工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與未來(lái)

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與未來(lái)通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)這門課程的學(xué)習(xí)，讓我對(duì)機(jī)器人有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人將在未來(lái)世界中起到推動(dòng)整個(gè)社會(huì)快速前進(jìn)的作用。一、 工業(yè)機(jī)器人概念工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。二、 中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了4個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的適用化期和21世紀(jì)的高速發(fā)展期。20世紀(jì)70年代是世界科技發(fā)展的一個(gè)里程碑：人類登上了月球，實(shí)現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。我國(guó)也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用掀起一個(gè)高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補(bǔ)充了日益短缺的勞動(dòng)力。在這種背景下，我國(guó)于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入80年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國(guó)家投入資金，對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過(guò)幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。從90年代初期起，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變時(shí)期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人更是進(jìn)入了高速發(fā)展期，經(jīng)過(guò)多年的研究開發(fā)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)已日趨成熟，市場(chǎng)需求在“十五”初期也有了一個(gè)“井噴式”的發(fā)展，此外我國(guó)也已形成了幾家具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)器人公司和產(chǎn)業(yè)化基地，機(jī)器人將得到更廣泛的應(yīng)用。雖然中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，更無(wú)法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。三、 中國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)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)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)。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)，世界機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長(zhǎng)率平均在10%左右。2004年增長(zhǎng)率達(dá)到創(chuàng)記錄的20%。其中，亞洲機(jī)器人增長(zhǎng)幅度最為突出，高達(dá)43%。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從20世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開始，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，已基本掌握了機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)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。據(jù)專家對(duì)國(guó)內(nèi)542家用戶以及汽車、電子電器、工程機(jī)械3個(gè)行業(yè)的部分用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就全國(guó)而言，弧焊、點(diǎn)焊、裝配、噴涂機(jī)器人應(yīng)用的最多；其次是搬運(yùn)、上下料(沖壓、壓鑄、鑄鍛、注塑等用的大多是上下料機(jī)器人)；再次是包裝、碼垛、拆垛機(jī)器人和密封涂膠機(jī)器人，其他機(jī)器人用量很少。就行業(yè)而言，汽車行業(yè)以焊接、噴涂、涂膠作業(yè)較多，沖壓、搬運(yùn)、裝配次之；電子電器行業(yè)集中在裝配，其次是搬運(yùn)和噴涂；工程機(jī)械行業(yè)集中用于弧焊，噴涂其次。此外包裝、碼垛、拆垛機(jī)器人目前主要用于石化、輕紡和煙草行業(yè)。四、 中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)據(jù)專家介紹，我國(guó)制造行業(yè)和關(guān)鍵工序大部分仍然沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，有的僅是局部更新，不能取得預(yù)期的效果，嚴(yán)重制約了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。其主要原因在于我國(guó)還不能自主設(shè)計(jì)和生產(chǎn)先進(jìn)的大型自動(dòng)化成套裝備，更形不成整體配套能力，目前的狀況是幾乎全部依賴于進(jìn)口，被國(guó)外公司所壟斷，由此嚴(yán)重制約了制造業(yè)的健康發(fā)展。專家研究認(rèn)為，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)主要在汽車、摩托車、電器、工程機(jī)械、石油化工等行業(yè)，企業(yè)對(duì)技術(shù)進(jìn)步的需求更加強(qiáng)烈，其中主要的機(jī)器人用戶仍在汽車制造行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)及電機(jī)、電子行業(yè)。我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求量和品種將逐年大幅度增加。據(jù)專家預(yù)測(cè)，在工業(yè)機(jī)器人的需求上，我國(guó)也將同國(guó)際市場(chǎng)需求趨勢(shì)基本一致，即以機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)取代單臺(tái)機(jī)器人，這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)所用的機(jī)器人大多數(shù)是在生產(chǎn)線上使用，組成機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)，單臺(tái)機(jī)器人很少使用。一般企業(yè)都不具備將機(jī)器人集成到生產(chǎn)系統(tǒng)的能力，因此對(duì)機(jī)器人的需求也就轉(zhuǎn)化為對(duì)機(jī)器人及其自動(dòng)化成套裝備的需求。五、 工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式縱觀世界各國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)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(guó)模式：1、 日本模式此種模式的特點(diǎn)是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機(jī)器人制造廠商以開發(fā)新型機(jī)器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo)，并由其子公司或社會(huì)上的工程公司來(lái)設(shè)計(jì)制造各行業(yè)所需要的機(jī)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(diǎn)是：一攬子交鑰匙工程。即機(jī)器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造，全部由機(jī)器人制造廠商自己完成；3、 美國(guó)模式此種模式的特點(diǎn)是：采購(gòu)與成套設(shè)計(jì)相結(jié)合。