李宇劍，巢 明

（大連理工大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)部，大連 116024）

我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略探討

李宇劍，巢 明

（大連理工大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)部，大連 116024）

1 簡介

世界首富——微軟的創(chuàng)始人，比爾·蓋茨2007年曾撰文《家家有個(gè)機(jī)器人》中指出，如果他現(xiàn)在是20歲，其創(chuàng)業(yè)的目標(biāo)一定是機(jī)器人！據(jù)專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將重復(fù)個(gè)人電腦快速崛起的道路，與30年前的個(gè)人電腦一樣快速進(jìn)入每一個(gè)家庭，徹底改變?nèi)祟惖纳罘绞健?/p>

根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會（UNECE）和國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計(jì)，2003～2006年間，全球機(jī)器人市場以每年30%的速度增長，其中亞洲工業(yè)機(jī)器人增長幅度高達(dá)45%。據(jù)預(yù)測，到2007年底，全球投入使用的服務(wù)機(jī)器人將達(dá)到410萬臺。按照韓國信息通信部的計(jì)劃，到2013年韓國每個(gè)家庭都能擁有一個(gè)機(jī)器人。日本機(jī)器人工業(yè)協(xié)會預(yù)測，到2020年，日本機(jī)器人的市場需求額將達(dá)到100億美元，而全球市場需求額可高達(dá)1500億美元以上。機(jī)器人的快速發(fā)展成為不可阻擋的趨勢，尤其工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展推廣更進(jìn)入了前所未有的黃金時(shí)期。

2 世界工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概述[1,2]

在制造業(yè)中誕生的工業(yè)機(jī)器人（ROBOT）是繼動力機(jī)、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、工廠自動化（FA）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。機(jī)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(chǎn)線的柔性具有特別重要的意義，它作為現(xiàn)代制造業(yè)的主要自動化裝備在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人及其自動化成套設(shè)備的擁有量和水平是衡量一個(gè)國家制造業(yè)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一，機(jī)器人及其自動化成套裝備已成為目前國內(nèi)外極受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，國際上的工業(yè)機(jī)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(chǎn)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(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會（UNECE）和國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計(jì)，1960～2006年底，全球已累計(jì)安裝175萬多臺，從20世紀(jì)下半葉開始，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭，世界工業(yè)機(jī)器人市場前景非?？春谩?/p>

由于歷史條件和技術(shù)水平的關(guān)系，1960年代工業(yè)機(jī)器人發(fā)展較慢，進(jìn)入1970年代后，焊接、噴漆機(jī)器人等相繼在工業(yè)中應(yīng)用和推廣。到1980年全世界約有2萬臺工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中應(yīng)用，而到2005年就達(dá)到100多萬臺。

全世界工業(yè)機(jī)器人的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的，1980年以來已出現(xiàn)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(yè)機(jī)器人在一些發(fā)達(dá)國家汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用漸達(dá)飽和，以及日元不斷升值所致。1988年后，隨著電子行業(yè)工業(yè)機(jī)器人的大量應(yīng)用及日本經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，工業(yè)機(jī)器人增長率開始回升，1990年新安裝8.7萬臺，創(chuàng)歷史最高紀(jì)錄，而1998年實(shí)際訂貨7.1萬臺，銷售額比上一年下降16%，出現(xiàn)第三個(gè)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(jìn)入21世紀(jì)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度加快，年增長率達(dá)到30%左右。其中，亞洲工業(yè)機(jī)器人增長速度最為突出，高達(dá)43%。

3 中國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀[3～5]

我國工業(yè)機(jī)器人從二十世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，863機(jī)器人技術(shù)主題對機(jī)器人技術(shù)發(fā)展作了重要戰(zhàn)略調(diào)整，從單純的研發(fā)機(jī)器人技術(shù)向機(jī)器人技術(shù)與自動化工藝裝備擴(kuò)展，將中心任務(wù)定義為“研究和開發(fā)面向先進(jìn)制造的機(jī)器人制造單元及系統(tǒng)，自動化裝備、特種機(jī)器人，促進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)器的智能化和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高我國自動化技術(shù)的整體水平”。

通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動生產(chǎn)線（工作站）與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制造技術(shù)，掌握了運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。其中有130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。

“十五”期間，根據(jù)“有所為，有所不為”，“重創(chuàng)新、抓應(yīng)用、建環(huán)境、促發(fā)展、見效益”的指導(dǎo)思想，顯現(xiàn)了有以機(jī)器人技術(shù)為主向基礎(chǔ)裝備和成套裝備研發(fā)方向的轉(zhuǎn)移。

總體來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，約占全球已安裝臺數(shù)的0.5%。

以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)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(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)問題，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

縱觀目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，我國機(jī)器人市場增長非常迅猛，從銷售量上更是充分說明了這個(gè)不爭的事實(shí)。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(jī)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(jī)器人。專家預(yù)測，中國機(jī)器人到2010年擁有量將達(dá)到17300臺，到2015年，市場容量將達(dá)到十幾萬臺（套）。汽車制造、工程機(jī)械及電機(jī)、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機(jī)器人需求最大的產(chǎn)業(yè)，其中所需機(jī)器人的品種以點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運(yùn)、沖壓等為主。

