我國工業機器人產業現狀與發展戰略探討

李宇劍，巢 明

（大連理工大學 電子信息與電氣工程學部，大連 116024）

我國工業機器人產業現狀與發展戰略探討

李宇劍，巢 明

（大連理工大學 電子信息與電氣工程學部，大連 116024）

1 簡介

世界首富——微軟的創始人，比爾·蓋茨2007年曾撰文《家家有個機器人》中指出，如果他現在是20歲，其創業的目標一定是機器人！據專家預測，機器人產業是繼汽車、計算機之后出現的一種新的大型高技術產業，機器人產業將重復個人電腦快速崛起的道路，與30年前的個人電腦一樣快速進入每一個家庭，徹底改變人類的生活方式。

根據聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）和國際機器人聯合會（IFR）的統計，2003～2006年間，全球機器人市場以每年30%的速度增長，其中亞洲工業機器人增長幅度高達45%。據預測，到2007年底，全球投入使用的服務機器人將達到410萬臺。按照韓國信息通信部的計劃，到2013年韓國每個家庭都能擁有一個機器人。日本機器人工業協會預測，到2020年，日本機器人的市場需求額將達到100億美元，而全球市場需求額可高達1500億美元以上。機器人的快速發展成為不可阻擋的趨勢，尤其工業機器人的發展推廣更進入了前所未有的黃金時期。

2 世界工業機器人發展概述[1,2]

在制造業中誕生的工業機器人（ROBOT）是繼動力機、計算機之后出現的全面延伸人的體力和智力的新一代生產工具，已成為柔性制造系統（FMS）、工廠自動化（FA）、計算機集成制造系統（CIMS）的自動化工具。機器人作為一種具有高度柔性的自動化裝備，對提高制造生產線的柔性具有特別重要的意義，它作為現代制造業的主要自動化裝備在制造業中廣泛應用，工業機器人及其自動化成套設備的擁有量和水平是衡量一個國家制造業綜合實力的重要標志之一，機器人及其自動化成套裝備已成為目前國內外極受重視的高新技術應用領域。

目前，國際上的工業機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS，瑞典的ABB，意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。

據聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）和國際機器人聯合會（IFR）的統計，1960～2006年底，全球已累計安裝175萬多臺，從20世紀下半葉開始，世界機器人產業一直保持著穩步增長的良好勢頭，世界工業機器人市場前景非常看好。

由于歷史條件和技術水平的關系，1960年代工業機器人發展較慢，進入1970年代后，焊接、噴漆機器人等相繼在工業中應用和推廣。到1980年全世界約有2萬臺工業機器人在生產中應用，而到2005年就達到100多萬臺。

全世界工業機器人的數目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發展的，1980年以來已出現三次馬鞍形曲線。第一次在1980年代中期（1985～1987），由于第一代工業機器人在一些發達國家汽車產業中的應用漸達飽和，以及日元不斷升值所致。1988年后，隨著電子行業工業機器人的大量應用及日本經濟的復蘇，工業機器人增長率開始回升，1990年新安裝8.7萬臺，創歷史最高紀錄，而1998年實際訂貨7.1萬臺，銷售額比上一年下降16%，出現第三個馬鞍形，是由于日、韓兩國銷售額大幅下降所致。1999年回升，主要原因是北美和歐洲訂單的增長。進入21世紀，工業機器人產業發展速度加快，年增長率達到30%左右。其中，亞洲工業機器人增長速度最為突出，高達43%。

3 中國工業機器人發展現狀[3～5]

我國工業機器人從二十世紀80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，863機器人技術主題對機器人技術發展作了重要戰略調整，從單純的研發機器人技術向機器人技術與自動化工藝裝備擴展，將中心任務定義為“研究和開發面向先進制造的機器人制造單元及系統，自動化裝備、特種機器人，促進傳統機器的智能化和機器人產業的發展，提高我國自動化技術的整體水平”。

通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的優化設計制造技術，解決了工業機器人控制、驅動系統的設計技術，機器人軟件的設計和編程等關鍵技術，還掌握了弧焊、點焊及大型機器人自動生產線（工作站）與周邊配套設備的開發和制造技術，掌握了運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線上獲得規模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。

“十五”期間，根據“有所為，有所不為”，“重創新、抓應用、建環境、促發展、見效益”的指導思想，顯現了有以機器人技術為主向基礎裝備和成套裝備研發方向的轉移。

總體來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外有差距；在應用規模上，我國已安裝的國產工業機器人，約占全球已安裝臺數的0.5%。

以上原因主要是沒有形成機器人產業，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術問題，對產品進行全面規劃，搞好標準化、系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業化進程。