美國(guó)國(guó)內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的工業(yè)機(jī)器人，企業(yè)需要時(shí)機(jī)器人通常由工程公司進(jìn)口，再自行設(shè)計(jì)、制造配套的外圍設(shè)備，完成交鑰匙工程。我國(guó)從上世紀(jì)80年代開始在高校和科研單位全面開展工業(yè)機(jī)器人的研究，近30年來(lái)取得不少的科研成果。但是由于沒有和企業(yè)有機(jī)地進(jìn)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)。不少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)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(lái)，進(jìn)口機(jī)器人的價(jià)格大幅度降低，對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展造成了一定的影響，特別是我國(guó)自行制造的普通工業(yè)機(jī)器人在價(jià)格上根本無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng)，且我國(guó)在研制機(jī)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(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機(jī)器人過(guò)程中，只能依賴配套進(jìn)口的零部件，更削弱了我國(guó)企業(yè)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)的機(jī)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(shí)值得探討。中國(guó)工程院在2003年12月完成并公開的《我國(guó)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(bào)告》中認(rèn)為，我國(guó)應(yīng)從“美國(guó)模式”著手，在條件成熟后逐步向“日本模式”靠近。六、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展前景在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來(lái)的發(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)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了大量的工傷事故。全球諸多國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的科學(xué)家在對(duì)未來(lái)科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)中提出了4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。1990年10月，國(guó)際機(jī)器人工業(yè)人士在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_了一次工業(yè)機(jī)器人國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)，并在這次大會(huì)上通過(guò)了一個(gè)文件，把工業(yè)機(jī)器人分為四類：⑴順序型。這類機(jī)器人擁有規(guī)定的程序動(dòng)作控制系統(tǒng)；⑵沿軌跡作業(yè)型。這類機(jī)器人執(zhí)行某種移動(dòng)作業(yè)，如焊接。噴漆等；⑶遠(yuǎn)距作業(yè)型。比如在月球上自動(dòng)工作的機(jī)器人；⑷智能型。這類機(jī)器人具有感知、適應(yīng)及思維和人機(jī)通信機(jī)能。日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)普及了第一和第二類工業(yè)機(jī)器人，并達(dá)到了其工業(yè)機(jī)器人發(fā)展史的鼎盛時(shí)期。而今已在第發(fā)展三、四類工業(yè)機(jī)器人的路上取得了舉世矚目的成就。日本下一代機(jī)器人發(fā)展重點(diǎn)有：低成本技術(shù)、高速化技術(shù)、小型和輕量化技術(shù)、提高可靠性技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、高精度化技術(shù)、視覺和觸覺等傳感器技術(shù)等。根據(jù)日本政府2007年指定的一份計(jì)劃，日本2050年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到1.4兆日元，擁有百萬(wàn)工業(yè)機(jī)器人。按照一個(gè)工業(yè)機(jī)器人等價(jià)于10個(gè)勞動(dòng)力的標(biāo)準(zhǔn)，百萬(wàn)工業(yè)機(jī)器人相當(dāng)于千萬(wàn)勞動(dòng)力，是目前日本全部勞動(dòng)人口的15%。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初，而今經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國(guó)已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來(lái)。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù)；運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。一個(gè)國(guó)家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化），必須具備5個(gè)要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有著“機(jī)器人王國(guó)”之稱的日本相比，我國(guó)有著截然不同的基本國(guó)情，那就是人口多，勞動(dòng)力過(guò)剩。刺激日本發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的根本動(dòng)力就在于要解決勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺的問(wèn)題。所以，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步晚發(fā)展緩。但是正如前所述，廣泛使用機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，提高社會(huì)生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國(guó)正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開市場(chǎng)。日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的輝煌得益于本國(guó)政府的鼓勵(lì)政策，我國(guó)在十一五綱要中也體現(xiàn)出了對(duì)發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的大力支持。展望未來(lái)，對(duì)機(jī)器人的需求是多面的。在制造工業(yè)由于多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品的商品壽命逐漸縮短，品種需求加多，這就促使產(chǎn)品的生產(chǎn)就要從傳統(tǒng)的單一品種成批大量生產(chǎn)逐步向多品種小批量柔性生產(chǎn)過(guò)渡。有各種加工裝備、機(jī)器人、物料傳送裝置和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)組成的柔性制造系統(tǒng)，以及由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一調(diào)度的更大規(guī)模的集成制造系統(tǒng)將逐步成為制造工業(yè)的主要生產(chǎn)手段之一?，F(xiàn)在工業(yè)上運(yùn)行的90%以上的機(jī)器人，都不具有智能。隨著工業(yè)機(jī)器人數(shù)量的快速增長(zhǎng)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)機(jī)器人的工作能力也提出了更高的要求，特別是需要各種具有不同程度智能的機(jī)器人和特種機(jī)器人。這些智能機(jī)器人，有的能夠模擬人類用兩條腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移動(dòng)；有的具有視覺和觸覺功能，能夠進(jìn)行獨(dú)立操作、自動(dòng)裝配和產(chǎn)品檢驗(yàn)；有的具有自主控制和決策能力。這些智能機(jī)器人，不僅應(yīng)用各種反饋傳感器，而且還運(yùn)用人工智能中各種學(xué)習(xí)、推理