关于我国机器人标准化的思考

关于我国机器人标准化的思考

1完成某项任务的逻辑顺序从工业和工业的发展过程、实际情况和未来趋势来看，机器人不一定是人类（或动物）的形式，而需要具有人化（或动物）的行为特征。根据特定的逻辑规律，完成一项任务并以一定程度上完成一些任务。机器人在不同的发展时期,有着不同的动作特征与动作能力,所遵循的逻辑规律也大不相同。“感知—思维/判断/决策/学习—执行”是人类完成某项任务所遵循的基本逻辑规律,也是现代与未来机器人追求的最高境界。在很长的发展历史中,机器人只具备人的动作特征,而没有思维与学习能力。机器人都需要动力驱动,不论是何种动力源。2基于世代分类的机器人从机器人发展的迭代状况看,到目前为止,笔者认为机器人可有四种类型(四次迭代——对应于四个发展阶段)。2.1作指令的机械装置该类机器人依赖于机械原理、机械结构从而实现其动作,完成既定任务。其动作方式、轨迹、幅度、频率等要素都是不变的,且动作指令是机械结构本身“发出”的。由齿轮、凸轮、杠杆、弹簧、滑轨、皮带等机械部件的组合并配合机器的主体而完成某些任务。该类机器人仅是在机械结构的约束下完成某项任务,没有形成相应的逻辑规律。当前仍能看到此类机器人(机械装置),只是已经忽略了它们的机器人身份。如:以发条为动力的八音盒、以重锤为动力的座钟(尤其是其上的自动报时装置,更具机器人特征)。2.2机器人的工作原理电机技术、液压技术的应用,使得机器人进入了机电型阶段。机器人的动作指令不再仅依赖于机械原理和机械结构,从而使机器人的动作更复杂细腻、功能更强大多变、应用更广泛多样,且更加容易完成某项任务。仅就它的“人”的含义而言,该类机器人相对于纯机械型机器人没有本质的突破,只是在动力源上有了重大改变、在动作能力上有了大幅提升。因此严格意义上,机电型机器人不是完整意义的一次迭代,他是第一代机器人的加强版,是第一代和第三代机器人的过渡。2.3程序法上的机器人在机电型机器人基础上,电气技术、电子技术、计算机技术的发展与大规模应用,使得机器人可以按照事前编排的程序(而不仅是依赖机械结构)而工作。继电器、电容器、电阻器、开关、电子管、晶体管、计算机、微处理器、集成电路、各类电机、各类液压组件及软件等组合并配合机器的主体而实现规定的动作。仅就它的“人”的含义而言,此类机器人相对机电型机器人有了质的变化,具备了“感知”、“思维/判断”的能力,从而形成了在完成与某项任务时的“感知—思维/判断—执行”的逻辑规律。资料显示的上世纪50年代出现的所谓第一台工业机器人,以及直至今日的大部分工业机器人,都属此类——他们都生于和发展于工业自动化时代。程控机器人在国内外已经发展数十年,多集中于工业领域和特殊行业,相应的标准化工作也有所布局。程控机器人的发展,没有遇到今天这样的产业环境,没有受到今天这样的广泛关注。因此,容易给人带来一种错觉——似乎机器人产业是从今天才开始的。这很不公平,也不符合实际。今天上至国家战略,下至企业创新都在大作特作机器人的文章,但绝不能忽略已经发展数十年的程控机器人产业及其产业成果,决不能忘记程控机器人为当前和下一代机器人的发展打下的坚实基础,决不能忽视程控机器人仍是发展中的智能型机器人主体的一部分。实际上,程控机器人仍是当前机器人产业及其应用市场的主力军。2.4智能机器人力学性能此类机器人在程控机器人基础上,增加了类人化的自主思维和学习的能力。在完成某项任务时,可以完整遵循“感知—思维/判断/决策/学习—执行”的逻辑规律,且在感知、判断/决策、执行的方式方法、能力水平上也因新技术的引入而大幅提高。其中的学习,包括学习的过程和学习结果的输出,如记忆、信息获取与利用、提供用于“判断/决策”的新的线索或依据,学习的结果还可提高或完善自身“感知、思维/判断/决策/(再)学习、执行的能力等。