國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向

1、1國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向機(jī)器人技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)是未來(lái)的戰(zhàn)略性高技術(shù)， 充滿機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 目前，國(guó)際 上機(jī)器人市場(chǎng)大概有 80 億至 100 億，其中工業(yè)機(jī)器人占的比重最大。 2025 年， 整個(gè)機(jī)器人市場(chǎng)將達(dá)到 500 億，服務(wù)機(jī)器人從原來(lái)的 300 多萬(wàn)臺(tái)增加到 1200 多 萬(wàn)臺(tái)，特種機(jī)器人（如：排爆機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等）的呼聲也越來(lái)越高。 另外， 微軟等 IT企業(yè)，豐田、奔馳等汽車公司，甚至還有家具、衛(wèi)生潔具企業(yè)都紛紛 參與機(jī)器人的研制。美國(guó)和日本多年來(lái)引領(lǐng)國(guó)際機(jī)器人的發(fā)展方向， 代表著國(guó)際上機(jī)器人領(lǐng)域的 最高科技水平。 目前，日本除了比較關(guān)注特種機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人以外， 還注重

2、中間件的研制。 然而，近年來(lái)日本基本上在做模仿性的工作， 突破性技術(shù)比較少。 而美國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)發(fā)方面， 一直保持著世界領(lǐng)先地位。 再有，美國(guó)主 要做高附加值的產(chǎn)業(yè)，比如軍用機(jī)器人，目前世界銷售的 9000 臺(tái)軍用機(jī)器人之 中，有 60%來(lái)自美國(guó)。比如：美國(guó)最近研制成功的 Big Dog 軍用機(jī)器人，能負(fù)重 100 公斤，行進(jìn)速度跟人相當(dāng)，每小時(shí)達(dá)到五公里，還能適應(yīng)各種地形，即使是 在側(cè)面受到?jīng)_擊時(shí)也能保持很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。在各種機(jī)器人中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較早，發(fā)展最為成熟。同時(shí)，技術(shù)的不斷 進(jìn)步一直在牽引著機(jī)器人學(xué)科的發(fā)展， 使機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域從工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展到 特種機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人

3、等。機(jī)器人技術(shù)也正越來(lái)越深刻地影響著我們的生活。 機(jī)器人不但將在工廠、實(shí)驗(yàn)室與人一起工作，還將在車站、機(jī)場(chǎng)、碼頭、交通路 口為人們指引路徑、回答問(wèn)題、幫助行人。機(jī)器人還將步入千家萬(wàn)戶，為老人端 茶送水，護(hù)理傷病人等等。未來(lái)機(jī)器人將會(huì)越來(lái)越廣泛地進(jìn)入人類社會(huì)， 人類對(duì) 機(jī)器人的依賴會(huì)如同現(xiàn)時(shí)對(duì)待計(jì)算機(jī)一樣， 即使是短時(shí)間的離開(kāi)都可能會(huì)造成很 大不便。機(jī)器人化是先進(jìn)制造領(lǐng)域的重要標(biāo)志和關(guān)鍵技術(shù)， 針對(duì)先進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)效率 提高的諸多瓶頸問(wèn)題， 尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中， 機(jī)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(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、 裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作

4、業(yè)中， 機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 目前汽車制 造業(yè)是所有行業(yè)中人均擁有機(jī)器人密度最高的行業(yè)，如 2004 年德國(guó)制造業(yè)中每 1 萬(wàn)名工人中2擁有機(jī)器人的數(shù)量為 162 臺(tái)，而在汽車制造業(yè)中每 1 萬(wàn)名工人中擁 有機(jī)器人的數(shù)量則為 1140 臺(tái)；意大利的這一數(shù)值更能說(shuō)明問(wèn)題， 2004 年意大利 制造業(yè)中每 1 萬(wàn)名工人中擁有輔助操作的機(jī)器人數(shù)量為 123 臺(tái)，而在汽車制造業(yè) 中每 1 萬(wàn)名工人中機(jī)器人的擁有數(shù)量則高達(dá) 1600 臺(tái)。在國(guó)外，應(yīng)用于制造業(yè)的機(jī)器人取得了較顯著進(jìn)展， 已成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而 得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用， 從而也形成了一批在國(guó)際上較有影響力的、 知名機(jī)器人公 司。如德國(guó)的

