意念打字、快遞狗、騎行行李箱……2019世界機器人大會上700多個黑科技，創意突破你的想象！運用機器學習技術，中國乒乓球學院開發了一個陪練機器人，三球以後沒有人可以赢它！機器人有巨大的應用前景，也能突破人類極限，那麼這樣的機器人是如何制造的，它還有哪些意想不到的用處的呢？

出品："SELF格緻論道講壇"公衆号（ID：SELFtalks）

以下内容為中科新松有限公司楊礫演講實錄：

解讀“機器人”

今天跟大家分享的是“機器人，人類的親密夥伴”，為什麼要講這個題目呢？有很多人一直在問我們：“機器人在很多科幻片裡扮演的角色都是人類的終結者，機器人未來到底是人類的夥伴還是人類的敵人？”

人們為什麼對機器人這麼緊張呢？機器人不用睡覺，不用擔心衰老。機器人不用吃飯，省出了很多時間。更重要的一點是，機器人不用上學。

随着5G、6G等新技術的出現，所有的知識到它的大腦裡可能隻需幾秒鐘。未來将機器人組網以後，新的技術可以在瞬間得到共享，那就更加“吓人”了。

那麼，機器人到底是敵人還是朋友？在我看來機器人永遠是我們的親密夥伴。

6軸機器人

提到機器人，一部分人大腦裡的圖像也許是這樣，在機器人學術圈裡它叫“6軸機器人”。

點焊機器人

6軸機器人主要用于工業場景，上圖是它的典型應用場景——汽車廠。這是點焊機器人，我們通過點焊把鋼鐵連接在一起變成車身，塗裝完成以後送到我們身邊。

智能機器人

提到機器人，還有很多人大腦裡出現的場景是這樣的，很多科幻片裡也有這樣的場景，我們将這種機器人稱為智能機器人。機器人的發展是從工業機器人不斷向智能機器人演進的過程，所以未來我們的重要機器人夥伴都是這種智能機器人。

談到機器人不得不提它的英文名——Robot。其實，Robot這個詞是1920年捷克作家卡雷爾·恰佩克創造的，在波蘭語裡的意思是“工人”，在捷克語裡是“勞役和苦工”的意思。

通過Robot一詞的定義可以看出，那個時候，人類就是在尋求一款能夠像奴隸一樣完成固定工作的産品，能夠把人從勞動場景中解放出來。Robot一詞所代表的人類訴求，在相當長的時間裡引導了機器人的研發路線。

我們的中文博大精深，我認為機器人這個詞遠遠好于Robot。該怎麼理解“機器人”呢？我們可以把它解讀成“機器化的人”，這個時候它就不再是冷冰冰的産品，而是相當于一個物種，正因為它是物種，所以才會進一步讨論它跟人之間的關系。

千百年前的智慧機器人

很多人認為機器人是近期出現的産品，恰恰不是，千百年前已經有很多機器人的雛形。

為什麼會有機器人産品的出現呢？這跟人類的需求有關。可能每個人都有這樣一個夢想，創造一個自己的替身或分身。

正是因為這一點，機器人産品一定會出現，也正是因為這一點，機器人的研發一定會持續下去。

比較遙遠的存續于《史記》中的兩款機器人産品，一個是西周的偃師造人，一個是春秋的魯班木鳥。

偃師造人是一個典故，偃師為大王展示他制造的機器人，這個機器人能歌善舞，還對王妃抛媚眼，差一點就被肢解了。

木鳥則是模拟鳥的結構，能夠飛翔。存在于典籍中的故事，證明古代有很多能工巧匠曾制造出非常奇特的産品。

我們在地理書、自然科學的書籍中也會看到很多存續的産品，例如地動儀、指南車、記裡鼓車。

它們都是非常精巧的裝備，能夠完成具體的工作。尤其是指南車，以前我們看到的古代的指南針經常是指北，隻有這款指南車是指南。

在《三國演義》裡諸葛亮研究了一種産品——木牛流馬，這是他和曹操進行對戰時非常重要的裝備。

機器人原型機隻存續在中國嗎？不是的。

1738年，法國科學家用機械制造了機器鴨，能像鴨子一樣完成很多鳥類的動作。

會簽字的玩偶

瑞士的鐘表業非常發達，瑞士有一對父子發明了一個玩偶，可以簽字。這都是非常精巧的機械結構。

在日本也有科學家制造了端茶玩偶。

所有這些都展現了人類的夢想——制造機器人替代我們的工作。但它的動力源要麼來自儲能的機器，要麼來自水流，要麼來自風力。這緻使機器人能夠完成的工作非常少，同時體積非常龐大。

