5月16日下午，在第四届中国机器人峰会上，加拿大工程院院士、加拿大机器人与自动化研究会主席张丹作主题为《加拿大机器人技术发展与展望》的报告，对其在加拿大研究的机器人前沿技术以及在水、路、空与人机、工业机器人等五大方面的应用进行了详细的分析，对国内机器人发展具有很好的借鉴意义。

以下是报告的全部内容：

我主要讲一下加拿大机器人技术发展及展望。一共五个应用主题，我们叫水、路、空，还有人机、工业机器人方面。

 

 

加拿大有一个自然基金委，这是最大的基金，每年大约是11亿的预算来支持各种各样的研究。主要包括一些企业，还有非常重要的国际合作，有学术界、大学、政府，还有实验室等。包括空天服务、社会的服务，还有制造、医疗的服务，这是四个研究的领域。在加拿大，我们有加拿大的研究的项目，这是大学教授一些研究的项目，在机器人方面我们有九个教授，比如空间的探索，有三个这样的教授。还有医疗设备，各种各样的服务型机器人，我们当然有一些各种各样教授服务我们医疗方面，还有制造方面，我的导师，还有我自己本人，以及其他的学生，他们也是负责这部分的。所以医疗这部分主要有两个人在研究。这是我们主要的研究领域。

   在加拿大方面我们关注的焦点，主要是5个方面：陆地、空中、水中，还有人类、工业方面。其中包括各种各样的研究，多种模式的平台，像森林，还有地下的矿藏，机器人、核电站机器人等等。第二个话题低维度的飞行，有的时候空中，气侯条件非常的糟糕，我们必须要开发这些机器人，还有这个除冰的工作，还有对水进行探测，还有拯救、救援。对人员方面，主要是服务型的机器人，还有最后高性能的机器人，像黄教授前面说到并联机器人。现在我们是发展机器人，像过去依赖于我们大量劳动力，人力进行这样的抛光。现在我们是用机器人进行抛光作业。

一、陆地：救援机器人

第一个是我前面说到我们有五个主题，第一个主题是陆地方面的主题。我们主要的一个研究是多种模式的移动平台，还有森林的机器人，还有底下的矿藏，这主要是一些救援机器人。还有应用方面的比如空间的探测，森林的收割，反恐，还有监控，对于污染环境进行监控，还有最后一个是采矿的风险，核污染等等，还有地震，有的时候还有恐怖分子，我们必须在恐怖分子袭击的时候进行救援。这是多种模式的一个移动平台，我们也做了一些研究，是多个的运作。像这种运动的功能，运动的模式，我们有12个度的自由度。

这个自由度有的时候可能就是有那种地震，或者其他的情况下，可能地形非常复杂，这个时候我们需要一个机器人，要根据不同的情况，让这个机器人进到那个地方，比如有的地方有台阶，这时候机器人可以变成有脚的，可以走楼梯的，因为地形比较复杂，有的是滚动的。虽然我们有12个度的自由度，主要是利用它的的自由度，不是基点的控制。有的时候我们故意让它变成这种基点简单化。那么这个时候仍然有各种各样的自由度，就是12度的自由度。现在称之为3或者5度的自由。适合不同的结构，不同的地形，这是我们研究的领域。

这是第一个，我们有多模态的运动平台。总体来讲，我们有12度的自由度，所以12个不同的模态。根据不同的场景调整，我们也可以有不同的一个单维度的自由度。这样的话就能够根据它的一个场景的选择，可以由3-4个不同的自由度。这是一个滚动的行动。我们可以让机器人进行滚动的前进，这里面也可以在牺牲掉一部分自由度情况下，实现特定方向的移动，然后就是一个行走模式。我们有的时候有楼梯的，所以我们就可以能够去生成一些腿状的结构，然后去适应有楼梯的状况。还有就是这种一边滚一边走的方式，我们可以能够让它一边走，一边滚，同时有4-5个自由度的维度，组合之后让它进行一个适应。有的时候可以是跌跌撞撞，可以由不同的行进方式，那么这样的一些行进方式，我们也可以再根据不同的场景选择，来进行有针对性的组合。

第二个针对原始森林的机器人，当然它的挑战是一个非结构性环境，我们需要有一种森林砍伐或者收割的机制，有的时候也会遇到一些倒塌的树干，那可能这个时候为了解决这些问题，我们有远程控制的机器人系统。有自动的一个设备的自动化，还有它的的一些监控，以及绘图，还有以驱动电缆为驱动的机器人。那么这样的适应不同的应用。还有底下的一些机器人，我之前提到的，有的时候我们有一些危险的工矿，这个时候我们需要有一些自动化的一些开矿设备，在底下开发可折叠的机器人，因为有些矿井空间比较狭小，人进不去，这个时候有这样的机器人进入，可以调整它的尺寸，进入狭窄的作业空间，可以节省资金，以及保障人员的安全。

还有一个就是仿生机器人，主要用以煤矿救援机器人，这是一个自动挖煤的机器人。有些自动开矿设备，它的头部是并联体，我主要是做并联机器人，像黄田教授一样的，这个是头部做了一个并联结构，在救援的时候，有一些把石块，或者把什么压坏了，可以用以保持这个形状。所以最后它的一个头是球状的并联结构。这个强度非常高。这个是它最后一个版本。我们有这样一个结构，就是开矿的机器人。