智能机器人的每个动作,都可能存在一个或多个“感知—思维/判断/决策/学习”的闭环过程。智能机器人的动作方式、轨迹、幅度、频率等不再是固定的,不再仅听命于控制单元的指令,而是可在一定范围内自主改变,在一定环境条件下自主调整与适应。智能机器人还应有与外界“互联互通”的特性和能力。仅就它的“人”的含义而言,此类机器人相对程控机器人又有了新的质的变化,更加“像”人了。从这样的分类看去,我们所习惯称谓的“机器人”,在严肃和规范的情境下,宜在其之前附加“程控”、“智能”等前缀方严谨。智能机器人应该是我们目前重点关注、研究和发展的对象。但目前,在这方面的产业化或标准化,都还处于初始阶段和基础相对薄弱的状态。即使重点发展智能机器人产业,也不能疏于对程控机器人产业化与标准化的继续研究和推动,不能疏于对程控机器人关键技术、核心部件(材料)产业化与标准化的继续研发和创新。程控机器人与智能型机器人,是后者继承前者并依托前者而发展的关系。通俗的讲,程控机器人与智能机器人的核心差别,只是后者比前者多了一个大脑。只有聪明的大脑而没有灵活的四肢的人,称不上是一个健全的人。3标准体系构建有助于各类标准化对象的合理分类当前,机器人领域的标准化工作,包括标准体系构建,以机器人的用途为分类依据的趋势已经形成。国际机器人联合会(IFR)及其他国际标准化组织,通常把机器人分为工业机器人和服务机器人两类;而将服务机器人又分为个人/家庭服务机器人和特种服务机器人(或专业服务机器人),见图1。所谓“工业机器人”指的是,直接为工业产品生产服务的机器人,如生产线上的机械手等。所谓“个人/家庭服务机器人”指的是,服务于家庭生活或面向个人提供服务的机器人,如扫地机器人、导盲机器人等。所谓“特种服务机器人”指的是,用于特殊场合和特殊工作条件下工作的机器人,如排爆、水下搜寻等。在构建标准体系的过程中,对标准化对象进行科学合理的分类,有助于厘清不同标准化对象的关系和边界,有助于明确现有各个领域标准化职能部门的任务和职责,有助于促进各类标准化对象对应产业的协调发展和相互支持。在按照用途对机器人分类时,我国是否一定与国际上的分类方法严格对应?笔者的观点是“无需一定”。原因在于我国标准化管理体制有其独特性,当前产业发展状态与未来发展预期也有其特殊性(此处不展开论述)。笔者认为,宜将上述分类中的“特种服务机器人”从“服务机器人”中分离出来,并改称“特种作业机器人”(或专业作业机器人),见图2。理由是,从已知的可归类为“特种服务机器人”,包括:海陆空勘探勘察、医疗卫生、探险排爆、救灾消防、检测监控等的例子看,这些用途突显的是“作业”的含义,而少了“服务”的意味。4提出论述论述碍于笔者从业领域,以下主要针对服务机器人展开论述。在我的认知下,“服务机器人”可进行以下再分类:即“家用和类似用途(含个人用途)服务机器人”、“公共服务机器人”。4.1类似用途的应用所谓“家用和类似用途服务机器人”(可简称为“家用机器人”)与家用电器类似,其特征是:——基于家居环境而设计;——以家居环境下的人员为服务对象,且这些人员不需要具备某些专业知识和专业技能或不需要经过专门培训。在“类似用途”方面,其特征是:——不排除可用于与家居环境类似的如办公室、咖啡馆等公共场所等环境下;——以这一环境下的人员为服务对象,且对这些人员的要求与上述相同。如家用扫地机器人用于办公室的清扫等。“个人服务机器人”,顾名思义是仅面向个人提供服务的机器人,其特征是:——基于单一个人独立使用需求(不是群体需求)而设计;——使用场所既可以是家居也可以是户外,满足的是单一个人的某种正常需求;如导盲机器人。