每个人孩提时代都曾在漫画书或是电视机中看到过一个个精巧灵活的机器人，也曾梦想着有一天他们可以跟我们一起玩耍，甚至陪伴我们生活。当然，这些梦想随着我们的成长而逐渐尘封在记忆中。

　　生命随着岁月而老去，但人的梦想永远不会停止。伴随着一代代人的努力，一个个曾经只存在于我们脑海里的机器人正慢慢走进现实“深蓝”等高新人工智能机器人早已展现出与人类不相上下的智慧，自动化搬运机器人已是工业领域必不可少的帮手，还有灵巧便捷的家用机器人正走入千家万户。

　　下面我们就从研发入手，带您看看从实验室里走出来的上海机器人，详细介绍上海机器人产业发展现状以及未来发展趋势，希望能勾勒出一份详尽的上海机器人地图。我们可能会谈到一些技术问题，但这些技术展示的却是上海经济未来的竞争力。

　　工业机器人：资格最老，技术最成熟

　　在上海大众帕萨特轿车的座椅生产线上，一个个机器人“工人”正紧张地忙碌着。他们舞动着灵巧的“手臂”，将螺母准确且快速地焊接到汽车部件上。

　　这里的机器人大部分都由上海交大机器人研究所研发。目前全世界数量最多的机器人，就是如帕萨特生产线上这样的工业机器人。它们的形状和动作很多只是模仿了人的手臂。

　　“上世纪60年代初美国诞生了人类历史上第一台机器人，就是工业机器人。”上海大学终身教授、上海机器人研究所所长方明伦说，日本最早实现了工业机器人产业化。从美国引进机器人技术，日本政府对工业机器人产业和应用实施了积极的扶植政策，仅用了十几年时间，便实现了产业化与推广应用。

　　上海是中国最早开始研发工业机器人的地方。 1985年5月9日，上海机器人研究所在上海工业大学（上海大学的前身之一）成立。在第二天的《解放日报》头版上还刊登了这条消息。报道写道：在新成立的机器人研究所的实验室里，人们观看了从日本引进的两台工业机器人的操作表演。一台机器人正抓着毛笔蘸墨汁写大楷，另一台在抓一件工具。

　　亲身参与上海机器人研究所成立的方明伦还记得，当时研究所最重要的任务就是率先研制出上海的工业机器人样机。

　　不久之后，中国首批工业机器人便在上海诞生了。上海交大研发出了“上海1号”与“上海3号”，一个是焊接机器人，一个是喷漆机器人；上海机器人研究所研发出了“上海2号”与“上海5号”，一个是通用工业机器人，一个是浇注工业机器人；上海科学技术大学（上海大学前身之一）研发出“上海4号”，是桥架式机器人。

　　如今在上海交大与上海大学的实验室里，还保留着这些中国最早机器人原型。记者在上海大学的实验室见到了“上海2号”：黄色的身体，最原始的机械手臂，通过操作依然可以灵巧地搬运货物、焊接等。据说，“上海2号”曾为桑塔纳轿车焊接过零部件。焊接质量之高，让当时在现场参观的法国专家赞不绝口。

　　经过20多年的发展，上海研发的工业机器人能做的事情更多了，焊接、喷涂、搬运、装配、切割等都是“小菜一碟”。

　　“工业机器人资格最老，技术水平已经非常成熟了。”上海交大机械与动力工程学院副院长、上海交大机器人研究所所长朱向阳教授说。如今，工业机器人被广泛应用于汽车以及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流等诸多领域中。按照人们给它们事先编制好的程序，一丝不苟地工作，它们不怕疲劳，也不会像人因精神疲乏或情绪波动而出差错。

　　家用机器人：总有一天会走进生活

　　感觉闷了，让机器人唱段小曲儿听听！

　　在上海市机械自动化及机器人重点实验室里，一个身穿戏服、涂着花脸的机器人踱着台步，走到台前，有板有眼地给记者唱起京戏来。

　　【背景】

　　“第三次工业革命”即将来临！

　　英国知名杂志《经济学人》日前发表的《第三次工业革命》一文提出：一系列新技术的发明和运用，让制造业数字化革命正在我们身边发生软件更加智能、机器人更加巧手、网络服务更加便捷。这一数字化革命将引领第三次工业革命。

