浅析日本机器人技术产业战略

浅析日本机器人技术产业战略
1. 前言
1980年是日本工业机器人迅速普及的所谓“机器人元年”，在随后的25年间，医疗机器人、人型机器人，具有单一功能的清洁机器人等已经开始商品化，清洁机器人的销售额超过了200亿日元。

可以看出机器人正在向着产业化的方向迈进。

从另一方面看，有一些企业已经退出家用机器人的生产和研制，也有一些企业却对长期基础研究项目不断予以巨额投资。

2005年日本爱知世博会上展示了实用化机器人和示范型机器人，具体地描绘了未来生活中机器人所扮演的角色。

但是，还没有彻底说明人与机器人共存场合中的安全问题，因为工业机器人几乎都是被限制在特定作业环境中工作的，所以解决生活领域中应用机器人所出现的安全性难题是有重要意义的。

2000—2001年，日本经济产业省为了制定推进日本机器人产业化进程的方案，在日本机器人工业会中成立了新世纪机器人技术战略调查专门委员会(以下简称“技术调查委员会”)，就阻碍机器人产业化的主要原因以及在机器人产业化的发展进程中，企业、学术团体，政府各应该采取什么样的态度，以及市场供应和需求进行了彻底的调查和讨论。

在此基础上编制了开发机器人单元技术的规划和根据市场需求开发实用化机器人的规划，并且指出了开发中间软件的重要性，开始了中间软件的研制工作。

随后，在2004—2005年，技术调查委员会讨论了日本经济产业省重点技术开发领域的技术战略图，在制造
业领域，制定了机器人技术发展路线图。

2005年3，7目-发表的技术战略图中，把服务于人类生活的机器人放在大力开发的重要位置上。

本稿根据技术战略委员会的文件、日本总务省网络机器人研究会的报告和机器人技术战略图，讨论了日本扩大机器人产业的一些研究和对未来的展望。

图1 未来机器人的市场规模(预测)
2. 技术战略
2.1 从机器人(R)到机器人技术(RT)
在委员会讨论机器人技术需求和新技术开发时，肯定会有：“机器人还没有进入实用化阶段。

要制造有用的机器人，成本非常高，还没有发现引人注目的应用领域。

”等这样的议论。

只要机器人没有进入实用阶段，就会有人怀疑对机器人进行的诸多研究能成为对社会有用的技术吗?总而言之，机器人技术现在还不成熟。

一说到机器人，一般人们的脑海中就会浮现出铁臂阿童木和奥特曼的形象。

但是，从实用的技术观点讨论机器人，关心的并不是它的外形，而是在各种系统中采用的机器人相关技术。

也就是说，如果能够把机器人技术推广到采用传感器信息的传动控制中，那么在许多最新的、系统中就能应用机器人技术。

例如，汽车行驶中，自动调整与前车的间隔距离，沿细长的白线行驶等就是应用了移动机器人的控制技术。

同样，在运输车和飞机中也大量地应用了象传感器控制、人机接口等机器人技术。

另外，在家用电器中也有许多应用实例，例如能够根据人体感应调整风向的空调控制器、打印机、家用洗衣机、带传感器的清污机等。

这些事例说明，机器人技术正在不断地得到普及，不要说到“机器人”就总联想到人型机器人，“机器人”这样的称呼，应该涵盖更丰富的内容。

因而，在2001年发表的技术战略调查报告中，提出用“RT”作为机器人的替代名称，RT是Robot：Technology的缩略语，本身就是机器人技术的意思。

在技术战略调查报告中，预测各个需求领域2025年的RT市场规模，计算中包括当时RT本身的市场规模和由RT引起的GDP变化。

数据中包含有对机器人等RT产业附加值的评价。

重点需求领域有：制造业、生物产业、公共事业、医疗福利、生活。

具体适用场合如下：
制造业：人机协调生产系统、生态环境工厂、网络工厂；
生物产业：自动分析合成技术、生物工厂；
公共事业：维修、灾害预测和观察、防止灾害的发生、灾害发生地的救援作业；
医疗福利：护理、预防、诊断、治疗、医学教育、康复、医疗设施节能；
生活：家务、教育、健康。

