工业机器人技术的现状与发展趋势

工业机器人技术的现状

与发展趋势

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我国工业机器人技术的现状与发展趋势

作者：葛国庆来源：《科学与财富》2016年第16期

摘要：本文结合在机器人领域的相关工作，分析我国与机器人强国在机器人产业化方面的差距产生的原因，就工业机器人目前涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供相关战略思考与建议。

关键词：工业机器人；自主导航；产业化；发展战略

机器人是一种半自主或全自主工作的机器，它能完成有益于人类的工作，应用于生产过程称为工业机器人，应用于特殊环境称为专用机器人（特种机器人），应用于家庭或直接服务人称为（家政）服务机器人。这种内涵广义的理解是机器人自动化机器，而不应该理解为如翻译的像人一样机器。

国际标准化组织（ISO）对机器人的定义为“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。按照ISO定义，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人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器；它接受人类的指令后，将按照设定的程序执行运动路径和作业。工业机器人的典型应用包括焊接、喷涂、组装、采集和放置（例如包装和码垛等）、产品检测和测试等。

1.国内外工业机器人发展状况

工业机器人从1960年开始，经过50年发展，产业化整机的世界规模100亿～120亿美元，年销售台套16万台套，累计装机量120万～150万台套。工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分，技术附加值高，应用范围广，是我国先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备，将对未来生产和社会发展及增强军事国防实力都具有十分重要的意义，有望成为继汽车、飞机、计算机之后出现的又一战略性新兴产业。

世界各国工业机器人发展计划。世界各国纷纷将突破机器人技术、发展机器人产业摆在本国科技发展的重要战略地位。美国、日本、欧洲等地都非常重视机器人技术与产业的发展，将机器人产业作为战略产业，纷纷制定其机器人国家发展战略规划。

美国相关机器人发展计划。美国机器人发展起步早，其发展思路是立足于相关机器人核心技术实现产业化。接着，美国在2013年3月提出了“美国机器人发展发展路线图”，将围绕制造业攻克工业机器人的强适应性和可重构的装配、仿人灵巧操作、基于模型的集成和供应链的设计、自主导航、非结构化环境的感知、教育训练、机器人与人共事的本质安全性等关键技术。

日本一贯将工业机器人技术列入国家的发展计划和重大项目，不论在技术方面，还是在市场规模方面，日本称得上是“机器人大国”。日本提出了机器人路线图，包含三个领域，即“新世纪工业机器人”、“服务机器人”和“特种机器人”，并从技术图中的重要技术明确其性能和技术指标，并提到创建和扩大机器人的早期市场，缩短满足多种需求的机器人的开发时间、降低成本、扩大加入的企业。

欧洲相关工业机器人发展计划。欧盟第七研发框架计划（2007—2013年）投入机器人研究经费达6亿欧元，未来的研究计划（2013—2020年）对机器人研究的经费投入将达到140亿欧元，另外还提出了2002—2022年欧洲机器人研究与应用的路线图。

随着我国劳动力成本的逐年增加，老龄化社会的到来，可进行传统加工制造业的一线工人将保持逐年减少的趋势，同时社会服务的成本将增加，我国对工业机器人及自动化加工装备的需求将逐步增加。国际制造环境竞争的日益激烈，客户可定制、柔性加工制造、成本投入与效率提高、整合全球资源逐渐成为制造业竞争力的核心要素。我国工业机器人的市场需求是刚性与持续的。

2.国内工业机器人技术与产业发展现状

从二十世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，从单纯的研发机器人技术向机器人技术与自动化工艺装备扩展，将中心任务定义为“研究和开发面向先进制造的机器人制造单元及系统，自动化装备、特种机器人，促进传统机器的智能化和机器人产业的发展，提高我国自动化技术的整体水平”。通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的优化设计制造技术，解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术，机器人软件的设计和编程等关键技术，还掌握了弧焊、点焊及大型机器人自动生产线（工作站）与周边配套设备的开发和制造技术，掌握了运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

总之，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人，约占全球安装台数的%。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础，但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品。

3当前制约我国工业机器人产业发展的诸多因素

（1）国家在产业发展整体规划不清晰；（2）政府支持力度不够；（3）无统一标准，低水平重复研究；（4）基础技术体系的普及、共享及高端技术的研究不够；（5）无大规模的集成商；（6）制造基础薄弱，精加工要求无法实现。

4.针对问题应采取的措施

（1）加强政策引导，合理调配科研资源，优化科研资源的空间布局，促进技术集聚，集中优势力量，加大基础性、前瞻性技术研究力度，攻克基础技术、核心技术和关键共性技术，培养高素质科学研究与技术开发人才队伍，打下基础。

（2）创新产学研用联合机制和利益分配机制，以企业为主体，以利益为纽带，以创新共赢为目标，协同作战，攻克关键制造技术、应用技术和系统技术，加速推进成熟技术的市场化、科研样机的商品化，加快产业化发展。