　　与以往历次工业革命一样，第三次工业革命也会对制造业的发展带来巨大影响，它将改变制造商品的方式。今后制造业竞争力的高低将不再取决于“成本”而是取决于“技术”。

　　对于制造业大国中国，第三次工业革命意味着更多挑战与机遇。 《第三次工业革命》一文作者保罗·麦基里说，历史的车轮几乎回到了原点，很久以前被中国等新兴国家抢走的岗位，可能又要重新回到发达国家手中。但如果中国在本世纪上半叶实现对第三次工业革命基础设施的构建，可能会成为下一次工业革命的领军人。

　　上海始终站在中国经济改革的前沿。如何迎接第三次工业革命带来的挑战与机遇，应该成为上海重点研究的课题。

　　其实，第三次工业革命最核心的就是 “人工智能数字制造技术”，而这一技术最集中的体现便是机器人。当前，以机器人为代表的智能制造模式正在全球范围内形成。上海作为中国最早开展机器人研究的地方，也是中国最主要的机器人产业集聚区之一，机器人产业理应成为上海迎接第三次工业革命的切入口。

　　【机器人ABC】

　　机器人是具有人体部分器官功能的自动机器。它的外形可以是多种多样的，可以像人一样或像人的某一部分，也可以按照它所需要的功能，不拘一格地设计成各种形状，只要这种构造能充分发挥其应有的性能并易于制造。

　　按照应用领域和技术特点，机器人分为工业机器人与服务机器人。

　　工业机器人是应用于生产制造领域的机器人，是制造业智能化的核心部分。

　　服务机器人又分为专用与家用两种。专用机器人是专门从事军事、公共安全、勘探、航空与医疗等的机器人，也叫特种机器人。家用机器人主要指康复、家务及娱乐机器人，具有医疗、助老助残、教育和娱乐等功能。

　　权威声音：上海机器人产业发展选择什么路径

　　《上海市科学和技术发展“十二五”规划》提到：发展智能机器人。 “重点研究智能机器人机构设计、制造工艺、智能控制和人机交互等共性技术，攻克机器人建模、感知、多机器人协调等核心技术；自主研发机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、嵌入式控制器等核心零部件，形成机器人成套设计、应用能力和模块化功能部件生产能力，实现六自由度高速轻载和重载工业机器人、特种机器人以及服务机器人产业化。推进智能机器人区域性研发中心、制造中心建设。 ”

　　《上海中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》提到：发展服务机器人。 “建立开放式智能服务机器人平台，攻克相关的核心基础技术、单元技术和系统集成技术，开发满足不同需求的各类服务机器人，制造满足家用、教育、助老助残、医疗、反恐、救灾等需要的产品，形成系列化型号，并在世博会上展示重点产品。 ”

　　一个产业能否发展起来，关键在于路径选择。作为中国最早开展机器人研究的地方，也是中国最主要的机器人产业集聚区之一，上海的机器人产业发展路径应该如何选择呢？

　　其实，在《上海市科学和技术发展 “十二五”规划》与《上海中长期科学和技 术 发 展 规 划 纲 要（2006-2020年）》中，已经相对明确地指出了上海机器人的发展路径：一是攻克智能机器人涉及的核心技术难题；二是重点发展服务机器人。

　　上海市科委总工程师陈杰解释说：上海已经成为中国最大的机器人产业集聚区，世界四大机器人巨头不约而同地将中国总部设在上海，本土机器人企业不断涌现、高速成长，人才团队、技术储备和产业配套条件初具规模。当然我们也清醒地认识到，中国的机器人研发起步相对较晚，但整体研发实力距离日本、美国与欧洲国家还有很大差距，前沿技术和关键技术模仿较多，缺乏创意理念和原创性成果，虽然能够实现系统集成，在关键零部件与可靠性方面与国外有相当差距。在传统的工业机器人领域，日本、德国和瑞士等几大机器人公司已经基本垄断全球市场，中国机器人要想进入其中非常困难。目前，中国市场上应用的工业机器人的关键基础部件大多为进口，产品设计、材料与工艺技术、系统集成与国外存在较大差距，没有形成相应的标准化、模块化与可互换性的软硬件及功能模块。上海在技术研发上要以此为突破口，争取早日研发出关键工艺技术与核心部件技术，同时解决标准化、模块化的问题，以此带动机器人系统集成技术的研发。

