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机器人
机器人文明逼近：我们即将面对的会是一个什么样的陌生世界？
我们正处于伟大变革的时代，人类已经从IT走向了DT（数据科技时代），而DT时代的主角将是机器人。本篇报告立足于对机器人发展历史的回顾，前瞻性地提出机器人发展的三个时代，即青铜时代（关在牢笼里的机器人）、白银时代（人机协作和人机融合）及黄金时代（人工智能的文明时代），而人与机器人的伦理关系也正在从“人机主仆二元对立论”逐步向“人与机器人渐进平等关系论”演进。
我们认为，目前全球机器人正处于青铜时代与白银时代的对接期；机器人硬件及软件技术迅猛发展，特别是VR、AR，以及AI技术的爆炸式发展，快速带动AR/VR、狭义AI与机器人（无人机）的技术融合，一场机器人革命或将来临；同时如果未来人工智能以超乎人类想象的速度发展时，机器人或将进化出自主的机器智慧，科幻世界里的机器人文明时代或者真的不再遥远。
结合技术发展的时代背景，我们认为在机器人领域的投资：1）重点在“白银时代”的人机协作与人机融合领域，即人机协作机器人（Cobot）、AR+机器人、VR+机器人、VR+无人机等新兴领域；2）布局“黄金时代”的智能机器人1.0领域，即具有专业人工智能的机器人；3）机器人产业链核心部件领域，如使机器人具有丰富感知能力的传感器，使机器人具有分析处理能力的人工智能领域（机器学习、智能人机交互等），使机器人具有更好执行能力的机械结构和驱动装臵等。
一、机器人编年史
机器人的诞生或许并不是20世纪产业界最伟大的成就，但却可能是21世纪最伟大的变革！自1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔?恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“Robot（机器人）”这个词以来，机器人注定是人类好逸恶劳的产物。如果人类的欲望止步于此，机器人安安静静的守候在整洁的工厂流水线上，单调重复着枯燥的工作，或许是人类和机器人之间最美好的归宿；
但是显然人类对机器人的所需更甚，我们想要它们更强壮、更灵活、能感知、能判断、有表情、有智能，未来的机器人或许成为“人造人”，人类正以造物主的视角来雕琢改进自己的作品。不要以为这一天是多么的科幻多么的遥远，别忘了科技的跳跃式发展同样让50年前的我们对手机、PC带来的智能生活觉得梦幻和不切实际，也许某天清晨我们醒来时，机器人在镜子前穿衣，在厨房里做着早餐，陪小狗在玩耍，在办公室里监视着所有的生产环节，在自动交易能挣钱的股票。这一切并不是空想，我们准备好了么？
我们回顾机器人的发展简史，可以发现机器人的代际演进已经到了第三代。第一代的机器人是遥控操作机器，不能离开人的控制独自运动。第二代的机器人是按事先编好的程序对机器人进行控制，使其自动重复完成某种方式的操作。第三代机器人是智能机器人，它是利用各种传感器、测量器等来获取环境信息，然后利用智能技术进行识别、理解、推理最后作出规划决策，能自主行动实现预定目标的高级机器人。
机器人与人类的关系
机器人能干的工作也已经从搬运、码垛、焊接等生产活动，到读报、陪护、弱交流等生活活动，再到排雷、战斗等军事活动，渗透到了人类的方方面面。随着需求范围的扩大，机器人结构和形态的发展呈现多样化。高端机器人具有明显的仿生和智能特征，其性能不断提高，功能不断扩展和完善，各种机器人系统逐步向具有更高智能方向演进。
机器人和生产
与生产相对应的机器人是工业机器人。目前，工业机器人以机械设备的形式出现在生产线上；但未来，机器人可能是车间唯一的主人。现阶段的机器人主要解决三个层次的问题，即人干不了，人干不好以及人不想干的问题。
人干不了：主要应用集中在医药、食品和电子领域，这些领域往往对生产洁净性要求较高，不能使用人来生产。
人干不好：主要应用于汽车和汽车零部件领域，使用机器人可以显着提高焊接品质，保持产品的质量一致性，提高生产效率。
人不想干：在传统“人干不了”和“人干不好”的领域，工业机器人已经较为普及，随着我国人工成本的上升，再加上我国制造业大国的地位，工业机器人未来的主要发展方向将集中于此。工业机器人将从传统的搬运、码垛向各个生产环节和工序普及。
机器人和生活
与生活相对应的机器人是服务机器人。服务机器人产业化速度大幅低于工业机器人，主要原因是服务机器人比工业机器人本质上高出一代。服务机器人需要对复杂的环境作出感知，并能根据环境的变化采取不动的行动策略。我们认为成功的服务机器人应该至少具备三个条件：
人用得好：成功的服务机器人必须要能够满足特定场景下的人类需求，比如餐馆中端茶送水、在家扫地等，并且服务效果要接近“真人”提供的服务。
人用得起：服务机器人成本必须足够便宜，而对于工业产品来说，便宜的成本往往意味着大规模生产，因此如果要人用得起服务机器人，机器人的市场空间必须足够大。服务机器人很难在小众市场中诞生。
人用得多：服务机器人还需要有一定的粘性，服务最好针对人的高频行为，例如吃饭、打扫卫生等等。
扫地机器人是目前市场上产业化最成功的服务机器人类型，其满足了我们设定的三个标准：吸尘拖地效果基本令人满意；千元价格可让一般家庭接受，市场空间大；打扫卫生需求较为频繁，家庭有较强购买意愿。
未来进入人工智能时代，服务机器人可能会更加拟人化（更接近“人的劳务”），并且实现一机多能，比如一台机器人可以实现扫地、做饭和陪护等多种功能。
机器人和战争
与战争相对应的机器人是特种机器人。理论上，战争机器人需求最强，因为其替代的是人的生命，替代需求远非服务机器人和工业机器人可比。目前，常见的与战争相关的机器人包括无人机、哨兵机器人和辅助机器人等。
无人机：军用无人机的使用已经得到普及，无人机的侦查能力已经备受肯定，且已经具备一定的目标打击能力。未来军用无人机将向空中加油、空中对抗、空运等多个领域发展。