我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)，但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品。

4 國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域近幾年發(fā)展形勢

工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格不斷下降，以四自由度機(jī)器人為例，平均單機(jī)價(jià)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(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展，例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化，由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)，國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)。大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接、切割、點(diǎn)膠機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制，多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。

當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。

5 現(xiàn)存制約我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的諸多因素

1）國家在產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體規(guī)劃不清晰：

2）政府支持力度不夠：

3）無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，低水平重復(fù)研究：

4）基礎(chǔ)技術(shù)體系的普及、共享及高端技術(shù)的研究不夠：

5）無大規(guī)模的集成商：

6）制造基礎(chǔ)薄弱，精加工要求無法實(shí)現(xiàn)：

7）產(chǎn)學(xué)研的各自為戰(zhàn)：

8）企業(yè)產(chǎn)品成本過高，競爭力不強(qiáng)。

6 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展所采取的措施

1）加強(qiáng)政策引導(dǎo)，創(chuàng)新體制機(jī)制，合理調(diào)配科研資源，優(yōu)化科研資源的空間布局，促進(jìn)技術(shù)集聚，集中優(yōu)勢力量，加大基礎(chǔ)性、前瞻性技術(shù)研究力度，攻克基礎(chǔ)技術(shù)、核心技術(shù)和關(guān)鍵共性技術(shù)，培養(yǎng)高素質(zhì)科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)人才隊(duì)伍，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

2）創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合機(jī)制和利益分配機(jī)制，以企業(yè)為主體，以利益為紐帶，以創(chuàng)新共贏為目標(biāo)，協(xié)同作戰(zhàn)，攻克關(guān)鍵制造技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)，加速推進(jìn)成熟技術(shù)的市場化、科研樣機(jī)的商品化，加快服務(wù)機(jī)器人的規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

3）圍繞客戶需求，以深化和拓展應(yīng)用、優(yōu)化服務(wù)、延伸產(chǎn)業(yè)鏈為目標(biāo)，鼓勵(lì)應(yīng)用技術(shù)和服務(wù)技術(shù)的研發(fā)，創(chuàng)新服務(wù)模式，通過政策杠桿促進(jìn)新的商業(yè)模式的形成，培育服務(wù)消費(fèi)市場，推進(jìn)機(jī)器人服務(wù)業(yè)的發(fā)展。

4）堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)制定與科研、開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)相結(jié)合，標(biāo)準(zhǔn)化與商品化、產(chǎn)業(yè)化同步，加快推進(jìn)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究與制定，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展。積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，推動國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。

5）以市場為導(dǎo)向，以企業(yè)為主體，以規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)， 建立發(fā)展基金，引入風(fēng)險(xiǎn)投資，成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，建立產(chǎn)業(yè)園區(qū)和應(yīng)用示范區(qū)，實(shí)施應(yīng)用示范工程，構(gòu)建以服務(wù)機(jī)器人為核心的應(yīng)用創(chuàng)新體系，試點(diǎn)示范、帶動全局。培育市場，培養(yǎng)龍頭企業(yè)，拉動消費(fèi)與投資， 推進(jìn)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

6）抓住國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、研發(fā)轉(zhuǎn)移的機(jī)遇，充分運(yùn)用國際和國內(nèi)兩個(gè)市場、兩種資源，加強(qiáng)國際合作，實(shí)施開放創(chuàng)新，在引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，注重消化吸收和再創(chuàng)新，提高自主創(chuàng)新、內(nèi)生發(fā)展能力，提升產(chǎn)業(yè)國際競爭力。

7 結(jié)束語

中國發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的指導(dǎo)思想是：從國情出發(fā)，建立以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的自主發(fā)展模式；以示范應(yīng)用為引導(dǎo)，突破服務(wù)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，推動服務(wù)機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新體系和產(chǎn)業(yè)鏈的形成； 通過參照國際標(biāo)準(zhǔn)與自主制定標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的方式，研究制定中國服務(wù)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)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(jì)劃先進(jìn)制造與自動化技術(shù)領(lǐng)域機(jī)器入技術(shù)主題發(fā)展戰(zhàn)略的若干思考[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2002, (3): 2-7.

[4]原魁.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 2007, (1):34-38.

[5]劉進(jìn)長.抓住機(jī)遇促成飛躍一我國機(jī)器入產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干思考[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)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(nèi)外機(jī)器人研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，分析我國與機(jī)器人強(qiáng)國在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化方面的差距產(chǎn)生的原因。以工業(yè)機(jī)器人為主要對象，展望國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展趨勢，探討我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略，提出若干面向產(chǎn)業(yè)化的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展建議。

工業(yè)機(jī)器人；產(chǎn)業(yè)化；發(fā)展戰(zhàn)略

李宇劍（1991－），男，遼寧葫蘆島人，研究方向?yàn)樽詣踊?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