RT市场规模预测如图l所示，2025年估计为8兆日元(依2006年8月外汇牌价折合人民币5472亿元)。

其中约有4兆日元是在生活领域的。

另外，到2005年，RT对GDF，的贡献约达80兆日元。

2.2 定制和系统集成
要寻找对机器人感兴趣的应用领域确实是很困难的。

在技术战略调查报告中，没有找到机器人的魅力市场，只是提出来了一个思路，即针对福利、制造业和所有日常生活的需要，分别开发应用于这些方面的机器人，这种机器人叫作定制机器人。

但是，定制机器人必须能廉价开发。

为此，传感器、传动器、手臂、移动部件等这些机器人的硬件单元以及控制工具、机器人和操作系统中间软件等产品应该应有尽有，而且，这些产品就像个人电脑一样，必须具有开放性。

因此，必须有一些企业向市场提供这些机器人的组成单元，而另外一些企业用这些组成单元集成为定制机器人。

集成企业必须完成RT的系统集成或者使其搭配成套。

定制机器人的市场几乎都是中小规模的，因为机器人技术开发的核心力量并不是大型企业，而是一些具有创新意识的中小型企业。

在定制机器人中，有些产品也会随着
社会需求的增大，逐渐发展成为大规模市场，它们中间的关系(产业模式)如图2所示。

系统集成和配套起着供需两方的桥梁作用，大学应该在这种中间环节中发挥积极的作用，并与一些决心开发各种尖端机器人技术或者单元技术的企业合作，在企业中培育配套的技术。

按现在大学的教学课程，很难培养出具有这种能力的学生。

在搭配成套的工作中，不仅需要学习RT方面的有关课程，而且还要求具有像医疗、建筑等各种各样相关领域技术的集成实践方法，以及分析和开拓市场的能力。

为此应该在教学体系中增设实践集成技术的内容。

不仅仅是为了引起学生兴趣或完成学位论文，而应该从科学的观点明确对研究所采取的态度。

技术战略调查报告中还建议，不仅对教育态度，而且还应该对大学研究工作者给产业的贡献做出评价，以及与企业签订严格的合同等。

图2 未来RT产业结构
2.3 技术战略调查报告的建议
技术战略调查报告中建议，为了开拓新的市场，企业界应该提高科技创新意识，大学应该培养学生的系统集成能力。

建议政府支持实用化的研究开发项目，制定产学协作的促进政策，奖励创业精神。

这些建议简单归纳如下：
(1) 企业界
努力研制开拓小规模市场的产品；
推进开放性；
产学协作积极参与到新的供应体系中。

(2) 大学
重新认识研究机器人的意义；
确立成果转移的研究体制；
引入竞争机制，加快改革速度。

(3) 国公立研究所
加强与企业界的合作；
积极发挥学术界和产业界的中间桥梁作用。

(4) 政府
建立支持实用化研究开发项目的制度；
支持骨干技术人员的再教育。

在上述的建议中，具有重要战略意义的课题是“公开化”的。

为了促进RT的系统集成，也就是把各种功能单元融合起来组成系统，各种单元的连接规格必须通用化、标准化，必须加强中间软件的研制工作。

3. 网络机器人
3.1 概念
日本总务省提出的“网络机器人”指的是，机器人通过与广域网络的连接，不仅在各种信息方面，而且在与人实际交流的过程中能够对人们日常生活起到帮助作用的机器人系统。

在广域网络中，机器人用它与人亲近的各种动作和表情，为人们提供各种服务。

同时，机器人通过传感器等收集的信息，了解周围的环境和人的状态，为人们提供适当的服务，机器人与广域网络连接和机器人单体相比，具有更高级的功能，能以更多种多样的形式为人们提供服务。

