人化的设备。还有就是仿人形机器人，仿人形机器人和仿人还是有区别的。仿人形机器人实际上这里面更多是通过它来研究人自己本身的机理，而不是让它去做什么工作。当然还有娱乐机器人，很多游戏机，包括国外现在很多卡通的玩具，实际上用的都是机器人技术。那么空间机器人这块，刚才毕老师已经讲了。还有微镜，就是随着微机电技术的发展，比如说像微创手术机器人，像手术植入，比如说在血管里头进行检测，比如说像内科镜等等，这些都属于微机器人的范围。

　　刚才工业机器人和特种机器人，我再对毕老师讲的一些机器人的种类做一些补充。那么工业机器人现在最成功的就是应用在汽车行业，还有家电行业，这是应用得最成功的。实际上我们今天中午还在讨论，就是用机器人，如果你这个研究有生命力，有市场，咱们指的机器人就是生产的规模要大，大批量的生产，而且标准的重复性，要求循环往复的，循环的这么一种操作。刚才说的汽车行业、家电行业等等都具备这个特点，刚才毕老师介绍的飞机不具备，为什么不具备？飞机造不了多少架。咱们国家到现在还不能百分之百生产自己的航空发动机，关键的部件得依靠进口，是什么我就不讲了，这就涉及到保密了。

　　所以飞机的应用机器人只是局部的，刚才毕老师讲了。刚才说了，我这里涂红，像扁焊，糊焊，喷漆，切割这都是，还有就是搬运，包装，码垛等等。那么第一个图片就是汽车的装配，这在很多科普和电视片里面，甚至广告里面都有，汽车广告里面都有机器人装汽车。

这是一个在学校作为实验平台的一种装备机器人，这是两台机器人互相协调操作，这里面涉及到一些具体的知识，怎么样对准，怎么样协调，这里面都是有它的理论的。第二种就是焊接集成。这个图片也是有意义的，HT，这是哈工大的实地型的机器人，当年在95期间，咱们国家863产业化，国家就投了一个多亿，整个在那个项目上投了三个多亿，当时我也是装配专家组的成员，所以当时参加了几个项目的验收。其中HT，当时我也是装配专家组的成员，所以当时参加了几个项目的验收，其中HT106是最小的机器人，当时咱们自己从10一直到120，当时120应该说是国内在焊接、搬运机器人里面是最重的，一共是43台。第三个就是喷漆机器人，这个机器人也是咱们国家863支持的，是北京原来叫机械部自动化研究所，现在机械部取消了，叫北京自动化研究所。它是为长春客车厂，现在咱们跑的很多的火车都是长春客车厂，这是863立项作为车辆表面的喷涂，实际上这个机器人是一种无痕结构的，结构并不复杂，规模比较大。

这个是咱们沈阳自动化所研发的一种自主AGV小车，这个在国外的工厂，不光是自动化工厂，我到德国去，到西门子，到ICW等等，国际上著名的这些机械、电子产品的制造厂商，很多在车间里面都是AGV，你在参观的时候，他会躲着你走的。你参观的人员，他不会影响你的日常工作，他见到你就停下来了，然后你过去了，他照样走，而且他会调节，加快速度走，应该说有一定的智能性了。

　　第五个也是863项目，就是大连华路的电视机的装配线，这个可以说跟咱们大家有关系。当时华路也是朱镕基当年当总理的时候引进的。当时据说华路，就是大连的华路集团是咱们中国机器人的展览馆，就是所有的机器人它都有。那么这个是863支持的一个录像机的一个机头的装备线。我的所里头现在还有一台机器人，为什么呢？就是现在整个这些线全下马了。现在随着咱们硬盘存储器，MP3的发展，录像机现在慢慢被淘汰了。所以科学技术的进步导致你的产业的变化，变革，咱们机器人的发展也要发生变化，这都深有体会了。