地面机器人：目前最接近“自动杀人”武器的地面机器人是韩国研发并在朝韩边境部署的哨兵机器人，机器人配有红外探测器和音视频系统，控制人员如果通过音视频系统确认存在威胁，可以下令机器人自动开火。
辅助机器人：波士顿动力公司开发的“大狗”机器人是军事辅助机器人当中的明星产品。其行进速度约6.4km/h，可以在复杂路面运行，能够自动避开障碍物和进行人员跟随。该机器人采用单缸二冲程燃油引擎，续航时间具有保障，可以帮助士兵搬运大量武器和杂物。
道义责任也许仅会在和平年代得到考量。除技术外，目前对军事机器人讨论最多的是伦理问题，即机器人能否自主决定开火。目前已经有一些武器系统可以自主开火，例如美国海军的“密集阵”系统，但其目标对象主要是导弹等威胁，不涉及人的生命。从现有技术发展上看，机器人还不能判断一个人是否是平民或是否准备投降，道义考量基本由操纵机器人的士兵作出，但如果未来爆发全面战争，道义的考量将很可能放在生命考量之后。
二、大预言：机器人的三个时代
对于机器人的代际，我们认为大致可以分为：牢笼时代、人机协作融合时代、机器人文明时代，主要依据于机器人和人的关系的演进（如图1）。
青铜时代：关在牢笼里的机器人。机器人在生产流水线隔绝在生产孤岛上，作为单纯的生产设备，从而防止伤人事件发生，是工业机器人出现到大规模工业应用的主要特征，与人没有任何的交互。
白银时代：人机协作和人机融合。机器人与人协同（初级阶段），人机融合（高级阶段），如同目前KUKA推广的人机协作机器人LBRiiwa以及ABB推广的双臂工业机器人YuMi，以及VR、AR与机器人的结合。
黄金时代：人工智能+机器人（机器人文明）。从现实去理解，或许未来具有人工智能的机器人大量普及，将演进出人与机器人的伦理关系思考，具有超人工智能的机器人不排除会产生自己的哲学、宗教和艺术等，进而形成自己的文明；从可科幻界的理论去理解，如美国作家菲利普迪克（Philip Dick）在小说《机器人能梦见电子羊吗？》（Do Androids Dream of Electric Sheep?,1968）中描绘的机器人可能具有比人更高贵的品质。
浅探人与机器人的伦理关系
机器人，特别是类人型机器人与其他机器的最大不同是，它实际上是从科幻作品中走出来的，是一种基于人们想象的概念性机器，对机器人的概念性思考影响到了它的发展。作为人的想象的机器，机器人的概念从一开始就体现出对人文价值的关切。乐观者认为基于科学的认识与创造最终会使人类不断突破各种“奇点”，虽然科学技术可能造成各种危害与风险，但借助科技人们总能找到应对之策，机器人被描述为人类的得力助手，以服务人类为主旨；
悲观者认为随着对智能机器人的研发，让生命进化脱离了自然演变的过程，进而释放出难以预料的破坏性力量，智能机器人最终摆脱了人类控制，并反过来统治或灭绝人类。更多的文学作品中透过人类与机器人的反乌托邦，表达了对其创造物可能出现反叛的恐惧，根源上来源于人们对生命和智能等高级自然过程的起源知之甚少或知其然不知其所以然。
人类对于创造物全面超越人类本身的担忧一定程度上是心理上的，正如日本机器人专家森正宏在1970年提出的“恐怖谷”理论指出的：由于机器人与人类在外表、动作上都相当相似，所以人类亦会对机器人产生正面的情感；直至到了一个特定程度，他们的反应便会突然变得极之反感。哪怕机器人与人类有一点点的差别，都会显得非常显眼刺目，让整个机器人显得非常僵硬恐怖，让人有面对行尸走肉的感觉。可是，当机器人的外表和动作和人类的相似度继续上升的时候，人类对他们的情感反应亦会变回正面，贴近人类与人类之间的移情作用。
人与机器人的主仆二元对立关系
对于机器人全面超越人的担忧，科幻界早已给出了设想的答案。科幻作家阿西莫夫于1942年所提出的机器人行为的三法则：“第一，不伤害定律：机器人不得伤害人类，也不得见人受到伤害而袖手旁观。第二，服从定律：机器人必须服从人的命令，但不得违反第一定律。第三，自保定律：机器人必须保护自己，但不得违反一、二定律。”这三条法则体现了对人类安全的重视，同时也确立了人与机器人的主仆关系。
（本章节大量引用：1、吕超，西方科幻小说中的机器人伦理，《外国文学研究》2015年第1期；2、段伟文，机器人伦理的进路及其内涵，《科学与社会》，P35-45）
但人与机器人的主仆二元对立关系很难构建起稳健的伦理关系，从根源上这种关系是以人为核心的机器人伦理的不稳健性体现在：
责任的不可认定。机器人工作的相对独立性使得这种伦理架构难以对责任做出有效界定。主张以人为中心的伦理架构的初衷是希望以此凸显人应该为机器人的行动的成败及后果—特别是所造成的危害—承担责任，但机器人的设计者原则上无法预见机器人的全部行为后果（很难通过技术控制具有超人工智能的机器人），如具有学习能力的机器人受原来设计的程序影响有限，设计者也无法对机器人与人互动的二阶负面后果负责。
情感的不可控制。人类的情感世界是非常复杂的，或许人类被机器人抚育长大后，他们之间会产生类似亲情的感情，譬如阿西莫夫的小说《罗比》（Robbie,1950）。也许一些人和机器人长期相处，可能会产生类似友情的感情，譬如美国作家迈克尔雷斯尼克（Mike Resnick）的小说《知己》（Soul Mates,2009）。甚至在虚拟现实环境基础上，甚至不用等到具有高度智能的人型机器人的诞生，不用直接的性接触，人也可以与人型机器人发生亲密行为。
本体确认非唯一性。究竟是自然遗传属性，还是社会文化属性决定了“人”的身份？在目前的科技发展水平，或许这并不是一个问题，但随着科技进步，这将是个问题。随着人造器官的研制，一些机器部件逐步被纳入血肉之躯，譬如植入大脑的芯片，广泛使用的义肢（美国科学家称之为“赛博格，Cyborg”），人类开始与机器结合。如果说赛博格必须保留人体关键的神经系统，比如大脑和嵴髓，反应的是人类的逐渐机械化；那么人工智能则从反方向体现了机器人的逐渐“人化”，而双方的发展轨迹最终会碰撞在一个根本的哲学问题上，即“何为人？”。