　　此外，随着社会老龄化问题日益凸显，适用于家庭扶老助残、教育娱乐的服务机器人，具有巨大的市场潜力。从全球来说，服务机器人的应用并不广泛，很多相关技术各国都还处于实验室阶段，真正的行业霸主也没有出现。相对来说，中国在服务机器人方面与国外的差距并没有那么大。因此上海要超前部署，争取未来能在服务机器人领域抢得一席之地。

　　因此，上海的机器人发展战略为“错位竞争，整机牵引，以本土市场培育技术能力”，就是要避开外企对机器人技术路径的锁定效应，避开外企所垄断的传统机器人市场（如：汽车和电子制造），快速进入外企还未完全垄断的市场，上海有应用基础、技术要求适中的新兴市场（如：服务机器人）。

　　“现在上海机器人产业已经进入用研发推动应用的阶段。”上海市科委高新技术产业化处处长郭延生说，2005至2011年7年间，市科委共在机器人方向布局81个项目，项目总经费约2.37亿元，其中科委资助5537万元，通过设立重大攻关项目，建立产业创新联盟，以企业为主体，建立适应机器人产业发展的技术创新体系。 2010年世博会上，上海研发的炒菜机器人、助老机器人、机器人乐队等各种服务机器人都得到很好的展示，也提高了市场对这一产业的接受程度。最近两年，一批有实力、有眼光的企业加速进入了这个市场。

　　在陈杰看来，上海机器人产业应该在政府政策的引导下，以企业为主体，高校和科研院所协同，三方共同努力将产业做大。“作为主体的企业在其中的作用尤为重要。上海未来的制造业必然向绿色制造、智能制造与高端制造方向发展，核心体现之一就是机器人的应用。上海机器人市场是巨大的，关键是看企业有没有眼光与魄力抓住这个机会。不过，科技创新不是一两天能做成的，机器人产业也不可能在一夜间长大。因此，需要上海企业具备长远发展的战略眼光，不但要下定决心去做，并要做好长期发展的准备。 ”

　　对话专家：上海机器人要实施跨越式快速发展

　　方明伦，国家级专家、上海大学终身教授、上海机器人研究所所长，已经年过花甲的他至今依然忙碌在机器人研发领域。从上世纪80年代开始，方明伦就多次作为机器人专家参与上海经济发展规划的拟定，见证了20多年来上海机器人在实验室中的成长壮大，他也曾多次在各种场合呼吁上海要加快智能机器人研发。上周，记者（以下简称“记”）在上海大学的一间办公室里采访了方明伦（以下简称“方”）。

　　记：机器人产业在上海到底有多大的市场潜力？

　　方：中国拥有的工业机器人数量和密度与日本、美国和德国等国家有很大差距。在绝对数量上，中国的机器人数量仅为日本的18%、德国的35%；在工业机器人应用最多的汽车产业，每万名工人中机器人数量只有90台，而日本有1600多台，美国有800多台。从这个角度看，工业机器人在中国的缺口很大。

　　具体到上海的情况。飞机制造、船舶制造、汽车制造、核电和电子等领域，对工业机器人的需求量最多，上海一直以来就大力发展这类精密制造业，而且“十二五”期间上海会继续在这些领域发力，所以工业机器人在上海发展的市场潜力巨大。

　　此外，上海老龄化的人口结构对家庭机器人产生旺盛的需求。上海是中国第一个进入人口老龄化的城市。有统计显示，截至2011年底，全市户籍60岁及以上老年人口为347.76万，占总人口的24.5%；而“十二五”期间，上海市进入人口老龄化加速发展期，预计到2015年末，户籍60岁及以上老年人口将超过430万，比例接近30%。随着生活水平进一步提高，上海会非常需要具有医疗、助老助残、教育和娱乐功能的家庭机器人。

