本書系統介紹了智能機器人的創新熱點與趨勢，以機器人的產業數據、專利數據、科技論文等數據分析為基礎，從工業機器人、服務機器人兩個維度，就國內外智能機器人發展歷史與現狀、產業鏈的構成和核心技術、不同產業的應用情況和熱點應用領域、機器人國際前沿和創新發展趨勢等方面進行了詳細的分析和介紹。
本書內容豐富，適合高等院校機器人專業的師生、機器人等有關人工智能與智能裝備行業的研發人員與創新創業人員、機器人和人工智能領域的投融資人士進行參考。
機器人技術集機械、信息、電子、材料、控制等多學科于一體，技術附加值高，產品應用范圍廣，已經成為重要的技術輻射平臺，在促進經濟發展、改善民生、增強國防實力、提高突發事件應急應對水平等方面都具有重要意義。隨著機器人的智能化水平快速發展，智能機器人技術已成為競爭為激烈的戰略性新興產業領域之一，在自動化無人工廠、物流分揀與無人配送、助老助殘、醫療康復、教育娛樂、危險作業等方面具有巨大的應用潛力。大力發展智能機器人是我國高科技產業發展的重大機遇，對于提升我國的核心競爭力具有重要戰略意義。
智能機器人技術具有綜合性強、滲透性強等特點，美國、日本、韓國以及歐洲等國家和地區都非常重視機器人技術與產業的發展，將機器人產業作為戰略產業，制定機器人國家發展戰略規劃。
美國是早開展機器人研究的國家，也是目前各種新概念機器人研究活躍的國家。美國于2016年10月發布了《機器人技術路線圖：從互聯網到機器人》（2016版），對機器人技術的廣泛應用場景進行了預測，其中涉及制造業、消費性服務業、醫療保健、無人駕駛及其防護等領域。2017年初，美國發布了《國家機器人計劃2.0》，聚焦多機器人組成的團隊如何
有效交互和協作、機器人如何更有效地進行自主學習和工作等機器人智能化的關鍵技術問題。
歐盟在2014年啟動了民用機器人研發計劃SPARC，截至2020年投入28億歐元，瞄準制造業、農業、健康、交通、安全、家庭等民用領域，創造了20余萬個就業崗位，創立了200多家公司，有1.2萬人參與相關的研發。歐盟還于2014年啟動了民用機器人研發項目地平線2020計劃，總預算超700億歐元，引進先進的創新解決方案，推進工業機器人關鍵技術的開發。此外，德國提出的工業4.0將智能機器人和智能制造技術作為迎接新的工業革命的切入點。
日本和韓國也將機器人產業發展納入了國家戰略。2015年初，日本公布了《機器人新戰略》，提出了世界機器人創新基地世界的機器人應用國家邁向的機器人新時代三個建設機器人強國的核心目標。韓國在2012年發布了《機器人未來戰略2022》，在2013年制定了《第二次智能機器人行動計劃（20142018年）》，提出了未來占據全球機器人20%市場份額的發展目標，邁入世界三大機器人強國行列。
我國在863計劃、國家自然科學基金、國家重點研發計劃等科研項目與計劃的支持下，也持續開展了智能機器人關鍵技術攻關，加快了智能機器人樣機研發和產業應用。近年來，我國機器人技術和產業取得了高速發展。
國際標準化組織（ISO）對機器人的定義為：機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執行各種任務。機器人按照用途可分為工業機器人和服務機器人，工業機器人在工業生產中主要用于制造業相關領域，如進行焊接、噴漆、裝配、搬運、機械加工等作業。服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，它能夠完成有益于人類的服務工作，但不包括從事生產的設備（國際機器人聯合會定義）。
根據國際機器人聯合會（IFR）的統計數據，2018年中國機器人市場規模約為90億美元，其中工業機器人占70%，服務機器人占30%，并且保持了高達 35%的年均增長率。受全球經濟下滑和貿易緊張的局勢影響，2019年全球工業機器人的年裝機量下降了11%，而服務機器人的銷量依然保持迅猛增加的態勢，年增長率在30%左右。據預測，到2023年全球機器人的
市場規模有可能達到664億美元，其中工業機器人的市場規模有望達到335億美元，服務機器人的市場規模有望達到260億美元，特殊環境服役機器人（特種機器人）的市場規模有望達到 69億美元。未來四五年內，工業機器人和服務機器人的市場規模有望再翻一番。從機器人產業創新來看，機器人的核心關鍵技術仍在研發和攻克之中。其中，機器人產業的共性關鍵技術包含機器人產品創意與性能優化設計，機器人模塊化/標準化體系結構設計，機器人標準化、高性能、低成本的執行機構，機器人傳感器、驅動器、控制器等核心零部件，高功率密度能源動力，信息識別與人性化的人機交互，人機共存安全，機器人系統集成與應用，性能測試規范與維護技術等。智能機器人前沿創新技術的方向包含仿生材料與結構一體化設計，機器人精密微/納操作，機器人多自由度靈巧操作，機器人執行機構與驅動器一體化設計，非結構環境下的機器人動