这也是用在电子行业，电路板的安装更换的机器人，这种机器人我可以解释一下。在现在很多手机的制造商，比如诺基亚，诺基亚大楼第九层、第十层全部都是这个测试，它这个测试绝大部分用的都是机器人，比如就是一个按键，按键十万次，他就拿一个机器人就仿造人，来回在这儿按。它这个机器人的编程开发都是咱们中国人做的，并不是诺基亚的人做的，也就是说它所有的后期服务技术都是中国人，就是这种类型。那么还有一个就是测量机器人，这个实际上毕老师也讲了，在航空上。实际上测量机器人现在美国和法国公司在测量机器人方面比较超前，就是代替现在的固定测量设备，这我就不多说了，这个要展开的话有很多内容。这是第一大类。

　　第二大类就是特种机器人。特种机器人实际上现在正在发展中的机器人，一个是什么呢？不是那么很普遍。第二个就是它的技术不是很成熟，都是在发展中的。第三个就是咱们国家从十一五，自动化技术的战略发展，规划里面几个重点，第一个就是服务型的机器人，这次九月份到日本开会，电子学会的会议，但是发现呢，我们原来都是机械学会，自动化学会。后来发现电子学会竟然60%以上的文章都是机器人的，而且大部分都是日本人在这儿搞。比如说护理，比如说康复，运动，包括一些典型、常规的运动器件，现在都是机器人化的。 还有就是助老助残，康复等等。

　　在这里面，实际上这是由医院作为护士，实际就是端水、发个药片等等，实际这种机器人还是很原始的。当时我在05年的时候，实际上也是之前的照片。实际上它的自动化程度还很低，咱们国家提出服务机器人是始于03年，就是咱们非典。我们机器人所就有两个得非典的，其中有一个，她的丈夫就是在非典当中去世的。我的一个学生也是得了非典，他当时在从北京回来的时候，我们学校的副校长和副书记去迎接他，那个新科院的代表说你们医疗费怎么办？说多少钱，17万。另外还有六千多块钱的饭费，后来我们副校长说， 17万多都花了，六千多块钱算了，我们也都承担算了，这就是我的学生。

　　那时候国家对这个事情非常重视，卫生部等等都找科技部，现在能不能找一种人不直接接触的，完全隔离的一种机器人的医疗护理的一套系统。当时我记得哈工大提出的非典的护理车，当时差一点就立项了，结果非典突然间无声无息就没有了，结果这个钱也没有拿到。这是一个国外的照片，但是实际上我们在863这块做得也是比较成功的，国家也是支持了几次，包括我的学生在延安，这边在北京，那边在延安，远程地操作，当然这些手术都是比较简单的。比如说像我们做脑外科，实际上真正的还是人参加，脑袋可不是随便动的，不是说病人不敢动，是大夫不敢动，那责任可是非同小可。但现在也是不断在发展，不断在完善。我记得最早九几年，当然在杜林郎（谐音）北京展览馆做了一个操作，那是98年。

　　还有就是智能轮椅，这个现在也是，作为咱们国家的发展方向，这可能咱们深大的许院长现在正在争取863的支持。还有就是导游机器人，这个导游机器人应该说在东莞科博馆，哈工大就做了这么一台，去过东莞科博馆的可能都见过这个机器人。

这个机器人刚才毕老师没介绍，这是我们所做的，最开始是给广州的白云机场三台，然后上海体育馆。我们第一个就是做这个爬壁机器人。当时我记得西客站就爬了十几次。但是可以说，这种机器人有它的局限性，现在国内外都是在研究，真正应用，我们到日本，05年在日本国际展览中心，在机器人展览的时候，顶棚上有几个机器人在那走，实际上也是演示。他也做个应用，但他们做的东西比较漂亮。这个遥手术，刚才已经介绍了，这是我们所和海军总医院合作的，现在已经有一千多例了。

　　下面是水下机器人，六千米无缆自治机器人，所谓无缆就是说完全是遥控的，这个有很多技术。比如通讯，到六千米，实际上水深到几百米，可能通讯就完全中断了。如果无缆的话，首先通讯就是一个问题，真正无缆的话，怎么办？所以这个里头有很多核心技术，当时我记得参加的有30多个单位，这是我们国家正式获国家科技一等奖的。我当时记得冯院士、王天然院士都是做了很大的成绩。