人与机器人渐进的平等关系
2004年在日本福冈召开的世界机器人大会发布的《福冈机器人宣言》指出：1）下一代的机器人将作为伙伴与人类共存；2）下一代的机器人应该在物质和心理上帮助人类；3）下一代的机器人要为社会的安全与和平做贡献。这表明，下一代机器人不再仅仅是人类友好的仆从，而更多地以人类伙伴的角色出现。隐含着，人们将机器人视为具有与人类似的道德地位的道德能动者乃至道德对象（moral patient），理论界确实需要为下一代的机器人与人的伦理关系未雨绸缪了。
在《机器人何时可以视为道德能动者？》一文中，JohnSullins主张机器人在满足自主性、意向性和责任等条件的情况下可以视为道德能动者。他首先对遥控机器人与自主机器人做出了区分，进而从自主性、意向性和责任等三个方面探讨了具有道德能动性的要求。他认为：
1）机器人的自主性并不是绝对的自主性—即便人类是否具有这种自主性也非常值得怀疑，而只是简单地强调，当机器人的行为不直接受到其他主体和使用者的支配时，就可能是具有自主性的道德能动者；
2）我们无法在最强烈的意义上证明机器人的行为具有意向性—人的意向性也是如此，而只是在常识心理学的意义上把握其行善与作恶的意向，即当机器人及其程序在与环境的互动中所做出的善恶行为看似经过考虑和计算时，就可以认定其行为基于其意向性，机器人因而可能被视为具有意向性的道德能动者；3）当一个机器人的行为只能被理解为其对其他道德实体所履行的责任才有意义时，机器人可能被视为负责任的道德能动者。
人类势必要与具有人类似的道德地位的道德能动者乃至道德对象的智能机器人建立平等协同的关系，但在此前的机器人代际演进过程中，我们是否也要按照平等的关系与初期机器人协作？正如同在人类繁衍史中，臣服强者凌辱弱者，并不符合道德伦理；在机器人无人工智能、或者弱人工智能时，抑或是在机器人具有超越人类智能时，我们对待机器人的态度能否还依然一样？现在回答这个问题或许较难，但在一项有意思的调研表明目前的机器人至少在功能与心理上可以模拟道德能动者并成为道德感受的对象（76%的儿童认为机器狗Aibo具有道德地位，而真的小狗的比例是86%，测试的方法是询问儿童当他们不喜欢机器狗时是否会将其扔进垃圾桶？）。
三、青铜时代：关在牢笼里的机器人
工业机器人从诞生之初，就隔绝在生产流水线的生产孤岛上，只是作为生产的机器设备而存在，是名不副实的“机器人”，并没有深刻的改变世界。并且机器人在诞生至今屡屡发生伤人的安全事故，钢铁之躯的机器文明始终难以给人安全感，如最早的案例发生在1979年（距离工业机器人发明公司unimation公司成立20年），美国福特工厂装配线工人被工业机器人击中身亡；以及2015年，德国卡塞尔市的大众汽车厂一名外包工人在工作中忽然受到机器人的撞击挤压而伤重身亡。作为工业产品，工业机器人如果仅仅关在牢笼里；作为生活工具，服务机器人如果仅仅满足某项具体功能，资本市场如何能够给予高估值？
劳动力替代的时代
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装臵，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，甚至还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。在发展历史中，主要实现的功能是替代劳动力，主要布臵在重复、危险、粗笨的生产环节。
国际：全球销量亚太领先，行业渗透汽车最深
2009年全球工业机器人销量仅为6万台，近年来随着亚洲地区对工业机器人的需求增加，工业机器人市场逐渐回暖，2014年全球工业机器人销量再创新高，达20.5万台，全球工业机器人保有量达到144.8万台。
工业机器人的核心销售区域在亚洲，尤其中国。2009年，中国地区工业机器人保有量仅占全球保有量的4%，2014年这一比例已快速增长到13%。
全球工业机器人保有量的稳定增长促使全球工业机器人密度稳步提升，虽然近年来我国工业机器人销量屡创新高，2014年中国地区销量占全球比重已达25%，但由于一方面我国工业机器人保有量基数较小，另一方面从业人员较多，所以我国工业机器人密度仍小于全球平均，与发达国家相比则更低。
工业机器人主要应用于汽车、电子/电气、金属、塑料及化学品、食品饮料、烟草等行业，其中尤以汽车行业为重。以全球工业机器人保有量前十名数据为例，2014年这些国家汽车行业的机器人密度是其他行业机器人密度的3~10倍。
国内：需求旺盛，应用领域多元化，高端产品依赖进口
近年来，随着我国对于制造业升级的政策推动，兼之人口红利的消失、劳动力成本的不断走高，对于机器人的需求逐渐增加。2014年，我国工业机器人销量约5万台，保有量达到19万台。
目前，我国工业机器人主要应用于汽车、电子/电气、金属、塑料及化学品、食品饮料、
烟草等行业，过去以汽车行业为重，但随着工业机器人对于其他行业的渗入，汽车行业占比有所下降。2014年，前五大应用行业合计占比87%，其中汽车行业占比仍最高，为37%。
工业机器人主要应用于焊接及钎焊、搬运/上下料、装配及拆卸、胶封、加工等，过去以焊接及钎焊为主，但随着工业机器人对于其他应用范围的渗入，焊接及钎焊占比有所下降。2014年，前五大应用领域合计占比95%，其中焊接及钎焊、搬运/上下料占比较高，分别为36%、35%。
虽然我国工业机器人市场迸发出越来越多活力，市场销量世界第一，但考虑到产品质量、技术先进性等因素，国内市场的大部分产品均来源于进口，国产高端工业机器人较少。可喜的是，国产占比逐年提高，2014年，关节机器人国产占比为9.9%，同比增加1.5%。
目前我国国产机器人企业主要生产直角坐标机器人和平面多关节机器人等，而高端的多关节机器人需求量最大，目前外资产品仍是主流。
竞争：外资强力，内资企业盈利压力较大