首先从机器人方面来看，机器人可以获取比机器人单体更大容量的信息，通过从网络上下载各种信息，能够扩大机器人的应用范围。

从网络方面来看，可以把它的功能扩展到现实世界中，并且加强了与人的亲近感，这些都是网络本身难以做到的。

例如，在商业街中，能够不断地给你提供各个商店商品信息的同时，还能为你当向导；在车站等公共设施内，为人们提供周围的交通信息，同时给他们指引方向等等，都是网络机器人的应用实例。

从网络的角度来看，机器人不仅包括像人形机器人，另外，虚拟系统、多功能信息家电、传感器、无线标识这样的网络设备和智能化设备也都应该包括在机器人的种类中。

如图3所示，网络机器人可分为“可视型”、“隐蔽型”和“虚拟型”三大种类。

图3 网络机器人的种类和功能
3.2 网络机器人的开发和市场规模
网络机器人是融合了制造业和信息业的一种新的规范提案。

人们对它形成一个巨大的产业抱有很大的希望。

为了尽快促进该种产业的发展，更有效地发挥科技创新型企业的先进技术，推行网络机器人与应用领域之间接口的开放性是非常重要的。

同时在推行开放性的过程中，必须密切注意国际上的整合性、相互接续性和国际标准化。

网络机器人技术调查研究会在技术战略调查报告中市场预测的基础上，预测了2013年网络机器人的市场规模，预计机器人本身的销售市场为3.5兆日元，由于认为与网络融合是新的机器人设备，其销售市场为4.3兆日元，预计在社会各领域中的应用服务市场为12.0兆日元，因此预计总额能够达到19.8兆日元。

4. 标准化战略
4.1 开放性
第3章中已经讲过，为了制造定制机器人，各种各样的单元技术具备开放性。

现在的情况是，现有的不同厂家的功能单元部件或者机器人系统不能相互连接。

因为都不是通用的和开放的结构。

例如，不同厂家的手臂部件和多轴控制装置很难连接起来，结果，系统的全部组成部件只能依赖同一家公司。

要想制作各具特色的机器人系统，要花费巨大的成本和时间。

开放性有许多实施方案，这里主要介绍0RiN、中间软件、以及面向中间软件标准化的OMG活动。

图4 ORiN的结构格式
4.2 0RiN
ORiN(Open Resollrce interface for theNetwork)指的是在以机器人为代表的各种生产设备和机电一体化设备中，不论是哪个公司或哪种机型，都能共同选择的一种公开放性的接口。

1998
年开始讨论，2002年3月制定了具有高度实用化的0RiN Ver.1.0规定。

0RiN的结构格式如图4所示。

在0RiN中供应者是吸收通讯手段和数据表现差异的一种机构，只需设备对应于控制器的供应者即可。

统一不同种类设备间的数据交换方法，就能给生产系统相关的技术人员和企业带来许多好处。

可以预见，对于系统集成而言，这样可以组成高质量的生产系统，采用Web的解决方案；对于控制器公司而言，可以有效地开发利用资源，和其他公司进行技术交流；对于计算机软件开发公司而言，这样有机会提供多种多样的应用软件；对于最终用户而言，这样容易构成一个多货源环境，大大提高了设备运转率。

4.3 RT中间软件
所谓中间软件是指处于操作系统软件和应用软件之间的软件。

在特定领域中频繁使用，能够提高应用软件的开发效率。

例如，制图用的，数据库用的，分散目标环境用的等各种各样的中间软件都正在不断地开发研制中。

RT中间软件是适用于机器人系统技术(RT)的软件。

把机器人采用的部件模块化，只要将模块化的功能部件组合起来，就能按用户的要求提供服务。

这种模块化的机器人功能部件，称为RT组件。

在RT组件中，有的是由硬件和控制软件组成的，例如传感器模块，有的仅仅是由一些软件组成的，例如数据处理模块。

RT中间软件由于采用通用的接口，不同生产厂家的RT组件可以协调使用，给系统增加新的组件也很容易。

4.4 OMG
OMG(0bject Management Group)是1989年成立的一个业界团体，在世界范围内拥有460家团体会员，其目的是推进面向目标技术的标准化和普及。

曾经成功的实现了CORBA(Common ObjectRequest Broker Architecture) 和
UML (Theunified Modeling Language)的标准化。