　　记：经过20多年的发展，上海的机器人研发实力处于什么水平？

　　方：全球机器人研发水平最高的是日本、美国与欧洲国家。尤其是日本在工业机器人领域研发实力非常强，全球曾一度有60%的工业机器人都来自日本。美国则在特种机器人研发方面全球领先。不仅是研发，从机器人产业上来说，日本、美国与欧洲国家也基本处于垄断地位。目前国际产业界有四大巨头：日本FANUC（发那科）与YASKAWA（安川电机）、瑞士的ABB、德国的KUKA（库卡），其中前三家企业在全球的机器人销量都突破了20万台，KUKA的销量也突破了15万台。

　　中国的机器人研发起步相对较晚，个别技术上能达到领先水平，但整体研发实力距离日本、美国与欧洲国家还有很大差距。

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　　上海拥有较好的人才团队与技术储备：以上海大学、上海交大为代表的研究机构主要从事工业机器人与特种机器人的研发；以复旦大学、同济大学为代表的研究机构主要从事机器人智能控制的研发。上海一些民营企业也具有一定自主研发能力，如上海沃迪科技有限公司研发了能实现码垛等功能工业机器人，去年产量为50套，但计划启用新工厂两年后，预计能年产机器人1000套；还有上海机电厂、开通、安乃达等相关企业，可以从事机器人的控制器、电机和驱动器的开发。

　　不过，与中国机器人研发水平相对全球一样，上海机器人个别研发技术在全国能达到领先水平，但整体研发实力却不敢说最强。往北看，实力最强的有哈尔滨工业大学和中科院沈阳自动化研究所；往南看，广东技术水平发展迅速，最近还成立了机器人产学研战略联盟；上海周边的江苏省等正抓紧机器人研发，发展势头直逼上海。

　　记：上海是最早开始研发机器人的地方，为何发展了20多年后，整体研发水平却没有在全国取得领先地位呢？

　　方：发展智能机器人与工业机器人技术已经写入了国家的“十二五”规划，我参与编写的上海市的“十二五”规划中就将发展智能机器人看作发展先进制造业的核心。但仔细分析上海机器人研发，还是可以看到很多问题。

　　第一，现在的研发规模还不够，缺乏研发的连续性。掌握机器人的核心技术需要长期的积累与沉淀，但上海目前的研发还处于零散状态。研发技术主要掌握在几大高校、一些民企与央企手中，但它们相互之间没有整合，没有形成有效合力。

　　第二，机器人核心技术与关键器件不过硬。当然这不仅仅是上海机器人研发的问题，我们中国机器人研发都存在这个问题。目前中国机器人产品中真正过硬的核心部件还几乎全部依赖于进口。

　　第三，有影响力、有研发能力的上海国企、央企不积极介入。它们目前仍然趋于合资或者购买进口产品，对自主研发的热情不高，这就导致上海的机器人市场严重缺乏本土产品，目前上海市场几乎被日本与欧洲机器人产品垄断。

　　记：按照您所说，上海的机器人研发不算全国最领先，产业结构还有很多不合理的地方，那么接下来上海机器人应该如何规划发展，才能夺取技术的制高点，起码争取到国内的机器人技术话语权呢？

　　方：我的观点是，上海机器人要实施跨越式快速发展，重点要研发出有品牌的“基础型”智能机器人。

　　跨越式就是不要跟随国外的技术路线。在工业机器人领域，日本与德国、瑞典等欧洲国家全球领先，在特种机器人领域，美国技术水平最高，那么上海不可能再跟在它们后面去发展这些机器人，那只会落入学习、落后、再学习、再落后的怪圈。上海要发展的是智能机器人，包括智能工业机器人、智能家用机器人等，但前提一定是“智能”。

　　要实现机器人产业的规模化，一定要打造出大品牌的机器人。这就需要告别现在上海机器人研发“单打独斗”的局面，要有上海国企、央企的参与，以及上海高校科研力量的联合。参与和联合的目的是要研发出有品牌的“基础型”智能机器人。所谓“基础型”智能机器人就是一个“标准”，能够广泛应用于各个领域，一些功能都可以搭载在这个“标准”之上。就像日本FANUC最核心的技术就是一个“基础型”工业机器人。 听一个机器人唱戏不过瘾，那就再来一个机器人吧。只见台下又走上来一个机器人，围着前面那个机器人走了两圈，然后两个机器人就拿出京戏道具“长枪”，不紧不慢地对打起来。