机器人“四大家族”在国际市场占据绝对优势。发那科、安川、库卡、ABB俗称机器人“四大家族”。观察其发家史，其发展路径可归纳为两类：1）利用零部件优势取得发展，典型代表是发那科、安川；2）通过系统集成和不断研发成为行业领导者，典型代表是ABB、库卡。
发那科：发那科以数控系统起家。1971年，发那科数控系统市场占有率世界第一，接近70%，随后发那科于1974年生产其首台机器人。依托数控系统优势，发那科机器人广泛运用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂和码垛等不同生产环节。
安川：安川伺服系统和变频器市场份额位居全球第一，受益于在伺服领域的长期积累，安川于1997年运用特有的伺服和运动控制技术开发成功工业机器人“MOTOMAN”，并在半导体工业中得到广泛应用。
ABB：ABB是电力和自动化技术的领导企业，业务涵盖电力产品，电力系统，离散自动化与运动控制，过程自动化，低压产品五大领域。ABB公司于1974年发明了世界上第一台六轴工业机器人，在运动控制方面技术领先。ABB强调机器人的整体性能，ABB机器人单项指标可能并不突出，但实际工作性能极为优秀。
库卡：库卡由焊接设备起家，客户主要分布于汽车工业，借助其在汽车工业中所积累的技术经验，后逐步转向在医疗技术、太阳能工业、航空航天等领域拓展机器人自动化解决方案。
“四大家族”在中国的市场份额约66%，同时占据着全球机器人市场的主要份额。
“四大家族”纷纷在国内设厂，推行本土化服务，进一步加重内资企业的生存压力。1）ABB最早于2005年在中国上海设厂，位于上海康桥的机器人生产基地是ABB全球两大机器人生产基地之一，目前其90%以上在中国市场销售的ABB机器人产品都实现了本地化生产；2）发那科与上海电气合资的宝山工厂一期于2010年建成，二期工厂2014年竣工，产能得到进一步增长；3）库卡2012年在上海开设其在德国以外的全球首家海外工厂，年生产能力5000台，占其全球产量的三分之一；4）安川2013年在中国常州开设日本外的首家工厂，计划年生产能力5000台，其全球产能约25000台。
2012年国产机器人占比不足10%，且主要集中于中低端产品。目前，国内新时达在焊接机器人（2015年或将达到1500台/套）、埃夫特（非上市）在打磨机器人领域逐步获得国内企业的认可，销量增长迅速。
观点：看好系统集成>本体>核心部件
我们认为国产机器人企业在系统集成方面具有一定优势。工业机器人的核心部件包括机器人本体、减速机、伺服电机、控制系统等，其中减速机、伺服电机合计占到总成本的50%以上。相应地，根据企业从事业务的不同，可以将工业机器人企业分为零部件制造、本体制造及系统集成企业。
系统集成：国内厂商在系统集成领域具有一定优势。主要因为：1）通过对客户生产工艺和过程的理解，以及对客户需求的快速响应能力，国产机器人企业在系统集成领域相对于外资企业具有相对优势；2）系统集成商的业绩能够快速释放；3）随着制造业自动化程度的提升，单个集成项目的合同额大幅提高，集聚效应开始显现；4）现在从事机器人相关集成的自动化企业具有向未来“工业4.0”的智能工厂集成转型的先发优势。
本体：机器人本体的整体市场并不大，目前我国机器人产业与10年前的挖掘机十分相似。如果把2012年的工业机器人产业与2003年的挖掘机行业进行时空比较的话，我们认为机器人行业毫无疑问会有一个快速增长的过程，但是整体的市场容量有限，单个公司的天花板也更小。行业规模：如果按照中国制造业占全球50%，工业机器人的销量也有望达到全球总量的50%来推算的话，到2020年机器人本体制造的市场规模有望达到172亿。
零部件行业相对较小。公司天花板：2012年工业机器人市场竞争格局与2003年挖掘机市场类似。经过8年快速发展后，挖掘机市场竞争格局已经基本稳定，2011年行业销量最高峰时期，三一的市场占有率全行业最高，却仍只有11.2%。如果按照挖掘机行业的市占率来推算，内资龙头工业机器人本体制造企业市占率达到15%，则单个企业的天花板约为25亿，很难产生大企业。
核心部件：伺服电机及系统存在较大差距。稳定性和精度是下游企业选择伺服电机的首要考量因素，目前国产伺服电机加工工艺与国外差距较大，转子和定子之间间隙较大，高速时发热较为严重，因此一般使用在低速环境。而在高强度、快节拍的流水线上，工业机器人往往需要进行长时间高速运动、需要高度精密重复定位，因此中高端机器人本体制造企业往往使用进口伺服电机和配套伺服系统。
核心部件：控制系统已逐步实现进口替代。为了避免沦为“攒机商”，国内本体制造企业选择技术门槛相对较低的控制系统领域进行突破，目前部分国产本体制造企业已经开始逐步使用自主研发的控制系统，未来有望实现进口替代。
但机器人不仅仅是劳动力替代的工具
1986年，中央电视台记者向时任863计划自动化领域首席科学家蒋新松提出一个问题：机器人到底是什么？他答道：“机器人不是人，是机器，它能帮助人去做很多人力所不及的工作。”这句话是对上世纪80年代机器人状况、机器人本质、人和机器人的关系的精辟阐述。但三十年来，随着机器人技术的高速进步及其在世界范围内的迅速普及，使得这些概念逐渐发生变化。我们可以认为智能机器人也是机器，但是，从智能机器人开始，机器人也会具有某种程度人的属性，由此就产生了新的人、新的机器人与社会的关系。
青铜时代机器人的优点包括替代重复劳动、危险工作且工作高效。机器人经过半个多世纪的发展，在汽车等产业存在大量重复、单调、枯燥或繁重的工作岗位，如焊接、装配和搬运等，在这些岗位采用机器人一方面可以减轻人的负担和劳动强度；更重要的是能够满足市场对产品的产量、质量、稳定性、可靠性、效率和成本等提出的高要求。
