机器人技术是机械、电子、控制、计算机、人工智能等多学科交叉的领域，一直以来都是众多学者和企业关注的焦点。进入21世纪以来，许多国家对机器人技术的发展更加重视，并将其作为未来新兴产业寄予厚望,是未来高技术、新兴产业竞争的制高点，对于国民经济发展和国防建设具有重要意义。

本文分析国内外机器人技术的发展趋势，探讨机器人发展方向和研究重点。

机器人先进控制技术的

发展趋势与关键科学问题

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自第一台工业机器人诞生以来，机器人技术就得到众多研究机构、企业的极大关注。在计算机技术、网络技术、微机电系统技术等新技术发展的推动下，机器人技术也在不断地创新发展，并从传统的工业制造领域逐步向其他行业领域扩展（Stephan et al.，2012），如搜索救援、家庭服务、医疗服务、康复训练、教育娱乐、水下勘测、外空间作业、行星探索、纳米操作等。

在工业领域，工业机器人的应用已不再仅限于简单的动作重复。

对于复杂作业需求，工业机器人的智能化、群体协调作业成为解决问题的关键；对于高速、高精度、重载荷的作业，工业机器人的动力学、运动学标定、力控制还有待深入研究；而机器人和操作员在重叠的工作空间安全合作问题，则对机器人的结构设计、感知、控制、安全等都提出了新的要求。

在工业领域以外，机器人在家庭服务、医疗服务、深空深海探测、野外勘测、智能交通等领域都有广泛的应用前景。

在这些领域，机器人需要在动态、未知、非结构化的复杂环境完成不同类型的作业任务，这就对机器人的环境适应性、环境感知、自主控制、人机交互提出了更高的要求。

1. 环境适应性。机器人的工作环境可以是室内、室外、火山、深海、太空，乃至地外星球，其复杂的地面或地形、不同的气压变化、巨大的温度变化、不同的辐照、不同的重力条件，导致机器人的机构设计和控制方法必须进行针对性、适应性的设计。通过仿生手段设计具有飞行、奔跑、跳跃、爬行、游动等不同运动能力的、适应不同环境条件的机器人机构和控制系统，对于提高机器人的环境适应性具有重要的研究价值。

2. 环境感知。面对动态变化、未知、复杂的外部环境，机器人对环境的准确感知是进行决策和控制的基础。感知信息的融合、环境建模、环境理解、学习机制是环境感知研究的重要内容。

3. 自主控制。面对动态变化的外部环境，机器人必须依据既定作业任务和环境感知结果利用内建算法进行规划、决策和控制，以实现最终目标。在无人干预或大延时无法人为干预的情况下，机器人能够规避环境风险、完成既定任务。

4. 人机交互。人机交互对于提升机器人作业能力、满足复杂的作业任务需求具有重要作用。实时作业环境的三维建模，声觉、视觉、力觉、触觉等多种人机交互的实现方式、人机交互中的安全控制等都是人机交互中的重要研究内容。

机器人技术与仿生学、神经科学、脑科学及互联网技术的结合也为机器人技术的研究带来了很多新的课题。

机器人学与仿生学的结合，不仅形成了丰富多彩的仿生机器人系统，对于机器人的感知、控制与决策的基础研究也提供了有力的支持。

机器人学与神经科学、脑科学的结合，将使得人-机器人间的应用接口更加方便，通过神经信号控制智能假肢、外骨骼机器人或远程遥操控机器人系统，利用生物细胞来提升机器人的智能，为机器人技术赋予了新的内涵、提出了新的挑战。

机器人学与互联网技术的结合，使机器人可以通过互联网获取海量的知识，将云计算、智能空间等技术应用于机器人的感知和决策，为机器人研究提出了很多新的课题。

机器人先进控制发展的

优先领域和重点方向

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随着我国经济结构调整、产业升级，对于高性能、高精度的工业机器人的需求越来越旺盛。同时由于劳动力成本的提高，企业界应用工业机器人技术的需求越来越迫切。智能型工业机器人及其应用系统的研究将极大促进产业升级、产业发展。

智能型军事机器人系统不仅对国防安全具有重要意义，而且也会推动机器人前沿新技术的深入研究，并最终通过技术转化在民用领域广泛应用。无人车、无人机、无人舰船等智能机器人系统的研究和研制将为突破新型机构设计、环境感知、自主控制、人机交互等关键技术提供重要支撑。

陪伴机器人、家政机器人、保安机器人、智能玩具、助老助残机器人、仿人形机器人对于提高生活质量、促进社会和谐具有重要作用，而且服务机器人作为未来重要的新兴机器人产业对于国民经济发展同样具有重要作用。

适合于野外、极端环境下作业的特种机器人系统能够代替人类在海洋、太空、地下、野外等复杂危险环境下开展各种作业，辅助操作员完成高精度、高稳定性、高安全性的复杂作业任务，其系统的研究开发具有极其重要的社会效益，体现国家的综合科技实力。

脑科学、神经科学与机器人技术相结合的研究，是一个非常前沿的领域，对于人-机器人接口技术、控制技术、人工智能的发展都具有重要意义，脑科学、神经科学上的突破将极大促进这一研究的快速发展。

本文由刘四旦摘编自中国科学院著《中国学科发展战略·控制科学》一书。

“中国学科发展战略”丛书是中国科学院组织数百位院士专家联合研究的系列成果，涉及自然科学各学科领域，是目前规模最大的学科发展战略研究项目。《中国学科发展战略·控制科学》包含控制科学发展战略总体报告、控制理论、航空航天与运动体控制、过程控制、网络控制、交叉学科及其他六个部分，对控制科学发展现状、特点和趋势进行了阐述，对控制科学发展趋势与需求进行了具体分析并提出发展建议。

《中国学科发展战略·控制科学》适合高层次的战略和管理专家、相关领域的高等院校师生、研究机构的研究人员阅读，是科技工作者洞悉学科发展规律，把握前沿领域和重点方向的重要指南，也是科技管理部门重要的决策参考，同时也是社会公众了解控制科学学科发展现状及趋势的权威读本。

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