機(jī)器人產(chǎn)品化的關(guān)鍵是控制算法和產(chǎn)品工藝

        在“2015硬件自由日”上，北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院的左國玉老師講演了“智能機(jī)器人技術(shù)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應(yīng)用”，并接受了《電子產(chǎn)品世界》的獨(dú)家專訪，談了他的看法。

                 與國外的差距在工藝和控制方法
        機(jī)器人是一種自動(dòng)化工具，最終作用是能代替人干活、服務(wù)于人類。要使機(jī)器人運(yùn)行的流暢可靠，能夠真正完成一些特定功能，控制技術(shù)是核心。我們知道，西門子、施耐德等國際領(lǐng)先企業(yè)的工控產(chǎn)品，他們?cè)谑澜缟险紦?jù)了極大的市場份額，主要是產(chǎn)品的控制方法和工藝水平先進(jìn)。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)同樣如此。在國外，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)機(jī)器人特別是無人車、無人機(jī)控制技術(shù)的提高具有極大的促進(jìn)作用。相比較而言，硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程等信息技術(shù)對(duì)于智能機(jī)器人系統(tǒng)的開發(fā)影響已經(jīng)不太大。近二十年高等工程教育的發(fā)展，使我國這方面的技術(shù)人才儲(chǔ)備已經(jīng)相當(dāng)雄厚。

        在材料和加工工藝方面，國際領(lǐng)先公司也有優(yōu)勢。相對(duì)落后的材料和工藝技術(shù)，對(duì)我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的構(gòu)成了較大的障礙。國內(nèi)一些企業(yè)做出來的產(chǎn)品，總體感覺是不夠精致，無論是機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)還是外形設(shè)計(jì)等方面都有些差距。

        那么，是否本土企業(yè)有了足夠的資金，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展就能很快達(dá)到國際先進(jìn)水平？也未必。因?yàn)楫?dāng)前我國機(jī)器人的技術(shù)儲(chǔ)備和研究基礎(chǔ)還比較薄弱，整體研發(fā)實(shí)力還不能在短時(shí)間內(nèi)取得質(zhì)的提高，其中包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件、智能控制技術(shù)，甚至用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面均存有較大差距，需要時(shí)間來彌合。

                        服務(wù)機(jī)器人是我國機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的突破口
        機(jī)器人是典型的自動(dòng)化裝置，因此機(jī)器人技術(shù)較早地用于工業(yè)生產(chǎn)過程，歐美和日本等國取得了規(guī)模化的應(yīng)用效應(yīng)。相比，我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)仍然相對(duì)落后，盡管近些年來以新松為代表的國內(nèi)機(jī)器人公司在產(chǎn)業(yè)化方面做出了很大的貢獻(xiàn)，我國短時(shí)間內(nèi)趕超國外工業(yè)機(jī)器人技術(shù)還不太現(xiàn)實(shí)。但是在家用服務(wù)機(jī)器人、專業(yè)服務(wù)機(jī)器人等智能機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用方面，我們?cè)诙唐趦?nèi)還能迎頭趕上。

        例如，當(dāng)前國內(nèi)做地面清潔機(jī)器人的企業(yè)很多，盡管有一定的科技含量，但掃地機(jī)器人技術(shù)上相對(duì)容易入門，硬件技術(shù)方面的提高不是太大，而且商業(yè)化應(yīng)用已比較成熟了。但是如果對(duì)機(jī)器人路徑規(guī)劃方面加以改進(jìn)，那么掃地機(jī)器人的性能還會(huì)有較大提高?，F(xiàn)在，左老師的課題組正在研究一種新型工作原理的可移動(dòng)式空氣凈化機(jī)器人，這種機(jī)器人的凈化原理與當(dāng)前市場上吸附原理的凈化器有本質(zhì)的區(qū)別，產(chǎn)品落地時(shí)有望獲得較好的市場預(yù)期。

