揭示工業(yè)機器人發(fā)展現狀及技術趨勢

近年，隨著勞動力成本不斷上漲，工業(yè)領域“機器換人”現象普遍，工業(yè)機器人市場與產業(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)機器人轉型智能制造成為發(fā)展趨勢，也是中國制造業(yè)的重大戰(zhàn)略之一。

目前，機器人產業(yè)正在全球范圍內加速發(fā)展，預計2017年的全球工業(yè)機器人銷量仍然以兩位數大幅增長，銷量或將達到28.5萬臺。2015年全球工業(yè) 機器人銷量同比增長12%，而全球正在使用的工業(yè)機器人已超過150萬臺。到2018年，這一數字將突破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器人消費國。2014年消費5.6萬臺機器人，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)機器人銷售量為6.85萬臺，同比增長19.9%，預計2017年我國工業(yè)機器人市場規(guī)模有望突破8 萬臺。

工業(yè)機器人由機械本體、控制系統、驅動與傳動系統和傳感器組件等基本部分組成。是應用于工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機械裝置，能自動執(zhí)行工作，靠自身動力和控制能力來實現設計功能的裝置。機器人的主體為機座和執(zhí)行機構，主要包括臂部、腕部和手部，有的帶有行走機構。既可接受人類指揮，也可按照預先編排的指令程序運行，先進的工業(yè)機器人能夠根據人工智能技術制定的原則綱領行動。

自20世紀60年代初機器人問世以來，機器人技術經歷了不斷的發(fā)展，已取得了實質性的進步和成果。主要體現在如下幾個方面：

(1)提高生產過程的自動化程度應用機器人，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現工業(yè)生產機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。而應用機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作業(yè)的操作中，以機器人代替人進行工作，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)奏的生產應用機器人代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機器人可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產線上目前幾乎都設有機器人，以減少人力和更準確地控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產。

目前，世界上有百萬多臺工業(yè)機器人正在各種生產現場工作;在非制造領域，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，機器人技術的應用已拓展到社會經濟發(fā)展的諸多領域;傳統制造領域，工業(yè)機器人經過誕生、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)仍是主要應用領域,工業(yè)機器人在國內的應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)藥設備、金屬制品等領域。從應用行業(yè)看，汽車行業(yè)依舊是中國工業(yè)機器人市場最大的消費行業(yè)，電氣機械和器材制造業(yè)位居第二位，金屬制造行業(yè)位居第三位。

(1)熱加工生產中的工業(yè)機器人。工業(yè)機器人在鑄造生產中應用廣泛，涉及鑄造、噴砂處理、噴丸清理及鑄件運輸等幾乎所有環(huán)節(jié)。

工業(yè)機器人在鑄造生產中所完成的基本功能包括：從機器的工作區(qū)域取出鑄件;依次將鑄件移送到檢測位置，進入冷卻裝置;放入切邊機的壓模中;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。用于鑄造生產中的工業(yè)機器人應具有特殊的結構形式，以防止周圍介質的作用;如控制柜、控制臺、導軌以及摩擦表面的密封，將控制系統布置在獨立單元中等。鑄造生產中的工業(yè)機器人正朝著運行的快速性及可靠性方向發(fā)展。

(2)冷加工設備中的工業(yè)機器人。工業(yè)機器人在鍛壓設備生產中涉及的應用領域包括：用于曲柄壓力機、模壓曲柄彎管機、螺旋壓力機等。

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

(3)金屬切削機床用的工業(yè)機器人。在柔性生產單元、柔性制造系統中，采用工業(yè)機器人輔助生產是最有成效的方法。目前，具有基本組合模塊結構的金屬切削機床用工業(yè)機器人已經得到廣泛的應用。

金屬切削機床用的工業(yè)機器人所完成的基本功能包括：在機床工作空間內安裝事先已經定向的毛坯;從機床上取下零件并放入包裝箱(貯料器)中;必要時翻轉零件， 清洗零件及夾具的基準面;控制裝置發(fā)出工藝指令;檢測零件等。當采用輔助裝置和坐標循環(huán)臺、升降平臺等機構時，可以擴大工業(yè)機器人的功能。

(4)裝配用工業(yè)機器人。在裝配生產中的工業(yè)機器人，既可為自動裝配機服務，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。為實現工業(yè)機器人操作必須保證基本功能的實現：如在垂直方向上手臂應該能作直線運動;機器人結 構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生相當大的作用力;機器人有補償定位誤差的可能性，即結構的柔順性，如依靠在垂直于裝配基本方向的平面上結構的柔順性;工作機構能作高速運動。當考慮上述基本功能要求時，裝配工業(yè)機器人合理的結構應該是帶有在水平面上鉸接的工作手臂，并具有垂直 行程的工作機構。工業(yè)機器人的承載能力不應超過極限值，并且，機器人應具有很靈活的、較大的工作空間以及緊湊的結構。

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

同樣，在工業(yè)機器人研究領域，學者們正朝著模糊控制、智能化、通用化、標準化、模塊化、高精化、網絡化及自我完善和修復能力等方向進行研發(fā)。

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

(2)通用化、標準化、模塊化。工業(yè)機器人的組件及構件實現通用化、標準化、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)對機器人要求的提高，開發(fā)高精度工業(yè)機器人是必然的發(fā)展結果。

(4)網絡化。目前應用的機器人大多僅實現了簡單的網絡通訊和控制，如何使機器人由獨立的系統向群體系統發(fā)展，使遠距離操作監(jiān)控、維護及遙控是目前機器人研究中的熱點之一。

(5)自我完善和修復能力。機器人應該具有自我修復的能力，才能更好地避免因為突發(fā)狀況導致的生產停頓。當出現錯誤指令時應該自己進行報警或調試;當元器件損壞時可以自我進行修復。

技術實力與全球差距明顯

另外，據數據統計在工業(yè)機器人產業(yè)全球重要專利申請人中，日本的安川電機公司和發(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)占據了11席，可見目前日本在工業(yè)機器人領域具備雄厚的研發(fā)實力，在專利技術方面的競爭優(yōu)勢明顯全球相關專利申請量Top15的排名中，中國國內專利申請人無一上榜，表明目前中國國內企業(yè)與國際巨頭之間的技術實力差距明顯。

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

2017中國工業(yè)機器人市場發(fā)展前景

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

另外，隨著我國工業(yè)轉型升級、勞動力成本不斷攀升及機器人生產成本下降，未來“十三五”期間，機器人是重點發(fā)展對象之一，國內機器人產業(yè)正面臨加速增 長拐點。相對于服務機器人和商用機器人在國內市場還處于探索期，工業(yè)機器人有了一定的發(fā)展基礎，目前正進入全面普及的階段。預計到2021年末，我國工業(yè) 機器人產量將達到11.15萬臺;銷售量將達到23.04萬臺以及保有量將達到136.04萬臺。工業(yè)機器人未來在中國的發(fā)展?jié)摿⑹窍喈斂捎^。