国内外机器人发展的现状及发展动向

国内外机器人发展的现状及发展动向国内外机器人发展的现状及发展动向 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。目前，国 际上机器人市场大概有 80 亿至 100 亿，其中工业机器人占的比重最大。2025 年，整个机器人市场将达到 500 亿，服务机器人从原来的 300 多万台增加到 1200 多万台，特种机器人（如：排爆机器人、医疗机器人等）的呼声也越来越 高。另外，微软等 IT 企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具 企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域 的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还 注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术 比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再 有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的 9000 台军 用机器人之中，有 60%来自美国。比如：美国最近研制成功的 Big Dog 军用机 器人，能负重 100 公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各 种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。 在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不 断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩 展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的 生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、 交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户， 为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社 会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都 可能会造成很大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效 率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如 在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上 下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目 前汽车制造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的行业，如 2004 年德国制 造业中每 1 万名工人中拥有机器人的数量为 162 台，而在汽车制造业中每 1 万 名工人中拥有机器人的数量则为 1140 台；意大利的这一数值更能说明问题， 2004 年意大利制造业中每 1 万名工人中拥有辅助操作的机器人数量为 123 台， 而在汽车制造业中每 1 万名工人中机器人的拥有数量则高达 1600 台。 在国外，应用于制造业的机器人取得了较显著进展，已成为一种标准设备 而得到工业界广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名机器 人公司。如德国的 KUKA、瑞典的 ABB、日本的安川等。据专家预测，机器人产 业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济 委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，2002 年至 2004 年，世界机 器人市场年增长率平均在 10%左右，2005 年达到创纪录的 30%，2007 年全球机 器人实际安装量达到 650 万台，机器人安装量比 2006 年增加 3%，达到了 114365 台。据统计，近年来全球机器人行业发展迅速，2008 年全球机器人行业 总销售量比 2006 年增长 25。而无论在使用、生产还是出口方面，日本一直 是全球领先者，目前日本已经有 130 余家专业的机器人制造商。世界各国主要 行业对机器人的需求详人已应用在汽车制造厂的焊装线上，我国现有机器人研 究开发和应用工程单位 200 多家，其中从事机器人研究和应用的有 75 家，共开 发生产各类机器人约 3000 多台，90%以上用于生产，引进机器人做应用工程的 约 1000 多台。在国内，机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲，我国机 器人经过 20 多年的发展已在产业化的道路上迈开了步伐。近几年，我国应用于 制造业的机器人及自动化生产线和工程项目、相关产品的年产销额已近五亿元。 我国的机器人产品生产企业比较少，目前沈阳新松机器人股份有限公司、 哈尔滨博实自动化设备有限责任公司和北京机械工业自动化研究所工程中心是 三家主要生产基地，每家企业年产值相比国外企业仍有较大的差距，其中还包 括一些机器人外围产品，没有形成规模化生产，规模经济并不突出。由于机器 人在研制、设计和试验过程中，经常需要对其运动学、动力学性能进行分析以 及进行轨迹规划设计，而机器人又是多自由度、多连杆空间机构，其运动学和 动力学问题十分复杂，计算难度和计算量都很大。若将机械手作为仿真对象， 3 运用计算机图形技术、CAD 技术和机器人学理论在计算机中形成几何图形，并 动画显示，然后对机器人的机构设计、运动学正反解分析、操作臂控制以及实 际工作环境中的障碍避让和碰撞干涉等诸多问题进行模拟仿真，这样就可以很 好地解决研发机器人过程中出现的问题，也能极大的促进我国机器人技术的发 展 。 从整体上来说，我国机器人产业还很薄弱，机器人研究仍然任重而道远。 我国市场上机器人总共拥有量近万台，仅占全球总量的 0.56%，其中完全国产 机器人行业集中度仅为占 30%，其余皆为从日本、美国、瑞典、德国、意大利 等 20 多个国家引进。究其原因，很大程度在于自主品牌不够，发展壮大自主品 牌及其自动化成套装备产业成为当务之急，由于机器人是最典型的机电一体化、 数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进装备制造业的支撑技 术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。 国外专家预测，机器人产业是继汽车计算机之后出现的一种新的大型高技术 产业。随着我国企业自动化水平的不断提高、人民生活需求水平的提高，机器 人市场也会越来越大，这就给机器人研究、开发、生产者带来巨大商机，目前 中科院常州中心常州机械电子工程研究所致力于机器人及智能装备技术的开发。 我国机器人市场竞争越来越激烈，中国制造业面临着与国际接轨、参与国 际分工的巨大挑战，加快机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机 遇的主要途径。因此我国机器人行业要认识到以下几点情况：第一，机器人技 术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径，政府要对国产机器人 有更多的政策与经济支持，参考国外先进经验，加大技术投入与改造；第二， 在国家的科技发展计划中，应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支 持，形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面；第三，部分国产机器人已 经与国外相当，企业采购机器人时不要盲目进口，应该综合评估，立足国产。 据资料显示，截止 2008 年底我国制造业拥有 31400 台机器人，国产的不足 千台，但还缺乏整体核心技术的突破，尤其在自动控制、精加工和材料方面， 具有中国知识产权的机器人很少，不少关键元器件至今尚不能自己生产或者性 能不高，这些因素已经开始严重影响国产机器人做大做强步伐。 目前，国际制造业中心正向中国转移，用信息化带动工业化、用高新技术 改造传统产业已成为江苏省工业发展的必由之路。作为先进制造装备之典型代 表的机器人必将有一个大的产业发展空间，市场前景广阔。 虽然我国目前的机器人市场不大，但其潜在市场很大。汽车、工程机械、 电子、电机和金属加工等工业仍是应用机器人的主要部门。在这些部门，机器 人的装机台数与实际需要相差甚远，有很大的市场。对于建筑、包装、空间、 海洋、采矿(含海底采矿)、电力、农林和医疗等新的领域，其机器人市场也是 很大的。只要用得成功，就比较容易推广应用。扩大机器人的应用领域是开拓 国内机器人市场的必要举措之一。 见图 2 所示。 （图 2 世界各国主要行业对机器人的需求分布） 在发达国家，以工业机器人为基础的自动化生产线成套装备已成为自动化 装备的主流及未来发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业 已大量使用机器人自动化生产线，以保证产品质量和生产效率。目前，典型的 成套装备有：大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备，大型机器人车体 焊装自动化系统技术和成套装备，电子电器等机器人柔性自动化装配及检测成 套技术和装备，机器人发动机、变速箱装配自动化系统技术成