                       機(jī)器人技術(shù)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)
        機(jī)器人是一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)、傳感器、自動(dòng)控制、人機(jī)交互、仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科。機(jī)器人是非常適合進(jìn)行工程教育、培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的最有平臺(tái)。目前北京工業(yè)大學(xué)主要有兩個(gè)學(xué)院在進(jìn)行機(jī)器人的教學(xué)和科研工作，機(jī)電學(xué)院主要側(cè)重機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)和分析，電控學(xué)院更多的是偏重機(jī)器人的智能控制和信息處理。因此，北工大在機(jī)器人技術(shù)的人才和培養(yǎng)方面具有一定的優(yōu)勢和特色。

        一個(gè)學(xué)生研究和設(shè)計(jì)機(jī)器人，他需要掌握多方面的知識(shí)和能力，如電路設(shè)計(jì)、軟件編程、控制算法，以及一定的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。左老師認(rèn)為，學(xué)習(xí)的主體無論是研究生還是本科生，學(xué)習(xí)的對(duì)象無論是智能車還是無人機(jī)等機(jī)器人，掌握一定的硬件電路和控制知識(shí)，就可以從事機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究工作。

        智能車是大學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)很好的入門平臺(tái)，因?yàn)橹悄苘嚻脚_(tái)硬件比較固定化，一些基本的機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)可以先用智能車來驗(yàn)證。隨后可以將一些智能車技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程當(dāng)中。反之，如果機(jī)器人專業(yè)能力掌握得好，就可以把硬件電路、軟件算法和控制知識(shí)用于智能車控制技術(shù)的改進(jìn)中。

        但是，學(xué)生設(shè)計(jì)的機(jī)器人作品與實(shí)際產(chǎn)品還是有很大的差距。除了研究生以外，左老師實(shí)驗(yàn)室中還有很多本科生，這些學(xué)生從大一開始接觸機(jī)器人直到大三、大四，他們都能做出自己的機(jī)器人。左老師說，從現(xiàn)在學(xué)生所受的教育來看，機(jī)器人入門門檻并不是特別高，淘寶網(wǎng)上就可以買到很多部件，不過正像IDG高級(jí)顧問Allen Furst在“硬件自由日”的講演中所說，“那也僅僅是你攢出來的，但是利用你真正掌握的技術(shù)能不能夠做得更好？這可能就比較難了。”所以在培養(yǎng)學(xué)生過程當(dāng)中，左老師讓學(xué)生從基礎(chǔ)的電路原理圖設(shè)計(jì)開始，到高層的控制算法實(shí)現(xiàn)都需要親自設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，未能真正掌握機(jī)器人技術(shù)和創(chuàng)新能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        近些年，左老師的課題組開發(fā)了不少類型的機(jī)器人，如無人飛行器、仿生機(jī)器人、自平衡機(jī)器人等，參加了眾多的大型科技展，有一些眾籌公司、機(jī)器人公司和科技園主動(dòng)找上門來，看能不能孵化、商用投產(chǎn)。左老師希望他們的技術(shù)不要趴在實(shí)驗(yàn)室里，應(yīng)該走出去。他認(rèn)為，大學(xué)院所的研究成果與企業(yè)的工程技術(shù)和運(yùn)作效率結(jié)合起來，才有可能加快技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和投產(chǎn)。

　　關(guān)于硬件自由日：

　　硬件自由日是DFF(數(shù)字自由基金會(huì))發(fā)起的一個(gè)全球性自由開源慶?；顒?dòng)。

　　硬件自由日推舉的開源硬件口號(hào)，意指允許人們對(duì)硬件實(shí)體進(jìn)行自由地設(shè)計(jì)、修改、完善、再利用并全面開放、公開分享。這些硬件實(shí)體包括設(shè)計(jì)圖、藍(lán)圖、模板、軟件代碼和設(shè)備本身。旨在推廣開放硬件的概念，希望讓更多人可以了解、參與身邊的開發(fā)社交。