揭示工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢

近年，隨著勞動力成本不斷上漲，工業(yè)領(lǐng)域“機(jī)器換人”現(xiàn)象普遍，工業(yè)機(jī)器人市場與產(chǎn)業(yè)也因此逐漸發(fā)展起來。由于中國城鎮(zhèn)單位就業(yè)人員平均工資已經(jīng)從10年前的18200元飆漲至56399元，高成本勞動力施壓下，利用工業(yè)機(jī)器人轉(zhuǎn)型智能制造成為發(fā)展趨勢，也是中國制造業(yè)的重大戰(zhàn)略之一。

目前，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正在全球范圍內(nèi)加速發(fā)展，預(yù)計2017年的全球工業(yè)機(jī)器人銷量仍然以兩位數(shù)大幅增長，銷量或?qū)⑦_(dá)到28.5萬臺。2015年全球工業(yè) 機(jī)器人銷量同比增長12%，而全球正在使用的工業(yè)機(jī)器人已超過150萬臺。到2018年，這一數(shù)字將突破230萬臺，其中，140萬臺在亞洲，占比超過一 半。

自2013年以來，中國已成為全球最大的機(jī)器人消費國。2014年消費5.6萬臺機(jī)器人，同比增長超55%，占全球總消費量的1/4，相較于2006 年的5800臺，猛增近10倍。2015年，中國工業(yè)機(jī)器人銷售量為6.85萬臺，同比增長19.9%，預(yù)計2017年我國工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模有望突破8 萬臺。

工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、驅(qū)動與傳動系統(tǒng)和傳感器組件等基本部分組成。是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)械裝置，能自動執(zhí)行工作，靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)設(shè)計功能的裝置。機(jī)器人的主體為機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包括臂部、腕部和手部，有的帶有行走機(jī)構(gòu)。既可接受人類指揮，也可按照預(yù)先編排的指令程序運行，先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人能夠根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。

自20世紀(jì)60年代初機(jī)器人問世以來，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了不斷的發(fā)展，已取得了實質(zhì)性的進(jìn)步和成果。主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

(1)提高生產(chǎn)過程的自動化程度應(yīng)用機(jī)器人，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。

(2)改善勞動條件、避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人直接操作是有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)器人即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善工人的勞動條件。同時，在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。

(3)減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)器人可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機(jī)器人，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。

目前，世界上有百萬多臺工業(yè)機(jī)器人正在各種生產(chǎn)現(xiàn)場工作;在非制造領(lǐng)域，上至太空艙、宇宙飛船，下至極限環(huán)境作業(yè)、日常生活服務(wù)，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用已拓展到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的諸多領(lǐng)域;傳統(tǒng)制造領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過誕生、成長、成熟期后，已成為不可或缺的核心自動化裝備。

汽車行業(yè)仍是主要應(yīng)用領(lǐng)域,工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)的應(yīng)用以汽車以及電子工業(yè)居多，此外還有橡膠塑料、軍工、航空制造、食品工業(yè)、醫(yī)藥設(shè)備、金屬制品等領(lǐng)域。從應(yīng)用行業(yè)看，汽車行業(yè)依舊是中國工業(yè)機(jī)器人市場最大的消費行業(yè)，電氣機(jī)械和器材制造業(yè)位居第二位，金屬制造行業(yè)位居第三位。

(1)熱加工生產(chǎn)中的工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，涉及鑄造、噴砂處理、噴丸清理及鑄件運輸?shù)葞缀跛协h(huán)節(jié)。

