中國工業機器人發展現狀和趨勢探討

【摘 要】本文首先對我國工業機器人市場及應用情況進行了介紹，對核心技術研究進展進行了匯總，分析了我國機器人發展中主要存在的問題和挑戰，并對未來工業機器人的發展進行了展望，最后針對主要存在的問題和挑戰給出發展建議。

【關鍵詞】工業機器人；核心技術；產業鏈；產業政策

1.我國工業機器人應用情況介紹

工業機器人是先進制造業中不可替代的重要裝備和手段，是衡量一個國家制造業水平和科技水平的重要標志。中國工業和信息化部的數據顯示，2014年上半年，智能制造、高端軌道交通、海洋工程等高端裝備制造業產值占裝備制造業比重已超過10%。其中，以機器人為主的智能制造業廣受關注。在新一輪科技革命和產業復蘇的背景下，各國圍繞科技與產業發展制高點的競爭日趨激烈。被譽為制造業皇冠上明珠的工業機器人，將帶來制造業模式的巨大變革[1]。工業機器人未來的發展前景十分廣闊。

我國工業機器人研究開始于20 世紀70 年代[2]。經過“七五”攻關和“八五”、“九五”、國家863 計劃支持的應用工程開發，我國第一代工業機器人設計、制造和應用技術已趨于成熟。目前在工業機器人的一些機種方面，如噴漆機器人、焊接機器人、搬運機器人、裝配機器人和特種機器人都有了長足的進步，基本掌握了工業機器人的設計制造技術和機器人應用中單元和生產線的設計、制造技術，有了一支具有一定水平的技術隊伍，奠定了我國獨立自主發展機器人產業的基礎。近幾年我國工業機器人市場快速發展。中國機器人產業聯盟（CRIA）統計數據顯示， 2014年上半年共銷售國產工業機器人6400臺，是去年全年銷售量的66.8%。預計今年全年國產工業機器人銷售總量將超過12000臺，同比增長25%左右。從產品結構看，坐標機器人和多關節機器人銷售位居前兩位，分別占總銷量的35%和31%。從應用領域看，搬運上下料機器人銷量占總銷量的45%，位居第一位；焊接機器人銷量占比為26%，位居第二位。從應用行業看，上半年國產工業機器人主要應用于國民經濟48個中類行業之中，其中計算機制造業、汽車零部件及配件制造業、輸配電及控制設備制造業應用較為集中，共計占銷售總量的45%[3]。根據國際機器人聯合會統計數據，2013年中國市場共銷售工業機器人近37000臺，約占全球銷量的五分之一，總銷量超過日本，成為全球第一大工業機器人市場，其中國產機器人9000多臺，產量是2012年的3倍。

然而，國產機器人遠不能滿足市場需求。在2013年中國市場銷售工業機器人中，外資機器人普遍以6軸或以上高端工業機器人為主，幾乎壟斷了汽車制造、焊接等高端行業領域，占比96%。而國產機器人主要應用還是以搬運和上下料機器人為主，處于行業的低端領域。

2.核心技術研究現狀

現在，我國已掌握了各種工業機器人設計與制造的基本技術，能夠滿足生產的一般要求。我國工業機器人核心技術研究現狀和水平如下[3，4]：

2.1機器人技術基礎研究

包括機器人運動學、動力學與構型綜合，機器人運動控制算法與編程語言，機器人內外傳感器開發，多傳感器控制系統、離線編程技術、自診斷、安全保護技術等研究，基本掌握了工業機器人的各種關鍵技術。

2.2關鍵零部件的研發方面

我國研制出了交、直流伺服電機及其驅動系統、測速發電機、光電編碼器、液壓（氣動）元部件、滾珠絲杠、直線滾動導軌、諧波減速器、RV 減速器、十字交叉滾子軸承、薄壁軸承等，并涌現出了一批具有較強實力的專業廠家。在機器人控制裝置研制方面，我國已經開發出了雙CPU、多CPU和分級分層控制裝置、模塊化機器人控制器及相應控制單元等。

2.3機器人系統集成能力方面

中國企業具有很強的系統集成能力，這種能力在電子信息等高度模塊化產業和高鐵等復雜產品產業都得到體現。在機器人系統集成能力方面，我國設計與生產了平面關節型裝配機器人、直角坐標機器人、弧焊機器人、點焊機器人、搬運碼垛機器人和AGV 自動導引車等一系列產品，其中一些品種實現了小批量生產， 自動導引車不僅占據國內市場，而且已批量出口。

2.4行業技術開發和應用方面

設計建成多條機器人示范應用工程和關鍵工位機器人工作站。工業機器人已在汽車和工程機械、橡膠和塑料、電氣和電子行業、金屬及通用機械、食品和飲料、制藥和化妝品等行業獲得較多應用。

總體上看，我國目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、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、電焊、裝配、搬運等機器人。但同全球主要機器人大國相比，目前我國機器人技術仍存在較大差距，還缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產權的工業機器人則很少，特別是在制造工藝與裝備方面，高精密、高速與高效的關鍵部件仍依賴進口[2]。