青铜时代机器人的不足包括只能示教或编程，不能通过人的现场协调改变运动轨迹。青铜时代机器人，从技术层面来看，是基于自动化技术的机械电子装臵，其工作环境是不变的，称之为结构环境。机器人应对结构环境一般不需要智能；机器人的控制方法没有超出传统自动化理论范围；机器人的操作只需要示教或预编程序。青铜时代机器人本质上可看作是一种仿人运动的机器，确切地说，是用机械电子部件实现的不带手指的机械臂，机械臂可以实现2-6轴的运动，这与机器的典型代表机床相比较，两者并无本质区别。因此，尽管机器人具有仿人动作，但其机器的“属性”并未改变。
随着人工智能、生物等技术的发展，机器人已经从“只是机器，不是人”发展到“还是机器，但可视为人”的阶段，正在走向人机协作办公，甚至人机融合发展的变革。
四、白银时代：人机协作和人机融合
人机协作机器人就是机器人与人的协同，发展到高级阶段的人机融合，如同目前KUKA推广的人机协作机器人LBRiiwa以及ABB推广的双臂工业机器人YuMi，以及VR、AR与机器人的结合。
人机协作机器人（Cobot）：传统流程优化至极限下的妥协方案
国际标准化组织将“人机协作”定义为，机器人与工人在一定的工作区域范围内为达成任务目标而进行的直接合作行为，机器人从事精确度高、重复性强的工作，人在机器人的辅助下做更有创造性的工作。
增长动因：传统流程优化已接近极限
由于生产流程单一、标准且人工效率低，汽车等成熟产业已经大量普及了机器人的使用，在现有技术下生产流程的优化已经接近天花板。机器人最终应该可以进行复杂、不规律的生产活动，并且完全自主化，不需要人的参与。人机协作机器人只是现有技术下妥协的产物，其最重要的区别是引入了传感器的使用，人机协作机器人的工作环境也变成了不可控环境，机器人需要感知周边环境变化，并作出反应。
工业机器人好比早期的大型计算机，强健且有效率，然而每次的性能提升和改变都非常的困难，而协作机器人好比个人电脑，操作简捷，具有很强的移动性和灵活性，可成为终端用户的工具。行业数据表明，目前超过90%的工业自动化作业是传统机器人无法完成的，包括Machine Tending（机械管理）、备料、装货卸货、包装等还未实现完全自动化，这就需要Cobot来弥补传统机器人在这些方面的不足。
其中，Cobot非常适合Machine Tending作业，即工业生产中具有重复性、冗长单调、人类操作效率低、有安全隐患的工作，如电子产品生产中在线测试in-circuitTesting对电路、电流的检测工作等。因此Cobot对于那些经常更换生产任务和作业内容的小型生产商来说，其灵活性和智能性再适合不过。
竞争优势越来越显着
协作机器人集合了安全性高、操作便捷、价格合理等核心优势，比传统工业机器人的应用领域更为广泛。得益于运动冗余、安全传感器、轴距和力传感器、机器人定位系统和其他视觉、声音和触感传感器等一系列技术的发展和整合，可以用于工业生产、研究与开发。与上一工业机器人相比，优势显着：
价格、成本优势：传统工业机器人体型庞大，安装和维护成本较高。而Cobot采用较低成本芯片和传感器，允许机器人拥有一定程度的智能性用来获取基本的感知和思维，具有很强的成本竞争力，售价、安装、维护各个环节的费用也大大降低，成本回收期平均低于1年，而传统机器人的成本回收期一般在2~3年。
MIT相关研究表明，人机协作比人类或机器人独立工作的效率都要高，能够降低85%生产闲臵时间相关的运营成本。斯坦福大学的一项调查显示，美国工厂每小时在每个员工身上的工资开支为23.32美元，中国为1.36美元，德国为25.8美元。若该工厂花费27,000美元够买一台Baxter（包括三年保修），按照一年260个工作日每天8小时计算，等同于每小时仅4.32美元的开支，工厂三年便可以实现成本回收。
学习能力强：传统机器人智能性不够高，每次更新和维护需要专业人士耗费大量时间，一般需要超过200小时才能完成，成本高且耗时。Cobot通过先进的人工智能技术和软件平台，无需花费数星期编程，机器人可以通过机器学习技术和“远程学习”就可以完成软件升级和技能更新。不需要专业人士的培训，操作者可以轻松控制机器人，并可以通过手把手教学让机器人习得新工作内容，同时还能与其他人工智能技术进行无缝连接。
安全性：由于没有内臵感应器，不具备感知周围环境的能力，因此为保证人身安全，生产作业中传统机器人必须被放臵于像笼子一样的空间中与人隔离。而安装了感应器和智能软件的Cobot不仅可以感知周围物体以避免冲撞等安全隐患，还能在人类手把手的教授下学习新的技能。由Rethink Robotics研发的Baxter机器人，自主研发的Series Elastic Actuators（系列弹性致动器）由一个马达、一个变速箱和一个弹簧组成，能够通过测量弹簧的伸展和弯曲程度来获得力量感应从而控制力量输出。
而Universal Robotics拥有自主研发的轴距感应器和复杂精准的软件可以测量马达的电流和机器人每个关节里各个编码器的位臵从而获得力量数据。当机器人感知到轴距和力量压力的增加超过活动所需，便可能发生了碰撞，那么机器人会自行停止活动。
机器人工业协会（RIA）和美国国家标准协会（ANSI）制定了四大要求来保证安全标准，Safety-rated monitored stop（具有安全评级监控的停止系统）、Hand guiding（手把手操作指引）、Speed and separation monitoring（速度和分离监控）、Power and force limiting（电力和力限制）。Safety-rated monitored stop可以保证机器人在人类进入其工作范围时可以自行停止活动；Hand guiding通过允许机器人仅在操作者的控制和引导下活动；Speed and separation是机器人度量人类所在位臵和距离的系统，能在必要的情况下减速，甚至停止活动；power and force limiting保证了人类在和机器人接触时所承受的电力和力量在安全范围内。