此类服务机器人与家用机器人在安全和使用场景以及使用方法等方面均十分相近,故可归为一类。家用机器人的细化分类例子见图3。4.2服务的人员和培训所谓“公共服务机器人”是指,在公共场所使用的服务机器人。其特征是:——基于公共环境而设计;——适合在公共环境或专用场所(室内或户外、人员众多、成份多样等)下使用;——接受服务的人员和接受服务的方式与家用和类似用途服务机器人并无太大差别,但日常操作者/维护者通常需要具备某些专业知识和专业技能或需要经过专门培训;——采用有别于家居环境下的服务方式,提供有别于家居环境下所需要的服务内容。从以上特征可以看出,公共服务机器人与家用和类似用途服务机器人应同属一宗(相对工业机器人和特种作业机器人而言),是家用服务机器人中“类似用途”的一个应用领域。公共服务机器人的细化分类例子见图3。5标准体系的结构和与机器人的“跨界”结合某个产品领域的标准体系,大致可有以下结构:基础标准、系统标准(尤其是机器人,不是独立的产品个体,更需要系统支持)和产品标准。产品如何分类直接关系到产品标准如何设置;产品分类的科学合理性直接影响到产品标准设置的科学合理性。长期以来,我们已经习惯了紧跟国际发展动态,搬来国际上现成的模式用于自己的标准体系构建,这是捷径,但也有不妥。比如,在机器人领域,即使在国际标准化领域,也属新兴事物,相关组织的体系构架并不健全。在国际标准化领域,诸如机器人这样的新兴产品领域的标准体系,往往是自下而上逐步形成的,其过程大致是,有人提议要做某个标准,有人跟随附和,又符合本组织的定位,那就可以先做起来。做起来的标准就出现在了标准体系(构架)上的某个位置,多个这种情况发生后,似乎就能看到标准体系的脉络了,但它仍远远不是完全意义的标准体系,只能是现有标准(包括标准研制计划)的二维化记录。如目前ISO/TC299展现的有关机器人的(产品类别)构架,见图4。从图4中可以看出,这显然仅是ISO/TC299目前的标准化工作状况,十分符合上述的分析,它不是ISO/TC299关于机器人标准的全部,不能作为我们构建自己的机器人标准体系的依据。在我国,某一新兴产品领域的国家标准体系,大多是自上而下形成的,即首先做出顶层设计,以确定横向板块和纵向板块及它们的逻辑关系;确定纵向板块中各个层级及它们的衔接关系;确定各层级的具体标准及各个具体标准的边界关系。期间,也就确定了各个标准化技术机构(TC)的任务。同时,机器人产业是一个跨理论学科、跨技术领域、跨产品行业、跨职能部门的“跨界”产业,仅就标准化而言,涉及到众多管理部门、技术机构或行业组织,在各自职责分工的前提下,急需各负其职,又要相互协调联动。上述特点,恰好说明事前研究机器人分类及其科学合理性的重要性和意义所在。从上述关于国内外标准体系形成的差异来看,我国机器人的分类方法和标准体系,如果与国际标准化组织或其他国家存在一定差异应视为一种正常状态,且如果利用好我们构建标准体系的机制优势,配合推进速度,还能起到影响国际标准体系沿着我们的路径发展的作用。6有助于“机器人”标准化工作的规范化推进仅就“机器人”而言,已不是新事物,只是一直以来没有像今天这样被业内外如此关注;今天热议的“机器人”,多集中于“智能型机器人”,即使并不明白“智能”的含义和特征,也热衷于把所做的“机器人”冠以“智能化”名头;其实,我们未必很好的走完了“程控型机器人”阶段,在这个领域与国际先进水平仍存有较大差距,且当前被热推的“智能制造”、“数字工厂”等国家战略级别的制造业示范工程,所需要的“机器人”并非都是“智能型机器人”。因此,对“机器人”的认知、宣传、决策等环节上,冷静、理智是必要的。就“机器人”的标准化而言,也不是新话题,尤其在“工业机器人”领域,甚至可归为传统产业了,其