3.主要存在問題與挑戰

3.1核心技術需進一步突破

國產工業機器人尚無法進行大規模生產， 絕大多數依靠進口。目前機器人技術相當于國外發達國家20 世紀80年代初的水平，特別是在制造工藝與裝備方面， 不能生產高精密、高速與高效的關鍵部件[4]。我國機器人關鍵零部件的研發與制造能力還比較薄弱、技術水平較低、性能質量不高，是目前制約我國工業機器人發展的主要瓶頸。在系統設計與控制技術方面，開放式、模塊化、網絡化的軟伺服和全數字控制器開發與國際先進水平仍有差距[2]。我國工業機器人總體上還缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產權的工業機器人則很少。

3.2成本較高制約發展

工業機器人成本主要由控制器、伺服系統、減速機、機械本體部分四部分組成，其中能實現國產化的只有機械本體，只占全部成本的15%，其他大部關鍵部件依賴國外產品，這就使得國內機器人制作成本居高不下，同進口機器人整機的價格相差無幾。這就使得國內機器人缺乏市場價格優勢，無法形成良性市場規模。國外機器人廠家千方百計地阻止我國工業機器人的研發，在技術上嚴格封鎖，在價格上采取低價誘惑和打壓的策略，使得我國有限的幾個工業機器人研發院校和企業相繼淪為國外品牌的代理商和集成商[5]。

3.3位于產業鏈下游

首先，在整個機器人產業鏈上，主要的上游關鍵零部件、中游設備制造廠和下游行業應用這三大塊中，國內企業目前主要集中為系統集成商，實現下游應用，即通過對國外采購的機器人，為下游客戶進行相應的方案設計，實現利潤。而產業鏈上游無核心零部件制造商支撐，關鍵零部件方面仍遠遠落后于外國企業，因此長期受制于人。上游是核心零部件，主要的是減速機和控制系統，這相當于機器人的‘大腦’，中游是機器人本體，就是機器人的‘身體’，下游是系統集成商，國內95%的企業都集中在這個環節上[6]。

4.未來發展趨勢展望

4.1智能化成為新一代機器人的核心特征[7]

裝配傳感器和具備人工智能的機器人能自動識別環境變化，從而減少對人的依賴。未來的無人工廠能根據訂單要求自動規劃生產流程和工藝，在無人參與的情況下完成生產。

4.2機器人將成為物聯網的終端和結點

隨著信息技術的進步，工業機器人將更有效地接入網絡，組成更大的生產系統，多臺機器人協同實現一套生產解決方案成為可能；服務機器人和家庭機器人也能通過網絡實現遠程監控；多臺機器人之間的協作能提供流程更多、操作更復雜的服務。

4.3機器人應用將擴展至整個工業領域

機器人最初應用于模塊化程度較高的汽車、電子產業，隨著智能化水平的提高，以及能完成更多的復雜動作，紡織、化工、食品行業也大量使用機器人。隨著技術的不斷成熟和勞動力成本提高，工業機器人的應用將擴展至整個工業領域。未來國防軍工、智能制造、軌道交通等將是機器人重要應用領域。

5.思考與建議

5.1加強頂層設計完善機器人產業政策

加強對國際機器人技術的跟蹤研究，把握信息網絡技術條件下機器人的發展趨勢，發展和完善符合我國發展實際的“機器人技術路線圖”，明確技術發展的步驟、重點突破的關鍵核心技術、工藝與零部件以及產業化路徑，為我國機器人產業的發展進行宏觀指導，制定機器人產業標準，規范行業發展。

5.2加快核心技術突破與創新

核心技術是我國機器企業生存和發展的關鍵所在。加快核心技術突破與創新，降低生產成本增強核心競爭力，努力使我國機器人企業實現全產業鏈布局。大力發展機器人集成應用，與此同時應該注重核心部件攻關與成套應用示范。瞄準世界前沿發展趨勢，研發高端科技集成平臺，注重未來戰略性新興產業的培育，搶占世界科技的制高點。

5.3加快培育工業機器人龍頭企業和品牌

培育與發展擁有自主知識產權和自主品牌工業機器人是我國機器人發展的緊要任務。積極搭建產需對接平臺，深入科技成果鑒定工作，研究建立鑒定公告發布制度，出臺工業機器人產業目錄，協同推進開展工業機器人的國產化工作，培育具有國際競爭力的機器人龍頭企業和品牌。

5.4創新產學研體制，注重人才建設

進行研發體制創新，將工業機器人理論研究和產業融合發展，突出企業主體地位，積極探索商務模式的創新、市場融資、保險支持等發展。國家應注重把研究任務落實到確有優勢的單位和團隊，集中優勢力量組織研究隊伍，特別是領軍帶頭人，形成若干具有特色的技術平臺和研發基地。

【參考文獻】

[1]中國產業信息研究網http：//www.china1baogao.com/news/20141013/860943.html.

[2]我國工業機器人現狀與發展.機器人技術與應用編輯部.機器人技術與應用，2013.2：1-3.

[3]中國機器人產業聯盟http：//cria.mei.net.cn/newsj.asp？vid=1953.

[4]蔡自興，郭璠.中國工業機器人發展的若干問題，機器人技術與應用，2013.3：9-12.

[5]田勁松.工業機器人的國產化是我國制造業發展的關鍵，機器人技術與應用，機器人技術與應用，2010.9：7-9.

[6]中國機器人產業聯盟http：//cria.mei.net.cn/.

[7]http：//guba.eastmoney.com/news，300024，125869926.html.