硬件和软件的发展为协作机器人的诞生创造了先天条件。硬件价格近年来大幅下降，机器人生产成本和价格也随之下降达到市场接受范围，奠定了广泛商业化的基础。加之，软件技术的不断进步，机器人的智能性和应用性也得到了大大提升。
主流厂商纷纷推出人机协作机器人
传统工业机器人笨重，无法与人安全互动，不能融入到人工生产流水线中。此外，使用机器人进行全自动生产在3C等行业又不具有经济性，例如汽车行业的机器人投入一般在2~5年才能收回成本，而在产品更新换代较快的3C行业，一般产品的生命周期可能只有1年，而机器人设计调试往往需要3个月。人机协作机器人可以通过示教方式操作机器人，编程周期大大缩短，让其在3C等行业应用成为可能。KUKA和ABB等厂商已经纷纷推出了自己的人机协作机器人，目前，主要的协作机器人包括：
ABBYuMi机器人：采用紧凑型设计，所有线缆内部走线，具有双臂14轴自由度。内部设有摄像头和传感器，精度达0.02毫米。触碰到人类时可在几毫秒内自我急停。
KUKAiiwa机器人：7轴单臂机器人，装配有力矩传感器，定位是“工人的第三只手”，可以帮助工人从不符合人体工程学的任务中解放出来，例如钻进狭窄空间中进行作业。该机器人已经在德国BSH的洗碗机流水线上得到了应用，该机器人可以帮助工人在洗碗机中安装水泵，能在16秒内拧紧4颗螺丝。
优傲UR系列机器人：安装调试可在一两个小时内完成，简单的编程调试只需几分钟时间，使工业生产更便捷快速是公司未来发展目标。
Rethink公司机器人：分Baxter（双臂）和Sawyer（单臂）两款，装备有声呐和机器视觉摄像头，能够代替人类从事部分高精度工作，比如测试电路板等。
新松柔性多关节机器人：国内首台7自由度协作机器人，具备牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能。
案例：RethinkRobotics的协作型机器人的代表
2008年成立的RethinkRobotics总部位于波士顿，于世界四大机器人制造商Fanuc、Yaskawa、KuKa和ABB中脱颖而出，已成为一家领先的人工智能协作机器人制造商。其产品主要应用于生产和研究环境，该公司创始人、主席兼CTO Rodney Brooks在1984年到2010年间一直任教于麻省理工机器人系，1990年他创立了自己的首个机器人公司iRobot，此后创立Rethink Robotics目标改变长久以来外包生产带来的生产困难和效率低下等问题，致力于打造具有安全、操作便捷、灵活性高、价格合理的全新自动化生产类型。公司已有工业领域客户包括GE、施耐德电器、JohnDeere、Kaiser Permanente等。
RethinkRobotics的愿景是打造可与人类并肩工作的机器人，目前已经上市在售的协作机器人有三款，以Baxter和Sawyer两个产品为主，分别于2012年和2015年面市，售价为25,000美元和29,000美元起，用户可根据自己的需求定制配件的种类和数量.
Baxter：公司推出的第一代人机协作机器人，改变了以往工业机器人安装和使用成本高、需要与人隔离独立作业的时代。它拥有一双灵活的机械手臂，一双机灵的大眼睛在作为头部的屏幕上转动、眨眼，可以完成的工作包括：生产线上的装载、卸载、包装、物料搬运等。Baxter的设计使其最擅长在生产线传送带上抓取物品，但不能满足更高要求的工业自动化需求。
Sawyer：2015面市的第二代机器人，相较于Baxter它的身形更加苗条，去掉了“双臂”改为装有14个关节更加灵巧的单臂机器人。性能上，搭载了升级版促动器的
Sawyer拥有更强的技能，更高的工作效率，专为更为复杂的作业环境设计。Sawyer更适合“MachineTending”相关，要求更为精准、复杂的工作。
BaxterResearchRobot：与Baxter属同一系列产品，主要用于大学、企业、研究机构的实验室项目，包括人机交互、机器学习、自动化、项目研发、策划、教育等领域。正在使用这款机器人的学校包括：麻省理工、普渡大学、杜兰大学、新加坡国立大学、东京大学等。
其他配件：机器人的手部可以根据需要选择吸盘式抓手、电子平行触手。
软件平台Intera：它不但承载着操作系统，更是一个开放的第三方软件应用平台，工业者和researchlabs都可以开发并分享第三方应用软件，允许机器人根据操作者需求在平台上不断地学习最新的技能，从而一步步使机器人在各种各样的工业环境下都能完成工作需求。
人机协作机器人市场大，3C行业有望成为应用急先锋
在工业生产方面，协作机器人非常擅长于电子产品、塑料品、合同制造、包装、金属加工、消费品等产品众多、换代迅速、生产过程复杂的工业生产领域，也同时正逐渐渗透到家用市场。
整个人机协作机器人市场空间巨大，但仍需培育。根据国际机器人协会数据，2014年协作机器人销量仅2,000台，而所有类型工业机器人同期销量是22.9万台。增长缓慢的趋势还需要制造商们加大对市场培育的投资，以提高市场认知度。泰瑞达（Teradyne）预计，未来十年，协作机器人销量年均增长率将达到35%。
而3C行业有望率先成为行业应用急先锋。3C行业大量使用人工，产品升级换代周期快，传统机器人改造升级周期较长，采用人机协作机器人具有显着优势。目前我国汽车行业中机器人的密度为305台/万人，制造业密度为36台/万人，我们估计2014年3C行业中机器人密度约为19台/万人，低于制造业平均水平，且远低于汽车行业密度。仅假设我国3C行业机器人密度在未来达到制造业36台/万人的平均水平，新增机器人需求将达到14,965台。
VR/AR+机器人：机器人革命的预演
增强现实（AugmentedReality,AR）和虚拟现实（VirtualReality,VR）将是人机交互的
里程碑技术。增强现实强调混合现实，即在现实世界上叠加数字信息和虚拟物体等；而
虚拟现实追求沉浸式的体验，用户从现实世界完全隔离，而进入虚拟世界。我们认为
