特种机器人是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种机器人总称。
按照服务范围和用途的不同,特种机器人可以分为民用和军用两大类。其中民用机器人又可分为:家务机器人、医用机器人、娱乐机器人、机器人化机器等。军用机器人又可分为:排爆机器人、侦察机器人、战场机器人、扫雷机器人、空中机器人、水下机器人,有些分支发展很快,如空中机器人,即无人机,广泛地应用于现代战争中。
特种机器人是近年来得到快速发展和广泛应用的一类机器人,在我国国民经济各行业均有应用。其应用范围主要包括:农业、电力、建筑、物流、医疗、护理、康复、安防与救援、军用、核工业、矿业、石油化工、市政工程等。
机器人主要经历了三个阶段:第一阶段,为自动化阶段。第二阶段,是智能阶段,也就是人机协作、环境感知、数据采集、人机交互等。第三阶段是自主化。现在机器人主要是在第二层次,已经逐步实现实用化。第三阶段是下一步要发展的自主化,包括认知、学习、协同、场景、大数据分析等等,这是当前正在研究的,现在已经开始小批量的应用。
据中研产业研究院报告《2021-2026年中国特种机器人行业深度分析及发展前景预测报告》分析
当前我国机器人产业规模快速增长,综合实力持续增强。在医疗、养老、教育等行业智能化需求持续释放的大背景下,服务机器人、特种机器人蕴藏巨大的发展潜力。中国工业机器人市场已连续八年稳居全球第一。2020年装机量占全球的44%,2016-2020年中国工业机器人产量从7.2万套快速增长到21.2万套,年均增长31%。医疗、养老、教育等行业智能化需求的持续释放,服务机器人、特种机器人蕴藏巨大发展潜力。2020年,全国规模以上服务机器人、特种机器人制造企业营业收入529亿元,同比增长41%。
机器人的应用场景愈加广泛,不同的生产环境对机器人的体积、重量、灵活度等提出了更高的要求,机器人正向着轻型化、柔性化方向发展,类人精细化操作能力不断增强。此外,随着机器人易用性、稳定性以及智能水平的不断提升,人机交互的层次也将逐渐加深,机器人不仅能按部就班地完成程序设定的指令,还将拥有自我学习的能力,以及与人配合共同作业的能力,能够完成更具创造性的任务。借助表面力感知器、关节力矩传感器、电流估算力反馈模型等方式搭配特殊算法,人机协作将人的认知能力与机器人的效率结合在一起,从而使人可以安全、简便的与工业机器人进行配合,达到 1+1>2 的效果。
为了开拓机器人新市场,除了提高机器人的性能和功能外,向高科技特殊领域延伸也是重要的方向。这些高科技特殊应用场景主要包括航空、航天、军用、水下、核工业等人不可达区域执行任务的领域。开拓适用于高科技特殊应用场景的机器人将是机器人发展的一个长远方向。开展该类机器人的研究,解决在线实时交互、动态未知环境中自主作业等问题,实现机器人与人互助作业,将为开发国家亟需的现代机器人装备提供科学理论和关键技术支撑,使我国现代机器人理论和应用技术水平进入国际领先行列。
2021年,中国特种机器人市场规模预计将达90.7亿元。由于中国地域广阔、气候多变、地质情况复杂,在应对地震、洪涝灾害、极端天气,以及矿难、火灾、安防等公共安全事件中,对特种机器人有着突出的需求,未来市场增速将高于全球水平,到2023年,中国特种机器人的市场规模有望突破180亿元。
技术进步促进智能水平大幅提升。当前特种机器人应用领域不断拓展,所处的环境变得更为复杂与极端,传统的编程式、遥控式机器人由于程序固定、响应时间长等问题,难以在环境快速改变时作出有效的应对。随着传感技术、仿生与生物模型技术、生机电信息处理与识别技术不断进步,特种机器人已逐步实现“感知-决策-行为-反馈”的闭环工作流程,在某些特定场景下,具备了初步的自主能力。与此同时,包括液态金属控制技术和基于肌电信号的控制技术在内的前沿科技将推动新型材料在机器人领域的使用和普及,仿生新材料与刚柔耦合结构也进一步打破了传统的机械模式,提升了特种机器人的环境适应性。例如,德国费斯托公司研制的仿生狐蝠可通过集成机载电子板与外置的运动追踪系统的相互配合,实现在特定空间内进行半自主飞行,可用于军事侦察和通信领域。
替代人类在更多复杂环境中从事作业。当前特种机器人已具备一定水平的自主智能,通过综合运用视觉、压力等传感器,深度融合软硬系统,以及不断优化控制算法,特种机器人已能完成定位、导航、避障、跟踪、场景感知识别、行为预测等任务。例如,欧盟UNEXMI项目团队开发出地图绘制机器人UX-1 Robotic Explorer,配备数字摄像头、旋转激光线投影仪、多光谱相机、伽马辐射探测器等多种探测感知设备,可以自动在水下漫游并绘制3D地图。美国加州大学伯克利分校研发的漂移板双足机器人Cassie Cal,配备全新的传感器、控制系统、路径规划系统和视觉系统,可以精确估算行驶速度并有效规避障碍物,实现在粗糙不平坦的地形上自主进行滑行、转弯和上下坡。随着特种机器人的智能性和对环境的适应性不断增强,其在军事、防暴、消防、采掘、建筑、交通运输、安防监测、空间探索、防爆、管道建设等众多领域都具有十分广阔的应用前景。
想要了解更多特种机器人行业的发展前景,请查阅《2021-2026年中国特种机器人行业深度分析及发展前景预测报告》。

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