工業(yè)機(jī)器人在鑄造生產(chǎn)中所完成的基本功能包括：從機(jī)器的工作區(qū)域取出鑄件;依次將鑄件移送到檢測位置，進(jìn)入冷卻裝置;放入切邊機(jī)的壓模中;從壓模中拿走，分 放在包裝箱中;將芯放到鑄造砂型中并澆注金屬。用于鑄造生產(chǎn)中的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)具有特殊的結(jié)構(gòu)形式，以防止周圍介質(zhì)的作用;如控制柜、控制臺、導(dǎo)軌以及摩擦表面的密封，將控制系統(tǒng)布置在獨立單元中等。鑄造生產(chǎn)中的工業(yè)機(jī)器人正朝著運行的快速性及可靠性方向發(fā)展。

(2)冷加工設(shè)備中的工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人在鍛壓設(shè)備生產(chǎn)中涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括：用于曲柄壓力機(jī)、模壓曲柄彎管機(jī)、螺旋壓力機(jī)等。

在鍛壓生產(chǎn)中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，其基本功能包括：從規(guī)定位置夾持毛坯;移送到工作位置;從一個位置轉(zhuǎn)放到另一個位置(其中包括轉(zhuǎn)動);取下成品件并將其放到包裝箱中;抓放廢料;發(fā)出控制機(jī)器人技術(shù)綜合裝置的指令等。

(3)金屬切削機(jī)床用的工業(yè)機(jī)器人。在柔性生產(chǎn)單元、柔性制造系統(tǒng)中，采用工業(yè)機(jī)器人輔助生產(chǎn)是最有成效的方法。目前，具有基本組合模塊結(jié)構(gòu)的金屬切削機(jī)床用工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

金屬切削機(jī)床用的工業(yè)機(jī)器人所完成的基本功能包括：在機(jī)床工作空間內(nèi)安裝事先已經(jīng)定向的毛坯;從機(jī)床上取下零件并放入包裝箱(貯料器)中;必要時翻轉(zhuǎn)零件， 清洗零件及夾具的基準(zhǔn)面;控制裝置發(fā)出工藝指令;檢測零件等。當(dāng)采用輔助裝置和坐標(biāo)循環(huán)臺、升降平臺等機(jī)構(gòu)時，可以擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人的功能。

(4)裝配用工業(yè)機(jī)器人。在裝配生產(chǎn)中的工業(yè)機(jī)器人，既可為自動裝配機(jī)服務(wù)，又可直接用來完成大批量零件裝配作業(yè)。

裝配作業(yè)包括堆垛、擰螺絲、壓配、鉚接、彎形、卷邊、膠合等。為實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人操作必須保證基本功能的實現(xiàn)：如在垂直方向上手臂應(yīng)該能作直線運動;機(jī)器人結(jié) 構(gòu)在沿垂直軸方向上要有足夠高的剛度，能夠承受在裝配方向上產(chǎn)生相當(dāng)大的作用力;機(jī)器人有補(bǔ)償定位誤差的可能性，即結(jié)構(gòu)的柔順性，如依靠在垂直于裝配基本方向的平面上結(jié)構(gòu)的柔順性;工作機(jī)構(gòu)能作高速運動。當(dāng)考慮上述基本功能要求時，裝配工業(yè)機(jī)器人合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是帶有在水平面上鉸接的工作手臂，并具有垂直 行程的工作機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人的承載能力不應(yīng)超過極限值，并且，機(jī)器人應(yīng)具有很靈活的、較大的工作空間以及緊湊的結(jié)構(gòu)。

(5)金屬電鍍設(shè)備用的工業(yè)機(jī)器人。金屬電鍍設(shè)備用的工業(yè)機(jī)器人主要用于在電鍍槽上的服務(wù)及涂漆作業(yè)。涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括：電鍍法涂層、化學(xué)法涂層、陽極機(jī)械法在零件上涂層等。目前，提高金屬電鍍機(jī)器人操作機(jī)的移動速度、提高電傳動的勞動生產(chǎn)率、減少金屬消耗量、減少生產(chǎn)過程所占的工作面積等是該類工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向。

同樣，在工業(yè)機(jī)器人研究領(lǐng)域，學(xué)者們正朝著模糊控制、智能化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、高精化、網(wǎng)絡(luò)化及自我完善和修復(fù)能力等方向進(jìn)行研發(fā)。