AR/VR+机器人将是人机协作之后的下一个产业制高点，即人机融合。
AR+机器人
相较于VR，AR技术其实早已走进日常生活。AR不追求沉浸式体验，通过手机的摄像头和手机自身的处理能力即可实现增强现实效果。目前，手机应用中已经出现了大量的增强现实的应用，如哈图的拍照应用、哈根达斯的2分钟音乐会、华西都市报魔码AR等。由于手机作为终端已经普及，消费者不需要另外再购买头盔等辅助硬件，机器人与AR的结合可能比与VR的结合来得更快。
在AR技术下，部分机器人实体可以被取代。增强现实技术可以完全在现实场景中虚拟出一个机器人，由于没有硬件的限制，机器人的神态和动作都将更加逼真灵活。一些没有功能性的硬件将被取代，例如幼教机器人本体并没有功能性，AR眼镜完全可以在现实世界中虚拟一个幼教机器人，并提供完全类似的功能。同时，机器人的外观可以随意修改和更换，例如我国人工智能创业团队图灵机器人就与哈图合作在产品发布会上使用增强现实虚拟了一个图灵机器人。
AR+机器人在消费电子领域已有成熟应用。在消费电子领域美国Orbotix公司已经推出了多款机器人，是AR+机器人应用的领导者。其中最新款为BB-8，使用平板电脑或手机控制，具有一定的智能，可以与人进行交互，并且可以通过AR技术播放“全息视频”等。在国内，腾讯联合Orbotix公司推出了“微宝”机器人，“微宝”外观是一个白色小球，可以把虚拟游戏搬到现实当中，如虚拟宠物养成类游戏等。
AR+机器人具有生产工具性质。AR具有很强的工具性，就如同目前iPad是消费电子，而笔记本电脑是生产力工具一样，AR+机器人具有生产力工具属性。目前，技术最先进的微软的HoloLens计划于2016年一季度开始发售，并且首先面向商业用户，微软将其作为生产工具的倾向较为明显。其余的AR市场参与者还包括Google、MagicLeap和CastAR等公司，Google眼镜在消费市场基本已被证明失败，MagicLeap和CastAR尚处于初期研发阶段，微软在未来一段时间内都将主导AR市场的走向。
AR让人机协作事半功倍。机器人更容易理解虚拟世界，而AR作为虚拟世界和现实世界的桥梁，为人类操纵机器人提供了更为简便的途径，未来人机协作机器人的设臵和调试将变得更加快捷，柔性制造程度将大大提高。AR作为一种崭新的人机界面将大幅提高人机协作的效率，例如工人只需要用手指一指即可规划AGV的行进路线。
主流工业机器人厂家纷纷开始使用AR技术。KUKA早在2006年就展示了KUKA Augmented Reality Viewer软件包，该技术通过将工程信息传输到移动设备中，简化了KUKA工业机器人的设臵和编程。ABB也于近年开始进行增强现实的研究，试图探究工业机器人信息可视化问题以及提升工程师维护机器人的效率问题。
VR+机器人
虚拟现实和机器人的结合最初被用于太空领域。虚拟现实技术于80年代兴起，美国NASA于1993年研制的遥操作车可以被认为是VR+机器人结合应用的开端，该项目目的是帮助人类在极端环境进行科学探索。虚拟现实在其中的作用是解决高延时下机器人的操纵问题。机器人首先通过传感器扫描周边环境，然后将数据发送回操作端，操作端随后会自动生成一个3D虚拟场景，随后科学家即可在该场景内对机器人进行安全的操作。这一处理延迟的理念为后来的太空探索奠定了坚实的基础。
机器人是虚拟现实的主要应用方向之一。VR+机器人可以免去3D建模生成虚拟世界这一步，可直接通过机器人音视频信号的传输帮助人们瞬间到达更远的地方，同时产生身临其境的感觉。在虚拟现实技术出现的初期，游戏、视频等内容还不充足时，VR+机器人作为一个应用方向可以迅速填补内容缺失造成的空白。此外，VR+机器人在传统3D建模较为完善的领域也有应用空间，如工业机器人示教等。VR+机器人的潜在应用包括：
消费领域机器人操作：“你是我的眼”形象的描述了虚拟现实机器人在消费领域的应用。
1）远端临场机器人DORA由宾夕法尼亚大学研发，可以让机器人完全匹配使用者戴着眼镜的头部运动，并使用远程摄像机让眼镜佩戴者可以环顾四周各个方向的动静。
2）一家名为Wevolver的初创公司推出了一个项目，用机器人做替身，让住院的孩子们躺在病床上也能游览动物园，其技术主要通过OcculusRift头戴显示器和一款基于电动平衡车的机器人实现。
3）iRobot公司和思科合作研发的Ava500机器人已经能够替代员工出席会议或出现在办公室里。这款机器人配有自动导航系统、LCD屏幕，能够四处走动，同时传输面部的视频，耳机和照相机能够接收并传回周围的音频和视频，Ava500未来与VR的结合非常值得关注。
生产领域机器人操作：目前在工业生产领域还未看到虚拟现实直接操作机器人的案例，但是学术界已经对此进行了多方面的研究，通过将虚拟现实技术与移动机器人技术相结合，可精确地操纵移动机器人完成各类人类不适宜完成的任务，例如核事故处理、输电线路除冰操作，工业冷凝器清洗等。目前，这些研究尚处于软件和虚拟仿真层面，但应用前景广阔。
医学领域应用：美国直觉外科的达芬奇机器人是虚拟现实和机器人在医学领域的典型应用。达芬奇手术系统通过虚拟现实技术，手术视野可放大至10倍以上，医生可远程控制多种手术器械进行手术，同时消除了医生人手生理颤动。直觉外科2014年收入达到21.3亿美元，净利润5.1亿美元，是虚拟现实和机器人结合产业化最成功的案例。
机器人示教：工业机器人可以通过手把手的教育进行示教，但是人在操作机器人时仍然有受伤的危险。而利用虚拟现实技术进行机器人示教是机器人学中新兴的研究方向。ABB研发的下一代示教器就使用虚拟现实技术，用户只需要用手演示焊接动作，就足以让焊接机器人学会并执行该类任务。此外，也有学者研究了虚拟现实在服务机器人示教领域的应用，如“国家863计划——中医按摩机器人”项目中就研究了中医按摩机器人虚拟现实示教的可行性。