　　无人潜水器，这是原来已经有的，也归纳到基层技术，但是咱们国内这个工作并没有代表性，这只是一个介绍，这是沈阳自动化所的，研制的六千米水下机器人。还有一种水压机器人是机器蛇。机器蛇现在有很多，咱们国家像北航，像国防科大等等，像上海交大都做了一些工作。这只是局部的。但是这次看来，在汶川地震，也有说想用这种，但是不成功。包括日本带进来的设备，很多探测设备，像那种机器蛇设备都有，但是都没发挥作用，最后也都悄悄带回去了。现在还是说特种机器人，还是正在发展中。

那么这是我们所做的机器鱼，这个机器鱼是在05年全国的大学生挑战杯大赛得的一等奖，就是做这个机器鱼的实际上是学校的航空小组的，对这个有浓厚的兴趣，然后不知道怎么从天上弄到水里去了，然后得了一等奖，然后全都是保研生，直接读研，一直到我们所。所以机器鱼实际上现在也是机器人的组成部分之一。

这是一个农业机器人，是嫁接的，但是农业机器人，现在咱们国家在农业上基本建设投入上，在科研的投入很少很少。你也可以看到，这个机器人就是一个模型，非常简陋的。用途我就不多说了，农业的范围太大了。这个确实是果球采摘的机器人，实际上它就是用了一个工程机电改造的，装在一个拖拉机上，实际上现在很多的功能机械等等，包括水泥灌装机，还有注入机等等，实际上都是一种变相的机器人技术。

　　这个也是我们所跟天津工程机器人研究所合作的，就是机器人化的装改机，实际上就是嵌入式，机械没有变，就是把控制系统做在上面了，控制方式改变了，甚至可以无人操作等等。但是机械人化的机器在工程机械上用得非常多，比如说像喷浆机，凿岩机，压路机，推土机，装改机，尤其是盾构机，可以说咱们现在的地铁，北京这次奥运会，一下子开通了几条地铁，五号线，十号线，奥运专线，就是八号线等等。咱们深圳以前是不是盾构，但是现在的地铁基本上都是盾构技术了，盾构技术的话就是旋转的决定器，当然它很庞大，这个完全也都是国外技术，咱们863也支持了，但是是关键技术，不是整机。

　　还有刚才说的仿人形机器人，可以说最领先的是日本，先行者是国防科大的。到坂田，到06年可以做出能起跳的机器人了。他做的比较漂亮，也比较逼真。我记得05年机器人博览会，当时我到一个展厅，一个导游小姐在那儿，我们基本上面对面了，我说这个人是真的假的，可以做到这个程度。它包括机器人的皮肤，都是研究得非常细，连我们专业搞机器人的都说这个人是真的假的来，提出这样的问题来。看一下这些机器人，这些机器人的腿都是弯的，在机器人跳舞的时候腿都是弯的，也就是06、07年以后，现在才推出直腿。人的腿都是直的，腿是弯的总感觉这个人有毛病。这里面就有学问了，他的机器人在运动时候的重心怎么调整，如果要直起来的话，它的稳定性非常差，非常容易倒，这是一个稳定性理论的问题；非常难的一个问题，如果把腿弯下来，它的稳定性就大大增加。所以05年以前都是弯腿的，没有直腿的。但是日本人在这方面还是比较领先，现在它有直腿的了。你看这些机器人，当年本田的人形机器人，都是弯着腿的，这是国防科大的机器人。不管它怎么表演，实际上咱们国家863也是北京理工大学黄强投资了两千万，但是这次不成功，准备奥运的开幕式，也不知道是张艺谋把这个给挤了，还是不敢他让张艺谋加入这个节目，反正没有，但是国家回确花了很多钱。

　　这个又是一种技术，多指灵巧手。这个技术是我们所的张洁院士，这是94年1月24日在新闻联播里面报道的，看着挺简单，夹一个鸡蛋，但是实际上我跟你讲，最简单的就是两个问题，第一个，你能不能不把它夹碎了。你要是想把它夹住，一定要有一定的夹持力，力还不能太大，所以这个是一个关键技术。所以我们所的张宇宣院士当年就是夹鸡蛋在新闻联播报道的，还有一个荣誉度，就是7自由度机器人，咱们国家第一个，可以说最有分量的成果就是这两个，就凭这个，夹一个球比较简单，可是鸡蛋比较难。