　　在很多科幻小说里面，幻想家都勾画过这样的情节：独居家中的老人和充当“保姆”角色的机器人聊天解闷，久居太空的宇航员和随行执行任务的科研机器人载歌载舞，劳累了一天的人回到家可以吃上机器人烹饪的可口饭菜。

　　其实，这些在上海的各大机器人实验室已经变成了现实。

　　还记得上海交大机器人研究所在2010年世博会上展出的炒菜机器人吧！它的外表看起来有点像家用淋浴房，拉开滑门里面则是各种齐全装备。工作人员只要把配料装进专用盛装盒，然后加入各类佐料，调配完成后，在电脑上输入菜名，机器人便会自动点火、加油并开始炒菜。它甚至能模拟真正大厨，晃锅、颠勺、划散、倾倒，并能娴熟地使用中西式炒菜技法。

　　唱戏机器人与炒菜机器人都属于家用机器人。家庭服务机器人由于贴近普通百姓的日常生活，将是未来机器人领域的重要研究对象。

　　除了提供娱乐功能，家用机器人更主要的是提供助老、助残和康复功能。在上海交大自主机器人实验室就孕育长大了一批“交龙”系列的家用机器人：如智能轮椅能够跟踪主人的引导，自动记忆环境地图，具有高精度和高可靠性的自定位能力，可以在人员流动的动态环境中完成大范围的自主导航；服务机器人集成了轮式移动下肢和仿人型双臂上肢，不但能提供大范围可移动式的陪护，还能帮助主人端茶倒水等。

　　“我国现有8000多万残疾人，约占总人口的6.34%；60岁以上的老年人口已达1.6亿，老龄化问题日益加剧。独居老人、身体残障行动不便者等都将是这类机器人的受益者。 ”方明伦说。

　　不同于工业机器人，家用机器人属于更复杂的智能机器人的一种。朱向阳解释说，所谓智能机器人，就是对周围环境变化能产生智能化反应的自主式机器人。通俗地说，工业机器人和智能机器人可以这样区分：对工业机器人，你不但要告诉它做什么事情，还需要通过事先编制好的程序告诉它每一步怎么做；对智能机器人，你只要告诉它做什么事情，而不必告诉它怎么做，它会自主地完成作业任务。智能机器人涉及定位导航、路径规划、运动控制、无线通信、机器视觉、多机器人协作、语音识别等广泛的问题。

　　在上海的各大机器人研发实验室，能从事简单家庭服务的机器人还有很多。比如，有的机器人可以对房间内的所有物品自动识别、分类，哪些仍可利用、哪些作垃圾处理，都可在无人操控的条件下独立完成。不仅能分类、归纳，它们还能将杂乱摆放的物品进行清洁、整理。这些看似复杂的工作，只需要使用者按下遥控器上的按键就能完成。

　　当然，千万不要“神话”了这些家用机器人。“尽管比尔·盖茨在2007年就预言说，机器人将与个人电脑一样迈入千家万户。但从全球的现状来看，机器人大量走进普通百姓的日常生活还有一段路要走，其中有许多技术问题仍有待科学家努力。 ”朱向阳说，家用机器人需要更先进的人工智能技术、更高的自主作业能力、更友好的人机交互界面和更高的安全性和可靠性，现在还尚未到这个时候。不过我们可以相信，家用机器人不是一个遥远的梦，它正在一步步成为现实。

　　如果我们适当放宽“家用机器人”的定义，将可以根据室内环境变化来改变清扫方式的“扫地机器人”，或是可以帮助洗碗的“洗碗机器人”纳入家用机器人的范围，甚至可以设想，机器人进入家庭的第一步不是作为功能性的助手或是仆人，而是作为玩具和宠物类型的设备，那么家用机器人的现状会更加让人乐观。因为这样相对简单的机器人技术，在上海实验室已经非常成熟了。

　　特种机器人：在你看不见的地方默默工作着

　　在一块垂直地面的巨大铁板上，一个外表酷似坦克车的小机器人缓缓驶入。机器人具有复杂环境下自主式运动功能，传感器系统可以帮助它寻找作业目标，并自动完成焊接等作业任务。