VR+机器人将是改变人类本身的技术。中山大学哲学系教授翟振明认为以往的技术基本都是客体技术，即通过制造工具、使用工具来改造自然客体的技术。并且，这种被制造和使用的工具本身也是客体。例如，一辆汽车、一把锤子虽然融入了人的技术，但它们毕竟还是与制造者分立的物体。与客体技术相比，虚拟现实技术则是一种主体技术。这类新兴技术不是用来制造客体化的工具的，也不是用来改造自然客体的，而是用来改变人本身的。成熟了的虚拟现实化的人联网，相当于我们重新创造的一个物理世界。如果此类主体技术成为我们的主导性技术，我们的生活方式将会从根基上发生巨变。
VR+机器人最终将带领人类走向人机融合。如果说AR+机器人还停留在人机协作阶段，那么VR+机器人将真正带领人类走向人机融合。设想大家根本不需要自己亲自出门，只需要将大脑接入网络，就可以通过由思维来控制的“机器代理人”替自己做一切想做的事情，并且能够得到沉浸式的体验。科幻电影《未来战警》描述了这一技术成熟并得到广泛应用下的人类社会，并提出了人类与机器人之间关系的反思。
VR+无人机
技术早已在军事无人机上得到验证。2000年MQ-9无人机首飞，该机是第一种猎杀无人机，可长时间进行高海拔侦查，必要时还可发动对地攻击。每架无人机都配备一名飞行员和一名传感器操作员在地面站内进行作战操控。地面站的设计与真实飞机座舱十分相似，只是缺少沉浸式体验，未来过渡到真正的VR并非难事。
VR+无人机让每个人都成为飞行员。传统飞行需要有专业的飞行员驾驶，飞行员选拨和培训严格，飞行器造价昂贵等因素让大部分人无缘飞行梦。作为“会飞的摄像机”，无人机受到欢迎的原因就是人们可以体验在空中俯瞰地球的感受。而虚拟现实与无人机的结合将使得无人机的使用体验达到一个前所未有的高度。在未来，飞行体验将不再是少数人的垄断专利，VR+无人机的结合将使普罗大众也可自由翱翔天空之中。目前，主流的消费无人机企业已经开始研发和使用虚拟现实技术：
大疆创新：大疆创新即将发布无人机虚拟现实眼镜，售价大约在2000元左右。该眼镜由大疆创新和世界级镜头制造商卡尔〃蔡司联合推出，可以让佩戴者实时获取航拍360度画面。
GoPro：GoPro的优势是运动相机，目前公司正在计划推出两款产品，一款是消费级无人机，预计2016年上半年发售。另一款产品是六摄像头球面阵列，这款配件可以安装六台Hero4相机，并通过软件生成球形图像，以便为虚拟现实提供内容。公司无人机和虚拟现实相机的结合令人期待。
Bebop：Parrot以其制造的AR.Drone四轴无人机出名，近期其公布了其最新的无人机Bebop，该款无人机将于十二月开始正式销售。Bebop单机售价为499美元，搭配Skycontroller遥控器的售价为899美元。Bebop无人机最大的特点是Skycontroller遥控器可以与虚拟现实头盔兼容。用户可以将OculusRift连接到遥控器上，感受第一视角驾驶飞机的乐趣。
FLYBi无人机：该无人机目前正在众筹网站Indiegogo筹集资金，目标是3.5万美元，出资595美元者可获一架无人机，连同VR眼镜、停机坪及遥控器则需1795美元。该技术利用特制VR眼镜，可以将无人机拍到的画面实时展示在使用者眼前。用户只要转动头部便能改变镜头角度，再配合遥控器控制无人机，使用者即使身处地面，也能感受翱翔天际的快感。
亿航图传眼镜：国产的亿航无人机在虚拟现实应用上已经走在前列，公司将传统的图传系统与虚拟现实结合，推出了亿航VR眼镜，眼镜可以在现实视角和无人机视角间切换，与无人机搭配售价为7299元。
除飞行体验外，我们可畅想虚拟现实下无人机的商业应用。传统的无人机商业应用包括户外拍摄、救灾抢险、无人机快递等，在虚拟现实技术下，无人机的商业化应用有望取得突破。1）户外拍摄，无人机操控者可以直观的看到无人机的拍摄角度，拍摄角度的调整不再需要复杂的坐标和操控，能够实现所见及所得。2）救灾抢险，在一些具有危险的作业区域，无人机将可以取代传统的飞行器，在恶劣环境下实现灾害监测、汇报、运输等任务。降低飞行员伤亡的风险。3）无人机快递，无人机快递受人工智能发展的拖累，一直不能大规模应用。通过虚拟现实技术，未来的快递员可以不用再在雨雪天气上门，只需要操纵无人机飞到住户窗口即可完成工作，快递员的效率和工作环境将显着提高。
AR/VR+机器人（无人机）仍需技术突破
目前，AR/VR与机器人（无人机）的大面积结合仍有一些技术难点需要取得突破：
低延时技术：眩晕感是目前虚拟现实类产品都存在的致命伤，比如，当人处在一个虚拟现实的环境中，如果画面在模拟移动，而人本身并没有运动，那么大脑会得到错误的指示信号，并且调整人体的平衡性等，很大一部分人会感动恶心，晕车也是同样的原理。解决这一问题的最主要方式是降低VR设备的延时，AMD的首席游戏科学家RichardHuddy认为，11毫秒或是更低的延迟对于互动性游戏来说是必需的，个别情况下20毫秒的延迟在电影中可以接受。目前，技术最好的Oculus计划将延时做到15毫秒以下，这也是公司消费者版本VR迟迟未发布的原因。
大数据传输技术：为了获得沉浸式的体验，高分辨率的图像和声音需要实时进行传输，目前的3DVR电影文件大小都在15G到20G左右，目前的互联网下载速度还不足以支持云端播放。在数据传输速度获得突破前，沉浸式体验将大打折扣。
高性能电池：机器人在外部环境活动必须通过电池提供能源，市场迫切需求高密度电池的出现。我们看好锂电池生产企业先导股份和赢合科技等。
传感器技术：为了获得临场感，AR/VR+机器人对传感器提出了新的要求，包括力反馈、温度、气体传感器等都是未来的发展方向。目前中国的大部分MEMS传感器依赖进口，国际厂商主要有意法半导体、博世、德州仪器等，关注国内的汉威电子。
空间感知技术：空间感知技术决定了机器人“我在哪里”和“我可以去哪”的问题，对于AR来说还意味着空间捕捉和建模。解决这一问题可以使用3D激光雷达和机器视觉等，空间感知技术一直被国外康耐视、莱卡、苹
最后更新：2017-08-28 21:57:19