接下来主要介绍的是低空的一些飞行，尤其是在一些比较恶劣的气侯环境之下。我们可能就是除冰，这个时候可能需要有一些AVU。还有一个就是空间站里边，就是地球旁边有好多的，有了很多国家发了卫星，卫星不用了，就是有很多垃圾在里面，然后我们就可以清理周围的一些垃圾。还有那些包括对于大型基础设施，像电站，电力供电线路以及边缘区域的一些监控装置，都可以进行模拟的飞行。还有一些其他的：巡航，导航方面的应用。当然对于我们来讲，它的挑战就是人机界面，AVU的人机界面，包括空气动力学自建模，以及控制它的接波，包括它的视觉系统。这是做的一些研究，这个解决方案包括结合不同的平台，并且有一个动态的分析和控制，而且还有一个群体控制的功能。

这是一个修改过的一个DELTA  ROBOT，我们主要把它用来和无人机进行结合。可能在加拿大一个地方，非常冷的时候，他们那边有很多的油田，勘探的时候需要无人机飞过去，有的时候阀门可能要开一下，关一下。有的时候要检查，我们的研究主要关注这样的特点。然后下面这个DELTA  ROBOT是我们自己开发的结构。这个是圆形。

 

二、空中：用于空间站检修、清理垃圾的机器人

 第二个方向就是空中这一主题。像天线，包括我们的刚才所说的机械手。加拿大的空间站有应用。这个我们是拿到地面上检修或者换零件，这个后来我们就是做了模块化的，可以把一些东西直接把模块带上去，替换掉了。后来就是，我刚才讲了这个机器人可以带到空间站里面，像把伞一样打开可以再利用。还有我刚才讲了地球周围有很多的垃圾，我们的机器人也可以发挥作用。1960年地球周围非常干净，然后慢慢，发卫星太多了，甚至于我们学校里边也有老师发这个小卫星。有的时候发出去就没有收回了。有必要清理这些垃圾。这里边，有一些在空间站里的一些机器人上去以后，在哪里就把它定在哪里，这是必须做的。

三、水下：用于海浪发电、环境建模绘图的机器人

接下来讲一下水下这一主题。这个主要在潜水深湖和海洋。包括我们的冲浪海域。那么这样的话，有的时候也是用并联机构的方式进行海浪发电。还有就是实现人机之间的沟通。要实现环境建模的绘图，并且构建机械架构和装置。解决方案包括整合不同的传感器，向不同模态的传感器以及多种设备进行交互并且有仿生机器人的生成。

四、人机：医疗机器人

第四个主题就是人的主题，人机主题，这里主要关注服务机器人或医疗器械，比方说外骨骼机械，以及手术机器人，在加拿大，有达芬奇手术机器人。主要挑战就是操控，怎么样握住某个物体，而且是有智能的控制，有光学的传感器。肌肉，有的时候很难生成人工的肌肉的，包括它的康复都是一些挑战。那解决方案就是深化了一些控制，软性的材料，灵活的机制，包括虚拟的环境，以及纳米机器人我们一些结构是基于这些像传感器的一些机器人，然后还有一些外骨骼的机器人。这是UBC（University of British Columbia，加拿大不列颠哥伦比亚大学），他们所开发的结构。这是一个很传统的，作为携程式的工作，关键的时候可以作为一个救援的简单的机器人，比如对于老年人，这个老年人有信号发生了，比如心脏病发生的时候我们有这么一个机器人可以做操作的，通过社区，他知道了这么一个情况，发了信号，然后可以进行心脏的复苏功能。救护车来之前可以做这样的工作。这也是我们做的一个方向之一。

这个是我们实验室里面一个学生做的踝关节康复机器人，你们看到很多外骨骼是钢体。我们做的这个，更适合人体的形状，最后做出来产品是滑雪塞一样，可以作为外骨骼的结构。这个是我们实验室里面利用并联机构做了踝关节康复机器人。这里面大家可以看一下，这个脚放在里面，旁边有几个激光，点对着你的踝关节，自动调整你的踝关节，这样你就躺着或者坐着都可以做踝关节的康复。

五、工业：兼具串联与并联机构优点的机器人

最后一个工业机器人的主题。黄田教授刚才提到了对于高性能的机器人非常重要，所以我们就是把串联机器人变成并联化，现在你们很多公司里面，好多应用是串联机器人，大家说你是说并联机器人比串联好，为什么没有看到并联机器人应用。刚才黄田教授也讲了，他们开发了新的产品。现在看到的都是并联化。新一代机器人有了串联和并联的优点，这是另外一个优势。然后我们还有3D打印，还有其他的一些机器人。我们实验室里做了一个抛光的，就是做飞机起落架抛光的播音737。这些结构都是并联结构。这个是可重构的结构，对不同的零件，我们可以不改，重新设计一个机器。我们可以用这个适合不同的情况。这是我们自己造的结构。

最后总我们有几个不同的话题关注应用的主题，之前我也提到了有五大应用主题，同时我也相信我们也已经进入了一个新的机器人的时代。我们已经看到了曙光，未来的机器人，将会是有非常多的多功能性，包括清洁设备可以作为救援设备。我们可以看出这些机器人，又可以做清洁和救援。然后，它的一个可重构方面是非常重要的。所以，下一代的机器人应该是智能的机器人，包括手术机器人、空间探索，个人化的一些可穿戴设备以及医疗器械。这些就是我们认为可能可以交付大家的一些信心。谢谢。