機器人的技術革新從電開始

我們認為機器人研發的巨大轉折點是電技術。電驅和電控對機器人行業來講是颠覆性的技術，它的出現讓機器人真正以豐富的生産線面向大衆。

機器人發展史

20世紀50年代，第一個複雜意義上的數控機床出現了。機器人和數控機床是密不可分的，是同源的，從架構、控制上有很多的相似性，這意味着今天所有的機器人都是基于當時的産業變化和基礎。

1953年，出現了真正意義上第一台工業機器人，後來，機器人逐步走進了工廠。

1980年，中國科學院沈陽自動化研究所（現在的機器人學國家重點實驗室）成功研制了自己的工業機器人，中國的機器人空白被填補了。

蔣新松院士是中國機器人研究的帶頭人，被稱為“中國機器人之父”，在他的引導下，中國機器人産業有了一次飛躍式發展。

典型串聯結構機器人

機器人有什麼樣的典型結構？圖中是典型的串聯結構，6軸。

我們可以把“軸”理解成關節或旋轉軸。空間有X、Y、Z三個直角坐标軸，還有X、Y、Z三個旋轉軸。

通常我們認為一個6個自由度或者6個軸的空間坐标能夠取代中間空間的所有點，意味着一個6軸的機器人可以完成空間的所有工作。

但是，我們後來發現6軸并不夠用，人的胳膊是7軸結構，于是研究者開發出了7軸機器人。

7軸機器人可以完成非常複雜的動作，就像腕關節固定，胳膊仍然可以做出不同的動作。

這種機器人在什麼時候最有用呢？它在一些封閉、複雜的狹小空間裡可以有效地完成動作，例如做手術，做手術的時候機器人必須要繞過你的骨骼，這個時候7個自由度機器人會體現出價值。

機器人都有哪些結構呢？可以用機器人跟人進行一下對比。關節裡面有電機，電機的作用就是完成動作。

電機怎麼完成這個動作呢？要加驅動器，驅動器不斷地發送脈沖，伺服電機按照脈沖來完成它的軌迹。

電機中間有一個減速器，減速器顧名思義是為了讓電機的輸出的速度降低一點，但是輸出的力矩會大幅上升。這意味着非常緊湊的結構可以完成非常大的輸出力。

機器人裡面還有編碼器，我們俗稱碼盤，它的作用是什麼呢？讓機器人執行一個動作，到底做到了還是沒有做到？通過它把數據采回來的反饋給我們。編碼器讓每一個動作能發出去還能收回來，形成閉環反饋。

和人一樣，機器人身上有非常重要的傳感器。人有很多傳感器感知外部，最重要的兩個傳感器是：第一，力傳感器。全身的皮膚、組織都相當于力傳感器。

第二，視覺傳感器，人認知和改造世界靠的就是視覺傳感器。

對機器人來講力傳感器和視覺傳感器也是非常重要的，所以研究者也在不斷開發智能傳感器。

機器人還配有控制器，控制器像什麼呢？像人類的大腦，也相當于計算機的CPU。它能夠采集數據，分析和規劃路徑。我們提到的操作系統、實時内核使機器人和人之間能夠建立更有效的溝通。

大家看到的是一個雙臂機器人，雙臂機器人每個胳膊有7個關節，也就叫7個自由度的機器人。

機器人模拟端咖啡送水

圖中展示的是模拟端咖啡送水的工作。在2018年的進博會上，這款機器人被征調進了主會場，替代服務員的工作，為各國元首端茶送水。

我們以前生産的機器人都是單臂，但是單臂不足以替代人類完成更多的工作，所以雙臂應運而生。

雙臂機器人其實很複雜，為什麼呢？人同時使用雙臂勞作很簡單。對于機器人來說，要随時能感知兩臂之間的空間，兩個胳膊不碰撞在一起，要構建一個非常有效的空間坐标，讓兩個臂之間不要沖突，這個要求非常高。

所以，對人類來說很簡單的工作，對機器人來講卻非常難。但是也有一些機器人擅長的工作對人而言就非常難了。

我小的時候喜歡看武俠小說，《射雕英雄傳》裡的周伯通會“雙手互博”，左手畫方，右手畫圓，在座諸位能做到這個的應該不多吧？但這對機器人來講非常容易。可見，機器人的很多技能和人類有非常大的互補性。