5、 KUKA 瑞典的 ABB 日本的安川等。據(jù)專家預(yù)測(cè)，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)。據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE 和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的統(tǒng)計(jì)，2002 年至 2004 年，世界機(jī)器人市場(chǎng) 年增長(zhǎng)率平均在 10%左右， 2005 年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 30%， 2007 年全球機(jī)器人實(shí)際安 裝量達(dá)到 650 萬(wàn)臺(tái)，機(jī)器人安裝量比 2006 年增加 3%，達(dá)到了 114365 臺(tái)。據(jù)統(tǒng) 計(jì)，近年來(lái)全球機(jī)器人行業(yè)發(fā)展迅速， 2008 年全球機(jī)器人行業(yè)總銷售量比 2006 年增長(zhǎng) 25。而無(wú)論在使用、生產(chǎn)還是出口方面，日本一直是全球領(lǐng)先者，目 前日本已經(jīng)有 13

6、0 余家專業(yè)的機(jī)器人制造商。世界各國(guó)主要行業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求 詳人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上，我國(guó)現(xiàn)有機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工程單位 200 多家，其中從事機(jī)器人研究和應(yīng)用的有75 家，共開(kāi)發(fā)生產(chǎn)各類機(jī)器人約 3000 多臺(tái)， 90%以上用于生產(chǎn)，引進(jìn)機(jī)器人做應(yīng)用工程的約 1000 多臺(tái)。在國(guó)內(nèi)，機(jī)器 人產(chǎn)業(yè)剛剛起步，但增長(zhǎng)的勢(shì)頭非常強(qiáng)勁，我國(guó)機(jī)器人經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展已在 產(chǎn)業(yè)化的道路上邁開(kāi)了步伐。 近幾年，我國(guó)應(yīng)用于制造業(yè)的機(jī)器人及自動(dòng)化生產(chǎn) 線和工程項(xiàng)目、相關(guān)產(chǎn)品的年產(chǎn)銷額已近五億元。我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)比較少， 目前沈陽(yáng)新松機(jī)器人股份有限公司、 哈 爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限責(zé)任公司和

7、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所工程中心是三 家主要生產(chǎn)基地， 每家企業(yè)年產(chǎn)值相比國(guó)外企業(yè)仍有較大的差距， 其中還包括一 些機(jī)器人外圍產(chǎn)品， 沒(méi)有形成規(guī)?；a(chǎn)， 規(guī)模經(jīng)濟(jì)并不突出。 由于機(jī)器人在研 制、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)過(guò)程中， 經(jīng)常需要對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、 動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析以及進(jìn)行軌 跡規(guī)劃設(shè)計(jì)， 而機(jī)器人又是多自由度、 多連桿空間機(jī)構(gòu)， 其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 十分復(fù)雜， 計(jì)算難度和計(jì)算量都很大。 若將機(jī)械手作為仿真對(duì)象， 運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖 形技術(shù)、CAD 技術(shù)和機(jī)器人學(xué)理論在計(jì)算機(jī)中形成幾何圖形，并動(dòng)畫顯示，然后 對(duì)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、 運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解分析、 操作臂控制以及實(shí)際工作環(huán)境中的障 礙避讓和碰撞干涉等諸多問(wèn)

8、題進(jìn)行模擬仿真， 這樣就可以很好地解決研發(fā)機(jī)器人 過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，也能極大的促3進(jìn)我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 。從整體上來(lái)說(shuō)， 我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱， 機(jī)器人研究仍然任重而道遠(yuǎn)。 我 國(guó)市場(chǎng)上機(jī)器人總共擁有量近萬(wàn)臺(tái)，僅占全球總量的 0.56%，其中完全國(guó)產(chǎn)機(jī)器 人行業(yè)集中度僅為占 30%，其余皆為從日本、美國(guó)、瑞典、德國(guó)、意大利等20多個(gè)國(guó)家引進(jìn)。 究其原因， 很大程度在于自主品牌不夠， 發(fā)展壯大自主品牌及其 自動(dòng)化成套裝備產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)務(wù)之急， 由于機(jī)器人是最典型的機(jī)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(jìn)裝備制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息 化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)， 將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社