縱觀目前經濟發展現狀，我國機器人市場增長非常迅猛，從銷售量上更是充分說明了這個不爭的事實。在中國市場上占有35%的市場份額的ABB公司2004年在中國賣出了600臺機器人。而該公司在過去9年中一共才在中國大陸市場銷售2000臺機器人。專家預測，中國機器人到2010年擁有量將達到17300臺，到2015年，市場容量將達到十幾萬臺（套）。汽車制造、工程機械及電機、電子等行業的企業是中國今后對機器人需求最大的產業，其中所需機器人的品種以點焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓等為主。

我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發出直接遙控機器人、雙臂協調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了一定的發展基礎，但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統攻關，才能形成系統配套可供實用的技術和產品。

4 國內外機器人領域近幾年發展形勢

工業機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，以四自由度機器人為例，平均單機價格從1991年的10.3萬美元降至1997年的6.5萬美元，再降到2002年的3.8萬美元。

機械結構向模塊化、可重構化發展，例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化，由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機，國外已有模塊化裝配機器人產品問市。

工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、智能化、網絡化。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構。大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。

機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接、切割、點膠機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制，多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。

虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。

當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。

5 現存制約我國工業機器人產業發展的諸多因素

1）國家在產業發展整體規劃不清晰：

2）政府支持力度不夠：

3）無統一標準，低水平重復研究：

4）基礎技術體系的普及、共享及高端技術的研究不夠：

5）無大規模的集成商：

6）制造基礎薄弱，精加工要求無法實現：

7）產學研的各自為戰：

8）企業產品成本過高，競爭力不強。

6 機器人產業發展所采取的措施

1）加強政策引導，創新體制機制，合理調配科研資源，優化科研資源的空間布局，促進技術集聚，集中優勢力量，加大基礎性、前瞻性技術研究力度，攻克基礎技術、核心技術和關鍵共性技術，培養高素質科學研究與技術開發人才隊伍，為產業發展打下良好基礎。

2）創新產學研用聯合機制和利益分配機制，以企業為主體，以利益為紐帶，以創新共贏為目標，協同作戰，攻克關鍵制造技術、應用技術和系統技術，加速推進成熟技術的市場化、科研樣機的商品化，加快服務機器人的規?；瘧煤彤a業化發展。

3）圍繞客戶需求，以深化和拓展應用、優化服務、延伸產業鏈為目標，鼓勵應用技術和服務技術的研發，創新服務模式，通過政策杠桿促進新的商業模式的形成，培育服務消費市場，推進機器人服務業的發展。

4）堅持標準制定與科研、開發、設計、制造、服務相結合，標準化與商品化、產業化同步，加快推進國家標準和行業標準研究與制定，形成具有自主知識產權的國家技術標準體系，支撐產業發展。積極參與國際標準的制定，推動國家技術標準成為國際標準。

5）以市場為導向，以企業為主體，以規?；瘧煤彤a業化為目標， 建立發展基金，引入風險投資，成立產業聯盟，建立產業園區和應用示范區，實施應用示范工程，構建以服務機器人為核心的應用創新體系，試點示范、帶動全局。培育市場，培養龍頭企業，拉動消費與投資， 推進產業快速發展。

6）抓住國際產業轉移、研發轉移的機遇，充分運用國際和國內兩個市場、兩種資源，加強國際合作，實施開放創新，在引進技術的同時，注重消化吸收和再創新，提高自主創新、內生發展能力，提升產業國際競爭力。

7 結束語

中國發展工業機器人技術的指導思想是：從國情出發，建立以企業為主體，產學研用相結合的自主發展模式；以示范應用為引導，突破服務機器人關鍵技術，推動服務機器人技術創新體系和產業鏈的形成； 通過參照國際標準與自主制定標準相結合的方式，研究制定中國服務機器人標準體系。

[1]Hadi A. Aked and Steve W. Hoilan. Product and technology trends for industrial robots[C], Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics＆Automation,San Francisco, CA, USA, 2000, 696-700.

[2]Makoto Mizukawa. Robot Technology (RT) Trend and Standardization[C], 2005 IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts, Nagoya, Japan, 2005, 249-253.

[3]王田苗.國家863計劃先進制造與自動化技術領域機器入技術主題發展戰略的若干思考[J].機器人技術與應用,2002, (3): 2-7.

[4]原魁.工業機器人發展現狀與趨勢[J].機器人技術與應用, 2007, (1):34-38.

[5]劉進長.抓住機遇促成飛躍一我國機器入產業發展的若干思考[J].機器人技術與應用, 2007, (3):7-9.

Present and future of national industrial robots

LI Yu-jian，CHAO Ming

本文在概括的介紹了國內外機器人研究與產業化發展現狀，分析我國與機器人強國在機器人產業化方面的差距產生的原因。以工業機器人為主要對象，展望國內外機器人的發展趨勢，探討我國機器人產業化發展戰略，提出若干面向產業化的機器人技術發展建議。

工業機器人；產業化；發展戰略

李宇劍（1991－），男，遼寧葫蘆島人，研究方向為自動化 電子信息與電氣工程 。

TP391

B

1009-0134(2010)12(下)-0106-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(下).39

2010-11-12