　　这是记者在上海交大机器人研究所的实验室看到的一幕。

　　朱向阳指着一个“小家伙”告诉记者，它可以应用于大型工程结构的焊接。此类特殊的作业任务会比较危险，而且焊接作业区分散，工作强度和难度大。但这个带有自主式移动平台的焊接机器人可以帮助我们完成这一任务。它自带传感器，可以自动寻找焊接作业区；特殊的底盘设计，能让它在大厦墙面上行驶也如履平地。

　　当然，这个“小家伙”只是功能比较简单的一个特种机器人。特种机器人的种类繁多，可以应用于军事、公共安全、勘探、航空与医疗等各行各业。咱们上海还研发出一些更厉害的特种机器人。

　　目前，上海交大船舶海洋与建筑工程学院研发的“海龙”水下机器人，代表了中国水下机器人的领先水平。 “海龙”水下机器人是中国下潜深度最大、功能最强的无人遥控的机器人。它能在水下3500米深处进行观测和取样。它成功应用于“大洋一号”21航次第三航段的深海热液科考任务。通过“海龙”，工作人员可以在东太平洋（601099，股吧）深海3000多米处，观察到高26米、直径约4.5米的罕见巨大“黑烟囱”并取样。除了海底热液矿物取样、大洋深海生物基因和极端微生物的研究等，“海龙”还可用于海洋石油工程服务，水下管道、电缆检测维修，以及海上救助打捞等各种水下作业。

　　此外，在我们生活中，也有一批上海研发的特种机器人在默默工作着。只是由于涉及国家安全等敏感问题，这些机器人很少被媒体报道。

　　生机电一体化机器人：新崛起的前沿科技

　　好莱坞科幻大片中，经常出现主人公因意外事故失去手臂，但却在高科技的帮助下重新装上时尚先进的机械手臂，不但能完全恢复正常的活动，从此还能借助机械手臂上天入地、打败强敌、拯救世界。

　　如今，人体与机器的结合正在经历从科幻到现实的跨越。

　　这便是处于机器人前沿技术领域的 “生机电一体化技术”：将“固定在人体上的机器”发展为神经系统直接控制的运动功能替代装置，由人的神经电生理信号来控制假肢的行动。简单说，就是你想什么，它就可以按照你的意愿做什么，等于恢复了正常的肌体功能。

　　由上海交大机器人研究所领衔的国家973计划项目 “人体运动功能重建的生机电一体化基础”，就是以“多用途灵巧假肢”为载体，研发“生机电一体化机器人”。

　　主攻生机电一体化技术的朱向阳介绍，现在技术相对成熟的是功能低下的单自由度假肢，而多用途灵巧假肢特别要求灵巧、多自由度，能够还原“手”的功能，实现肢体运动和感知功能再造、神经功能重塑、生机交互与功能集成。如今这种多用途灵巧假肢虽然距离推广使用还有很大距离，但在实验室中做出的样机已经取得了不错的效果。

　　记者在实验室看到，在一位失去小臂的残疾人的残肢上贴上电极，采集其神经电生理信号，就可以实现神经系统控制下的计算机字符输入。

　　“假肢的运动主要依靠神经电生理信号控制，常用的神经电生理信号包括脑电信号、肌电信号等，与此相关的一项关键技术是人机接口技术。 ”

　　脑机接口技术近年来发展很快。脑机接口可分为有创脑机接口和无创脑机接口。有创脑机接口需要在中枢皮层中直接植入传感器，接受神经信号。从技术上来讲，这种脑机接口的信号测量效果好，信息传输率也相对较高。无创脑机接口实现比较容易，只需要通过电极帽测量头皮外的信号，安全性好，但其信息传输率相对较低。人机接口是影响生机电一体化技术发展水平的最关键的因素之一。

　　不过，由于全球生机电一体化研究本身起步较晚，中国与世界水平的差距相对不大。上海的生机电一体化研究在中国起步较早。 2005年，上海交大机器人研究所就开始开展此类研究，也成为最早开展此类研究的研究所之一。国内从事该领域研究的主要机构还有清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等等。

　　作为一门新的学科，生机电一体化技术面临制造科学、信息科学、神经科学与神经工程学交叉学科的挑战，尽管从研究和实践上都还远远未完善，但这种新技术的崛起正孕育着康复工程技术的重大变革，并可能直接影响未来的国际科技和产业竞争格局。