　　这个项目的话，在咱们东莞科博馆一定要让北航承担，因为北航都出了一个院士了。实际这个工作是我负责的，当时几家招标，哈工大，上海交大，北航，让北航最后一个答辩，我说你们再降12块钱，这个项目就是你们的了。哈工大报的多少钱，上海交大保的多少钱，我说你怎么把标底告诉我们呢。他说哈工大报多少钱，上海交大报多少钱，我说你怎么把标底都告诉我了，他说实际上就是想你做，为什么呢？你们北航在这块有这个基础。人家说贠老师，你为什么这么费劲啊，你用个小篮子一兜不就兜起来了吗？我说这里头有学问，要给人展示这个学问，不是为了捞鸡蛋，捞鸡蛋不用这个东西。

　　还有军用机器人。军用机器人应该说在美国，尤其是美国，美国因为现在让恐怖组织给搞怕了，它现在对探测这块非常重视。这次咱们奥运也是下了很大的工夫，尤其北京，搞防恐牌照。实际上这种机器人的灵活性，可以装配当兵，包括咱们的无人机，都可以装配当兵了。灵活性比较强，废了也就废了，但是有一点，功力比较强，带的能量肯定不够。所以它的续航时间和它的速度实际上是一种加速度，达不到，这个不太适合作战。因为我们在北航也承接过一些国防项目，国防项目三个字，就是快准狠。快就是速度一定快。准的话就是精度，还有就是力度要大，虽然是军用，但是不能完全达到这三个字的要求。

　　这是美国的一个无人机，毕老师都介绍过，我就不讲了，还有飞行机器人，空间站，实际上这是德国空间局的一个演示。我们跟德国也有合作，实际上现在空间机器人协助人在舱内操作的，仍然在地面上。包括这次的神七，原来计划装，现在也没装上。但是舱外的机器人早就有了，60年代加拿大的就装备了臂长上百米。实际上舱外机器人在航天的操作上应该还是…实际上那时候的控制技术，机器人技术不像现在发达。但是舱外机器人技术要求不高，只是做一些简单动作，因为在舱外，即便是人出去，挂在机械臂上，万一人脱离开了，人出现什么问题，它可以把他捞回来。那么月球车，这实际上是一个航展上展示的月球车，这个毕老师都介绍过，舱内刚才已经说了。这也是舱内，双密空间机器人。

　　第八个就是娱乐机器人，娱乐机器人在中国科博馆，上海交大做的足球机器人。另外每年基本上在CCTV电视大赛，CCTV第一届电视大赛，我是指导北航队的，北航的指导教师。还有就是我们孙教授一直是CCTV电视大赛的组委会的主任，就是每次他跟何晶，这次忘了跟谁了，都是他在那解说。还有就是咱们现在苏州两届国际机器人大赛，都是清华大学自动系统，国家重点实验室孙正奇（谐音）教授。当然还有一些娱乐型的机器人，不胜枚举了。还有原来电视上介绍的机器狗，现在好象已经销声匿迹了。演奏机器人，机器人乐队，这是四川自贡的一个公司，也是一个机器人公司，做得相当不错，我觉得一个公司能做到这个程度。还有微机器人，这个实际上是一个飞行机器人，还有什么家庭清洁机器人等等，现在都产品化了。微型机器人毕老师介绍过，这是影像胶囊，这是人吞进去以后，作为一个内窥，检查胃溃疡等等。还有这种，这种管道的机器人是做什么的呢？就是管道疏通。我记得我是99年到西门子公司，还不让拍照，就是一个管道机器人，就是管道检测，那个速度确实很快，就是这种类型的。

　　那么这还有一些探测胶囊，除了影像以外，还可以测量PH值等等，作为第一手资料。整个的场景，包括细胞注册，包括微操作手都是我们北航，也是一个课题组，刚才孙老师的发展方向，就是微机器人操作系统。这个就是不同的事物，都是我们所做的不同类型的微操作机器人，实际上这里头大部分都用了一种机构，这个就专业了，我就不在这里详细讲了。还有一些其他的机器人，比如说像星球探测的机器人，像锄草的修剪机器人。实际上现在车是一大类，只要自主行走的都是应用到机器人技术。机器人技术实际上是一个多学科，综合性的技术。涉及到刚才说到几个方面，机械的，控制的，软件的，主要是这几大方面。那么实际上现在作为我们机器人所的课题组的研究，作为工作的划分，主要是这三大系列，机械的，硬件的，软件的。这儿还有一些模块化的，还有一些机器虾，各种类型的机器蛇，还有这种叫做变结构的，这种变结构的机器人。它可以变成一个链条的，也可以变成四个爪的等等。