前面讲述的RT中间软件，是RT的核心技术，将这种技术在全世界范围内普及和制定国际标准，对今后的研究开发具有极其重要的战略意义。

下面简单介绍一下OMG的活动现状。

2004年4月，日本机器人工业会的调查专门委员会开始了OMG标准化活动的调查工作，同年，召开了机器人讨论会。

2005年初，成立了机器人技术小组委员会。

之后，在包括韩国、美国专家的赞支持，升格为专门委员会。

在专门委员会中，就机器人领域所要求的技术标准，特别划分为工业、生活、农业等机器人领域进行讨论。

同时讨论OMG制定的分散目标标准规格对机器人领域的适用性，目的在于制定机器人技术中间软件的标准规格。

5. 技术战略图
日本经济产业省2005年3月制定和发布了日本第一部技术战略图，共分为20个领域。

技术战略图指出了实现新兴产业所必要的
技术目标、产品和服务需求。

机器人航空工业、宇宙科学、纳米技术、材料、HEMS、绿色生物等列入制造产业领域。

机器人技术战略图包括技术路线图和技术图两个部分。

技术路线图从时间的发展上，归纳了社会环境的变化、机器人的发展和普及过程，以及开发机器人所需要解决的技术课题，是今后开发和讨论机器人及其产业化的基础。

目标时间设定在2015年和2025年。

另一方面，由于机器人是通过各种单元技术集成而实现的，所以技术图着眼于研究这些技术的相互关系。

具体的作法是，按各种机器人的目的和功能将它们所需要的技术分类，列出所有用于机器人的单元技术。

编制技术路线图时，考虑到对机器人最大的需求是它对人类生活的服务，这种服务不仅仅靠机器人单体的功能，机器人还需要接受环境的反馈，这就是所谓的环境结构化。

机器人是利用近年来迅速普及的RFID标识、广域网络、以及在环境中的信息等，为人们提供服务的。

首先，社会环境的变化是由以下诸因素引起的，即人口老龄化，机器人普及配套的道路交通法、无线电管理法规、建筑法等参照汽车保险和执照制定一些相关的机器人制度；提高网络的通讯质量和速度；室内GPS的普及；由于采用RFID标识等信息管理给物流带来的变化由FTA引起的国外劳力增加等。

从而预测了随着这种变化，机器人普及的具体状况。

这里所说的普及并不是指在实验室里，而是指机器人真正地进入一部分家庭和公共设施内为人服务。

到2010年，
整理房间、帮助人起床等专用机器人将开始普及，到2015年，就会出现整合各种功能，并能与结构化环境相配合的通用机器人。

在技术战略图中对机器人帮助人们生活和进行护理还作了具体形象化的描述，机器人可以从环境和生活用品上的RFID标识获取信息，通过室内外GPS正确定位，可以对包括服务机器人在内的整个环境进行控制。

在结构化环境中，服务机器人是以中间的软件为中心的RT模块集成的。

从图5技术路线图中可以看出社会环境、机器人种类和应用领域的变化和发展。

图5 机器人技术战略线路图综合版
6. 结束语
以汽车、电视机为代表的大规模市场，是由大公司的大批量生产形成的。

说起大量，现在的大量和上一世纪80年代的大量有所不同，现在大量的是指适应人们不同嗜好的多品种生产。

机器人市场的形成，首先必须建立系统集成的定制产品，也就是多品种小批量的产业模式开始，密切产学官协作，以全新的观念进行研究开发，一定会取得良好的效果。