我們再看這個場景，這是典型的雙臂機器人，它配備了AR視覺系統。

我們和機器人之間怎麼溝通呢？難道是靠說話？說話交流的速度和信息量是不夠的。

人認知外部世界更多是靠視覺，因此我們經常在想人和機器人之間是不是能建立一座橋梁，讓大量的數據有效快速傳遞？這種想法促成了AR系統有效的嫁接。

通過AR系統，我們可以把機器人的所有狀态都顯示出來，還有典型的虛拟視角，在使用者的空間環境下虛拟地完成機器人的編程動作後，機器人可以有效地完成它自己的工作。

這種應用在很多危險環境下價值非常高，例如核污染。

親密夥伴機器人

機器人是不是隻存在于工業領域呢？不一定，在未來機器人可能是作為人類的夥伴出現的。

給大家展示一個新型的産品——乒乓球機器人。乒乓球是國球，每個人對乒乓機器人都有自己的設想。

這是中國乒乓球學院開發的産品，目的就是為國家隊、專業隊提供有效的陪練服務。目前看到的場景是機器人和人之間的對抗，在2019年底或者2020年會出現更新一代的機器人。

很多人會問，乒乓球機器人如何才能做出有效的動作呢？是不是建數學模型，拿攝像頭采集運動軌迹來計算它怎麼回球？

很多研究者也是這麼想的，實際上做不到。為什麼？中國人打球，球一定是要轉的，球在轉的過程中沒有任何一個攝像頭能采到它怎麼轉。

因此一開始做實驗的時候我們把球變成花瓣等各種樣子，希望能夠采集到球旋轉的過程，發現非常困難。但後來意識到采集到也沒用，乒乓球的速度非常快，等你采集并運算完了以後球早過去了。

那到底應該怎麼做呢？我們用的技術是機器學習。攝像頭采集人打球的動作，把人瞬間的動作傳回來，變成機器人學習的過程，它來預判你這個球大概以什麼樣的方式過來，以什麼樣的軌迹過來。

所以這種方式就更像人與人之間的對抗。這個機器人在2018年人工智能大會展出三天。基本上三球以後沒有人可以赢它，頭三球是它适應的過程。

我們也期待未來能研發出量産的産品，它們就可以到社區、健身房跟大家一起互動。

這是一個四足機器人，機器人如果隻能靜止在這兒是不夠的，一定要運動起來。對機器人來講以前的運動方式是輪式驅動，但輪式驅動對地形是很挑剔的，隻有足式是沒有挑剔的。

足式運動要不斷地處理好平衡和重心，像這樣在複雜的崎岖地面上能夠時刻保持自己的重心，保持自己的位置是非常非常難的。

四足機器人還能做什麼？這是在實驗室裡面，機器人用前面的機械臂模拟人的動作打開門鎖，為機器狗開門，動作跟人是很相似的。

上圖是一個機器人在進行跳躍，也許在座諸位完成這些都很容易，但是做到這一點對機器人非常非常難。為什麼這麼講呢？

機器人研究中最重要的學科之一是動力學，因為機器人一直是運動的狀态。當姿态發生變化時重心就變了，慣量也在變。所以對機器人來講一直是變慣量的狀态，這意味着機器人要不斷地實時計算分析。

另外一點，這個産品在落地的時候對電機的沖擊非常大，如果控制不當的話電機當時就被摧毀了。所以機器人的緩沖和震動過程都有大量的算法在跟蹤，機器人也從以前的工廠逐步進入許多能夠創造更多價值的地方。

手術機器人

這個叫手術機器人，是典型的主從操作手術機器人。外科手術精确度很高，需要外科醫生的手非常穩，做重大手術之前不許喝酒，一定要休息得當。

機器人做手術

機器人可以有效地剔除生物震顫，所以做微創手術的創面更小，做的手術可以更精巧。這都是手術機器人可能作為夥伴出現的例證。

我們早期研發機器人一般利用機械、電子等傳統的工程學科知識。今天，大量的哲學、倫理學都融入到機器人研究中。

機器人倫理中，有一個著名的機器人三原則：第一，機器人不得傷害人類; 第二，機器人必須服從人類的命令，除非與第一條相反; 第三，機器人必須保護好自己，除非和前兩個沖突。

機器人三原則是由著名科幻作家阿西莫夫提出的，是在開發智能機器人時最重要的設計依據。

大家經常在想，未來機器人到底怎麼樣？會不會是人類的敵人？未來機器人一定是人類的親密夥伴，原因也正是這三點，這三點保障了機器人和人類之間親密的關系。

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