9、會(huì)發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。 國(guó)外專家 預(yù)測(cè)，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)。 隨著 我國(guó)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高、 人民生活需求水平的提高， 機(jī)器人市場(chǎng)也會(huì)越 來(lái)越大，這就給機(jī)器人研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)者帶來(lái)巨大商機(jī)，目前中科院常州中心 常州機(jī)械電子工程研究所致力于機(jī)器人及智能裝備技術(shù)的開(kāi)發(fā)。我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈， 中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、 參與國(guó)際 分工的巨大挑戰(zhàn)，加快機(jī)器人技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)是我們抓住這個(gè)歷史機(jī)遇的 主要途徑。 因此我國(guó)機(jī)器人行業(yè)要認(rèn)識(shí)到以下幾點(diǎn)情況： 第一，機(jī)器人技術(shù)是我 國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑， 政府要對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)器

10、人有更多的 政策與經(jīng)濟(jì)支持，參考國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加大技術(shù)投入與改造；第二，在國(guó)家的科 技發(fā)展計(jì)劃中， 應(yīng)該繼續(xù)對(duì)智能機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用給予大力支持， 形成產(chǎn)品 和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)的新局面；第三，部分國(guó)產(chǎn)機(jī)器人已經(jīng)與國(guó)外相當(dāng)， 企業(yè)采購(gòu)機(jī)器人時(shí)不要盲目進(jìn)口，應(yīng)該綜合評(píng)估，立足國(guó)產(chǎn)。據(jù)資料顯示，截止 2008 年底我國(guó)制造業(yè)擁有 31400 臺(tái)機(jī)器人，國(guó)產(chǎn)的不足 千臺(tái)，但還缺乏整體核心技術(shù)的突破，尤其在自動(dòng)控制、精加工和材料方面，具 有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人很少， 不少關(guān)鍵元器件至今尚不能自己生產(chǎn)或者性能不 高，這些因素已經(jīng)開(kāi)始嚴(yán)重影響國(guó)產(chǎn)機(jī)器人做大做強(qiáng)步伐。目前，國(guó)際制造業(yè)中心正向中國(guó)轉(zhuǎn)移，

11、 用信息化帶動(dòng)工業(yè)化、 用高新技術(shù)改 造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已成為江蘇省工業(yè)發(fā)展的必由之路。 作為先進(jìn)制造裝備之典型代表的 機(jī)器人必將有一個(gè)大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間，市場(chǎng)前景廣闊。雖然我國(guó)目前的機(jī)器人市場(chǎng)不大，但其潛在市場(chǎng)很大。汽車、工程機(jī)械、電 子、電機(jī)和金屬加工等工業(yè)仍是應(yīng)用機(jī)器人的主要部門。在這些部門，機(jī)器人的4裝機(jī)臺(tái)數(shù)與實(shí)際需要相差甚遠(yuǎn)，有很大的市場(chǎng)。對(duì)于建筑、包裝、空間、海洋、 采礦（含海底采礦）、電力、農(nóng)林和醫(yī)療等新的領(lǐng)域，其機(jī)器人市場(chǎng)也是很大的。 只要用得成功，就比較容易推廣應(yīng)用。擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域是開(kāi)拓國(guó)內(nèi)機(jī)器人 市場(chǎng)的必要舉措之一。見(jiàn)圖 2 所示（圖 2 世界各國(guó)主要行業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求分布）在發(fā)達(dá)國(guó)家，以工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動(dòng)化裝 備的主流及未來(lái)發(fā)展方向。國(guó)外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已大 量使用機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。目前，典型的成套裝 備有：大型轎車殼體沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備，大型機(jī)器人車體焊裝自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備，電子電器等機(jī)器人柔性自動(dòng)化裝配及檢測(cè)成套技術(shù)和裝 備，機(jī)器人發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱裝配自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)成套裝備及板材激光拼焊成套裝 備等。這些機(jī)器人自動(dòng)化成套裝