　　那么还有仿真车，仿真车在东莞科博馆，就是国防科大做了一个演示。还有就是现在美国装备部队的小型的防恐作战机器人，还有智能炸弹，还有球形机器人。球形机器人是另外一种机器人，实际上这种机器人有争议，但是它有一个特点，是全向的，随便滚，而不像汽车，你必须有方向盘，你要是想到边上停车，揉这个轮，可是麻烦了。球就随便滚，全向的，但是它是利用惯性，这里面也是有深刻道理的，在行走的，它的效率并不高，但是它有特点。

　　那么关于机器人技术的研究内容，比如像机械设计涉及到几方面，传感与感知，毕老师已经讲过了。还有驱动和控制，就是你到底用什么样的电机，什么样的控制方法，这是底层硬件。还有一个软件，就是自动规划调度，因为他是无人的，所以要编程，怎么走，这叫做自动化规划的调度。当然有一个核心的心脏，就是计算机。实际上机器人的发展是随着计算机的发展而发展起来的。

　　所以比尔盖茨说，20世纪是计算机的时代，21世纪就是机器人的时代。刚才毕老师引用了比尔盖茨的话作为结束，实际上我把它归纳，就是20世纪是计算机的时代，21世纪是机器人的时代。但是我把它又进一步归纳一下，不管是结合咱们学科，还是结合你们的专业，就是你们自己将来的发展方向，我把它归纳为20世纪是信息化的时代，就是我先有信息，21世纪是自动化的时代。自动化实际上就是把信息化和机器人的结合叫做自动化，自动化是更广泛的。所以现在咱们国家也是在全国自动化的编委会承担一些标准，包括现在有七个标准。所以刚才说到计算机和机器人的关系，当然还有其他一些。因为机器人发展，没有一个指定的，所以咱们研究范围也是没有指定的，比如说像现在的微机电，还有涉及到其他学科的，实际上机器人是范围很广的。原来自动化的，机械工程的等等，这次到日本参加这个会，电子学会的，是西安电子科技大学的校长作为组委会主席，日本方面是副主席，是大学的。竟然是60%都是机器人方面的，所以它涉及到方方面面，相关学科的。所以我想你们在座的所有学生，我想在你们将来的工作当中，今天熊院士还讲到，说咱们的纺织业，说中国的纺织业一定会超过英国。他87年的时候在曼彻斯特大学是以纺织业著名的，当年英国人就看到这个危机了，但是可以说，咱们现在的自动控制，尤其是像芯片级的，单片级的控制，就是在纺织专业开始发展起来。80年代上海的中国纺织大学，还有天津的纺织学院，他们最先从经纬线，还有织机，色染机，全部都是计算机化了，是走得最早的。实际上你会想不到纺织怎么还跟机器人有关系呢。

　　当然因为时间关系，最后我就想介绍一下21世纪，这是05年的归纳，第一个是传感器，第二个是新兴智能技术。这个智能技术不光涉及到技术，还有很多比如说像智能材料，毕老师讲的航天和航空当中的碳纤维的材料，实际上有很多材料里面加了压电陶瓷驱动器的，就是材料本身特性可变。还有什么模块化设计，还有就是工业机器人，包括群体的机器人，这个咱们九五期间，实际上刚才说的机器人产业化，那时候国家就一直致力于这方面的发展。还有微型机器人，还有太空海洋建筑等等，非制造业的，还有服务业的。那时候对服务业，并不是像现在已经提到很重要的位置上了。还有就是行走机器人，还有敏捷制造系统等等。这实际是机器人技术的应用，还有就是军用机器人等等。由于时间关系，还有一些视频，但是我想有机会还会进行很多的交流的，今天我就先跟大家交流到这儿。