工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢0001

1、工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢工業(yè)機器人 是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進 技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從 1962 年美國研制出世界上第一 臺工業(yè)機器人 以來，機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠 (FA) 、計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS) 的自動化工具。 廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善 勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本， 有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益 改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。一、工業(yè)機器人技術(shù)現(xiàn)狀

2、及國內(nèi)外發(fā)展的趨勢 工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很 廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā) 展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn) 的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會 (UNECE) 和國際機器人聯(lián)合 會 (IFR)的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從 20 世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè) 一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。 進入 20 世紀 90 年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快， 年增長率平均在 10 左右。 2004 年增長率達到創(chuàng)記錄的 20。其中，亞洲機器人 增長幅度最為突出，

3、高達 43% ，如圖 1 所示。各區(qū)域用戶工業(yè)機器人定購指數(shù)（以 1996 年作為 100 ）國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：1工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可* 性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從 91 年的 10 3 萬美元降至 97 年的 65 萬美 元。2機械結(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、 減速機 、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)造機器人整機；國外已有模 塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。3工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò) 化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用

4、模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可 * 性、易操作性和可維修性。4機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、焊接機器人還應(yīng)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(shù)來進行環(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 5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機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 機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。我國的工業(yè)機器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步， 在國家的支持下， 通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計

5、制造技 術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān) 鍵元器件，開發(fā)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(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊 機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其 工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離， 如：可 *性低于國外產(chǎn)品； 機器人應(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)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國 已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主 要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)

6、用戶的要求，“一客戶， 一次重新設(shè)計”，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 *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)，對產(chǎn) 品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。二、工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛 經(jīng)過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè) 中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造（沖壓、壓鑄、鍛造等 ）、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆 垛等作業(yè)中，機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高

7、，機器人 的應(yīng)用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進而推廣到諸如 采礦機器人、 建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。 此外， 在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機器人的應(yīng)用也越來越多， 如無人偵察機 （飛 行器 ）、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政 服務(wù)機器人 等均有應(yīng)用實例。機器人正在為 提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。三、國內(nèi)外主要的工業(yè)機器人生產(chǎn)廠商在國外， 工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟， 已經(jīng)成為一種標準設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。 從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機器人公司，它們包括：瑞典的 abb Robotics ，日本的 fanuc 、Y

8、askawa ，德國的 kuka Roboter ，美國的 Adept Technology 、 American Robot 、 Emerson Industrial Automation、 S-TRobotics ，意大利 comau ，英國的 AutoTech Robotics ，加拿大的 Jcd International Robotics ，以色列的 Robogroup Tek 公司， 這些公司已經(jīng)成為其所 在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。 在國內(nèi)， 工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步， 但增長的勢頭非常強勁。 如中國科學院沈陽自動化所投資組建的 新松機器人 公司，年利潤增長在 40% 左右。四、工業(yè)機器人

9、的發(fā)展趨勢工業(yè)機器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高 勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目 的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關(guān)注。在新的世紀，機器人工業(yè)必 將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。1、工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展趨勢 從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能化、模塊化 和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的 開放化、 PC化和網(wǎng)絡(luò)化； 伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化； 多傳感器融合技術(shù)的實 用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。2、工業(yè)

10、機器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢據(jù) UNECE/IFR 預(yù)測，至 2007 年，全球新安裝裝機器人的數(shù)量將從 2003 年的 81800 套增至 2007 年的 106000 套，年平均增長 7% 。其中，日本 2003-2007 年 工業(yè)機器人的銷售將從 2003 年的 31600 增長至 2007 年的 41000 套；歐洲 2003-2007 年工業(yè)機器人將從 2003 年的 27100 套增長至 2007 年的 34000 套； 北美 2003-2007 年工業(yè)機器人市場每年平均增長 5.8% ，至 2007 年將增長到 16000 套。五、工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的探討 縱觀世界各國在發(fā)展工業(yè)機器

11、人產(chǎn)業(yè)過程，可歸納為三種不同的發(fā)展模式，即 日本模式、歐洲模式和美國模式：1、日本模式 此種模式的特點是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機器人制造廠商以 開發(fā)新型機器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標，并由其子公司或社會上的工程公 司來設(shè)計制造各行業(yè)所需要的機器人成套系統(tǒng)，并完成交鑰匙工程；2、歐洲模式 此種模式的特點是：一攬子交鑰匙工程。即機器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng) 設(shè)計制造，全部由機器人制造廠商自己完成；3、美國模式此種模式的特點是：采購與成套設(shè)計相結(jié)合。美國國內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的工 業(yè)機器人，企業(yè)需要時機器人通常由工程公司進口，再自行設(shè)計、制造配套的外圍 設(shè)備，完成交鑰匙工程。我國從

12、上世紀 80 年代開始在高校和科研單位全面開展工業(yè)機器人的研究，近20 年來取得不少的科研成果。 但是由于沒有和企業(yè)有機地進行聯(lián)合， 至今仍未形成 具有影響力的產(chǎn)品和有規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。目前國內(nèi)除了一家以組裝為主的中日合資的機 器人公司外，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人尚停留在高?；蚩蒲袉挝唤M織的零星 生產(chǎn)，未能形成氣候。近 10 年來，進口機器人的價格大幅度降低，對我國工業(yè)機 器人的發(fā)展造成了一定的影響，特別是我國自行制造的普通工業(yè)機器人在價格上根 本無法與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn) 業(yè)，使得國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機器人過程中，只能依賴配套進口的零部件，更削弱了 我國

13、企業(yè)的價格競爭力。中國的機器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)走什么道路，如何建立自己的發(fā)展模式，確實值得探討。 中國工程院在 2003 年 12 月完成并公開的 我國制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研 究總結(jié)報告中認為，我國應(yīng)從“美國模式”著手，在條件成熟后逐步向“日本模 式”靠近。六、機器人在我國的前景 應(yīng)該說中國是最需要又最不需要機器人的國家。中國人口眾多，勞動力資源豐 富且廉價，從這一層面說用一個貴而笨重的機器人還不如雇一個人來的便宜，但是 我國要做世界強國就必須用最少的資源作更多的事，我們的企業(yè)必須盡可能的采用 高新技術(shù)來更高效率的生產(chǎn)，以高競爭力取勝，這就需要很多的機器人，人是沒有 機器人那樣的精確率，準確率和

14、高效率的?？赡軙腥耸I(yè)，但創(chuàng)造的就業(yè)機會更 多，社會所得的利益會更多。我相信在不久將來，機器人產(chǎn)業(yè)會如同汽車一樣成為國家的經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，美國是“汽車上的國度”，中國可以成為“站在機器人肩膀 上的國家”。七、機器人發(fā)展的希望與困難機器人技術(shù)是高技術(shù)的重要組成部分，其產(chǎn)業(yè)化的進程在我國剛剛起步，雖然 取得了一定的成績， 但仍然存在很多困難和不足， 因此更需要多方面的關(guān)心和支持。國家政策支持，是加速高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要前提。根據(jù)我國政府有關(guān)部門應(yīng) 組織力量進行充分地調(diào)查研究，在此基礎(chǔ)上，制定切實可行的推廣、應(yīng)用機器人和 促進機器人研究開發(fā)的傾斜政策。如在稅收、投資和貸款方面對機器人產(chǎn)業(yè)實行扶 持政策。日本政府通過制定政策，采取一系列措施鼓勵企業(yè)應(yīng)用機器人，為日本機 器人在國內(nèi)開拓市場的經(jīng)驗值得我們借鑒。另外，對機器人用戶，可以考慮給予一 定的資金補貼，以鼓勵購買為了避免危險惡劣的工