力學與智能控制，生機電激勵與控制，機器人仿生技術，軟體機器人技術，非結構化環境的機器人認知與導航規劃，機器人故障自診斷與自修復，機器人自主行為技術，人類情感與運動感知理解，人類語義識別與提取，記憶和智能推理技術，人機交互與協作技術，多機器人協同作業技術等。
隨著人工智能、大數據、智能傳感器等技術的發展，智能機器人技術正在朝著智能化、數字化、柔性化、標準化、網絡化的方向突飛猛進。由簡單的機電一體化裝備，向生機電一體化和多傳感器智能化等方面發展；由單一作業，向服務機器人與信息網絡相結合的虛擬交互、遠程操作和網絡服務等方面發展；由研制單一復雜系統，向將其核心技術、核心模塊嵌入高端
制造等裝備的方面發展。機器人應用領域向助老助殘、家用服務、特種服務等方面擴展，在學科上與生機電理論與技術、納米制造、生物制造等學科進行交叉創新，科學問題包含新材料、新感知、新控制和新認知等。智能機器人的產業鏈長、帶動性和輻射性強，在全球范圍還處于分散發展階段。加強智能機器人核心技術與產品的攻關，對國家重大需求與安全具有重要意義；加強機器人前沿技術、核心零部件與相關標準的研發，對于國家民生科技與戰略性新興產業的發展具有重要推動作用；加強感知、決策與執行等方面的探索，對于傳統產業升級換代具有重要促進作用。我國緊密圍繞國民經濟轉型升級、人民日益增長的美好生活需求以及國家戰略重大需求，構建智能機器人產業體系，努力將我國打造成世界領 先的智能機器人研制和應用聚集地。在繼續夯實現有機器人產業基礎的同 時，加強前瞻布局，加快機器人核心關鍵技術的突破，在創新能力提升、標準檢測認證體系建設、人才培養等方面采取相應措施，確保我國智能機器人產業的快速發展。
本書介紹了近年來智能機器人的創新熱點與趨勢。以機器人的產業數據、專利數據、科技論文等數據分析為基礎，梳理分析了國內外智能機器人的發展歷程、機器人產業鏈的構成、熱點應用領域、前沿創新發展趨勢等。
本書適合高等院校自動化控制、機械工程、機器人、嵌入式系統、人工智能、無人系統等相關專業的師生，人工智能與智能裝備行業的研發與創新創業者，機器人和人工智能領域的投融資人士等閱讀和參考。本書共分為7章。第1章介紹了機器人的內涵、定義與分類，分別就 國內外機器人技術的發展歷程、機器人產業鏈的基本構成進行了簡述；第2章介紹了全球智能機器人產業發展現狀，剖析了全球機器人產業規模、市場結構和產業特點，介紹了美國、歐洲、日本、韓國等國家和地區機器人市場的發展情況；第3章介紹了我國智能機器人產業發展現狀，對我國機器人產業的發展趨勢和預測進行分析，介紹了我國當前主要機器人產業發展集聚區的優勢和特點；第4章介紹了智能機器人產業鏈的組成、機器人關鍵零部件的現狀及關鍵技術，并對機器人主機和機器人系統集成的現狀和核心技術進行了闡述；第5章介紹了工業機器人和服務機器人產業的熱點應用領域，包括工業機器人在汽車制造、3C電子、搬運碼垛、機械加工、噴涂、焊接等領域的應用情況，服務機器人在家用服務、醫療手術、教育娛樂、助老助殘等領域的應用情況；第6章介紹了智能機器人產業應用的熱點領域，闡述了新一代人機協作機器人、輕型工業機器人、醫療機器人、電商物流機器人、無人送貨機器人、送餐機器人、云端機器人等新興機器人的熱點應用；第7章放眼智能機器人的未來，梳理了機器人技術創新趨勢，圍繞工業互聯網、AI、5G與機器人的交叉融合，工業視覺、智能傳感器與機器人配套等方面進行了介紹。書末附有目前國內外機器人技術領先的部分研究院所與機器人知名公司的列表，供讀者參考和借鑒。
陶永，?北京航空航天大學副研究員、博導，主要研究方向為智能機器人先進控制技術與集成應用、航空智能制造、嵌入式機電一體化控制、航空發展戰略研究等。在期刊和國際會議上發表論文90余篇，其中SCI?收錄30余篇，EI/ISTP收錄30余篇，已授權國家發明專利15項。現為全國機器人標準化技術委員會委員、中國機械工程學會機器人分會專家委委員、中國電子學會嵌入式系統與機器人分會專家委委員、中國通信學會工業互聯網委員會委員、《制造業自動化》青年編委會主任委員。