(1)模糊控制和智能化。模 糊控制是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，用傳統(tǒng)控制模型難以正確描述系統(tǒng)的動態(tài)，此時便可以用模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。未來機(jī)器人的特點在于其具有更高的智能。隨著計算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能工程技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā) 展，工業(yè)機(jī)器人的工作能力將會突破性的提高及發(fā)展。

(2)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。工業(yè)機(jī)器人的組件及構(gòu)件實現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化是降低成本的重要途徑之一。

(3)高精化。隨著制造業(yè)對機(jī)器人要求的提高，開發(fā)高精度工業(yè)機(jī)器人是必然的發(fā)展結(jié)果。

(4)網(wǎng)絡(luò)化。目前應(yīng)用的機(jī)器人大多僅實現(xiàn)了簡單的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制，如何使機(jī)器人由獨立的系統(tǒng)向群體系統(tǒng)發(fā)展，使遠(yuǎn)距離操作監(jiān)控、維護(hù)及遙控是目前機(jī)器人研究中的熱點之一。

(5)自我完善和修復(fù)能力。機(jī)器人應(yīng)該具有自我修復(fù)的能力，才能更好地避免因為突發(fā)狀況導(dǎo)致的生產(chǎn)停頓。當(dāng)出現(xiàn)錯誤指令時應(yīng)該自己進(jìn)行報警或調(diào)試;當(dāng)元器件損壞時可以自我進(jìn)行修復(fù)。

技術(shù)實力與全球差距明顯

另外，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計在工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)全球重要專利申請人中，日本的安川電機(jī)公司和發(fā)那科公司分別以5823項4512項專利申請位居全球前兩 位，abb(2231項)三星(2016項)日立(1907項)三菱(1823項)豐田(1780項)精工愛普生(1714項)松下(1624項)富士通 (1549項)本田(1343項)東芝(1193項)索尼(999項)庫卡(889項)和西門子(784項)等公司緊隨其后。

在這前十五位全球重要申請人中，日本企業(yè)占據(jù)了11席，可見目前日本在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域具備雄厚的研發(fā)實力，在專利技術(shù)方面的競爭優(yōu)勢明顯全球相關(guān)專利申請量Top15的排名中，中國國內(nèi)專利申請人無一上榜，表明目前中國國內(nèi)企業(yè)與國際巨頭之間的技術(shù)實力差距明顯。

可見，我國工業(yè)機(jī)器人的核心零部件要想從本質(zhì)上獲得突破，都需要付出更多的耐心和投入，尤其是減速機(jī)，期待越大，壓力越大，同時前景也可觀。

2017中國工業(yè)機(jī)器人市場發(fā)展前景

在政策等多方面的推動下，到2017年末，中國機(jī)器人保有量將有超過40萬臺。未來將有越來越多的中國機(jī)器人供應(yīng)商進(jìn)入市場。外資和中國本土機(jī)器人供應(yīng)商之間競爭將會越來越激烈。未來中國市場各種機(jī)器人的增長潛力巨大。

另外，隨著我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、勞動力成本不斷攀升及機(jī)器人生產(chǎn)成本下降，未來“十三五”期間，機(jī)器人是重點發(fā)展對象之一，國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正面臨加速增 長拐點。相對于服務(wù)機(jī)器人和商用機(jī)器人在國內(nèi)市場還處于探索期，工業(yè)機(jī)器人有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)，目前正進(jìn)入全面普及的階段。預(yù)計到2021年末，我國工業(yè) 機(jī)器人產(chǎn)量將達(dá)到11.15萬臺;銷售量將達(dá)到23.04萬臺以及保有量將達(dá)到136.04萬臺。工業(yè)機(jī)器人未來在中國的發(fā)展?jié)摿⑹窍喈?dāng)可觀。