王田苗，?北京航空航天大學教授、博導，?北航機器人研究所名譽所長，北航校學術委員會副主任，中關村智友天使研究院院長，長江學者特聘教授，國家杰出青年科學基金獲得者，IEEE R&A北京大區主席，曾任十一五國家863計劃先進制造技術領域首席專家組組長、十二五服務機器人重點專項專家組組長。主要從事先進機器人理論與技術研究，包括仿生結構、醫療機器人、服務機器人等領域，曾榮獲國家科技進步獎二等獎2項、原國家電子工業部科技進步獎一等獎1項、北京市科技進步獎一等獎1項。現為雅瑞資本、真格基金、普華資本首席科技顧問，歌爾股份有限公司、上海新時達電氣股份有限公司等上市公司獨立董事。
裴軍，理學博士、副研究員，就職于北京國知專利預警咨詢有限公司，從事專利分析咨詢工作，先后承擔機器人、新材料、集成電路等產業領域120余項咨詢項目。參與《專利分析方法、圖表解讀與情報挖掘》《專利分析檢索、可視化與報告撰寫》《專利布局》《專利挖掘》等圖書編寫工作，在專利戰略、專利預警、專利挖掘布局、專利導航、高價值專利培育、專利運營等方面有豐富的實踐經驗。
前 言3
第1章 智能機器人的內涵及發展歷程1
1.1 機器人定義和內涵1
1.2 機器人的分類2
1.3 機器人發展歷史4
1.4 機器人產業鏈構成12
1.5 本章小結15
第2章 全球智能機器人產業發展現狀16
2.1 全球機器人產業發展總體情況16
2.2 美國機器人產業發展情況24
2.3 歐洲/德國機器人產業發展情況26
2.4 亞洲機器人產業發展情況29
2.5 本章小結34
第3章 我國智能機器人產業發展現狀及趨勢35
3.1 我國機器人產業發展總體情況35
3.2 我國工業機器人產業發展情況40
3.3 我國服務機器人產業發展情況48
3.4 我國機器人產業集群分布53
3.5 本章小結56
第4章 智能機器人產業鏈的核心技術與趨勢57
4.1 智能機器人核心部件59
4.2 智能機器人主機68
4.3 智能機器人系統集成74
4.4 本章小結80
第5章 智能機器人產業應用領域發展81
5.1 智能工業機器人應用領域81
5.1.1 汽車制造領域81
5.1.2 3C電子制造領域83
5.1.3 搬運碼垛物流行業84
5.1.4 機械加工行業86
5.1.5 噴涂領域87
5.1.6 焊接領域88
5.2 服務機器人應用領域89
5.2.1 家用服務機器人89
5.2.2 醫療機器人93
5.2.3 教育娛樂機器人96
5.2.4 助老助殘機器人101
5.2.5 無人駕駛汽車105
5.2.6 特殊服役環境機器人108
5.3 本章小結117
第6章 智能機器人產業應用熱點領域118
6.1 新一代人機協作機器人120
6.1.1 協作機器人概況120
6.1.2 新一代人機協作機器人發展124
6.1.3 核心技術127
6.2 輕型工業機器人127
6.2.1 輕型工業機器人概況127
6.2.2 核心技術130
6.3 醫療機器人131
6.3.1 醫療機器人概況131
6.3.2 核心技術134
6.4 AGV/立體倉庫等電商物流機器人135
6.4.1 電商物流機器人概況135
6.4.2 核心技術139
6.5 無人送貨機器人和送餐機器人141
6.5.1 發展概況141
6.5.2 未來發展方向145
6.6 云端機器人146
6.6.1 發展概況146
6.6.2 核心技術147
6.7 本章小結149
第7章 智能機器人未來創新預測150
7.1 前沿科技150
7.1.1 Science Robotics十大科學問題、2019年度十大機器人150
7.1.2 腦機接口機器人發展前沿155
7.1.3 仿生機器人發展前沿158
7.1.4 軟體機器人發展前沿161
7.2 智能機器人關鍵核心技術創新趨勢163
7.2.1 智能機器人機構設計164
7.2.2 智能機器人核心零部件164
7.2.3 智能機器人感知與決策技術165
7.2.4 智能機器人靈巧作業技術165
7.2.5 智能機器人的人機共融與集群技術166
7.2.6 機器人通信與軟件系統166
7.2.7 智能機器人系統集成技術167
7.3 5G與機器人的融合發展167
7.4 工業視覺與機器人的融合發展169
7.5 智能傳感器與機器人的融合發展176
7.5.1 激光傳感器與機器人的融合與發展前沿176
7.5.2 力覺傳感器與機器人的融合與發展前沿179
7.5.3 語音采集傳感器、語音交互與機器人的融合與發展前沿182
7.5.4 柔性電子皮膚與機器人的融合與發展前沿184
7.6 本章小結186
結束語187
附錄 機器人技術的領先院所與公司188
參考文獻199
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