湖北省工业机器人产业化发展技术路线图设计

湖北省工业机器人产业化发展技术路线图设计张红霞 徐会波 聂晶晶武汉商学院 机电工程与汽车服务学院 摘要：通过对湖北省工业机器人优势竞争力的分析，结合湖北区域经济特点，设计了湖北省工业机器人产业发展路线图；并对工业机器人关键技术和相关企业优势产品进行了分析研究，设计了湖北省工业机器人关键技术突破路线图，对湖北地区工业机器人技术发展和产业化发展节点及趋势进行了预测。关键词：工业机器人；产业化，技术路线图The technology roadmap design of Hubeis industrial robot industry development Zhang Hong-xia. Xu Hui-bo. Nie Jing-jingDepartment of Mechanical Engineering and Automotive Services , WuhanBusiness University Abstract: Through the analysis of Hubeis industrial robot competitive advantage, combined with the characteristic of Hubei regional economy, the roadmap of Hubeis industrial robot industry is designed; and the key technology of industrial robot and the advantage products of the related enterprises are analysed and researched. Hubeis industry robot breakthroughs in key technologies roadmap is also designed, the nodes and trend of Hubeis industrial robot technology development and industrialization development are forecasted.Keywords: Industrial robot;Industrialization development; Technology roadmap基金项目：本文为湖北省教育厅科学技术研究项目2015年度课题基于技术路线图的湖北省工业机器人产业化发展对策研究（课题编号：B2015384）的成果。1引言我国工业机器人市场需求旺盛，以每年约30%的速度增长，年需求量在 2 万3 万台套，大力发展机器人产业成为各地政府近几年的工作重点。工业机器人的发展又站在了一个新的起点。随着我国产业的逐步转型升级，以工业机器人为代表的智能装备将实现爆发式增长。机器人的技术水平不断提高，应用范围越来越广，对机器人的研究具有十分重大的科研价值与实用价值，它可以推动人工智能、计算机图形学、机械设计及自动控制等相关学科的发展。2技术路线图目前，技术路线图(Technology road mapping)已成为一些发达国家的技术前瞻、研发和管理中广泛应用的一个基本工具。技术路线图是对某一特定区域的未来延伸的看法，该看法集中了集体的智慧和最显著的技术变化的相关专业人员的看法，一般是采用绘图的形式表达出来的。形成基于未来经济、社会、科技与环境综合判断之上的技术创新路线图，可以称之为政府、产业和企业等进行技术创新的作战地图、技术发展路径图。本文对湖北省工业机器人产业化发展进行了技术路线图设计和研究。3湖北省机器人行业优势竞争力分析湖北是我国重要的制造业基地，其汽车、船舶、电子等支柱产业是机器人应用的主要领域。发展以机器人为代表的智能装备，实现“制造”向“智造”转变，蕴含对工业机器人旺盛的需求。近年来，湖北工业机器人形成了一定的研发设计、生产制造和集成应用的能力，机器人产业集群正在酝酿形成，产业发展站在了一个新的起点。湖北机器人研发实力雄厚，华中科技大学、武汉大学、武汉理工大学、国家数控系统工程研究中心、数字制造装备与技术国家重点实验室等机构均位于武汉，形成工业机器人强势研发系统，科技实力和研发水平全国领先。武汉光谷有近40家工业机器人相关企业，正筹建全国首个工业机器人孵化器。重点通过一系列措施支持机器人相关企业和创业团队发展，整合产业链上大中小企业，推动产业抱团发展。湖北具有代表性的几家企业优势技术及产品状况如表1，这几家企业各有所长，在机器人三大核心零部件方面有一定的技术优势，有潜力继续深入研究，获得核心技术突破，取代外资品牌。代表企业机器人业务领域技术优势最新代表产品武汉奋进智能机器有限公司工业机器人的技术开发、装备制造、应用服务从硬件到软件，包括减速机、控制系统等核心部件，都有自主知识产权。工业云机器人1.0、奋进设备云管家、奋进云控制器、奋进能耗云管家武汉汉迪机器人科技有限公司人工智能机器人技术开发、产品制造在全向移动可控机器人、远程临境机器人、机器人灵巧操控、人机交互作用、机器人感知系统、人形机器人灵巧操控系统、触觉反馈系统等方面处于国际领先地位。AGV无人搬运车、焊接、喷涂、码垛搬运工业机器人等华中数控股份有限公司可生产HNC-8、HNC-210、HNC-21、HNC-18/19等高档、中档、普及型数控系统，以及全数字交流伺服主轴系统、全数字交流伺服驱动系统等产品重点突破了一批数控系统的关键单元技术；攻克了规模化生产工艺和可靠性关键技术，自主开发了具有当今国内领先水平的数字交流伺服驱动单元和电机、数字交流伺服主轴驱动单元和主轴电机。华中8型全数字总线式高档数控系统，自动、快速、精准地铣削加工，突破了国外对我国的技术封锁，达到国际先进水平。武汉精华减速机制造有限公司从事机器人减速机研发、制造自主研发RV减速机，获得高工机器人金球奖入围奖。RV减速机，该产品打破了长期以来国外企业对中国市场的垄断。表1 湖北省工业机器人代表企业优势技术及产品状况4湖北省工业机器人产业发展路线图4.1 产业发展路线图分析同国外相比，国内关于技术路线图的研究和应用还比较少，但已经开始逐步认识到技术路线图的科学性和实用性，并探索性地开展了一些研究。2007 年，广东省科技厅对七个产业进行了技术路线图的开发工作，组织制定了龙芯应用技术路线图、广东省绿色无铅产业技术路线图等。2011年，上海科学研究所开展了上海新兴产业的战略技术路线图的一系列研究工作，应用技术路线图对上海十三个新兴产业的未来发展路线及策略进行了预测研究。为了进一步加深对我省工业机器人产业发展的认识，本文从工业机器人产业链和技术发展出发，通过大量文献资料和科学数据分析研究，分析市场需求、产业目标、技术难题和研发需求等，并结合我省工业机器人产业发展的SWOT分析，研究并绘制出我省工业机器人产业发展路线图和技术路线图，为机器人产业化起到助推作用，图1 为湖北省工业机器人产业化发展路线图。汽车行业船舶行业铁路行业军工行业电子化工等移动机器人传统产业市场需求机械手点焊机器人弧焊机器人军工机器人AGV机器人清洁机器人机器人产品联合研发、自主研发部分零部件技术创新部分核心技术突破创新研发创新基本技术核心零部件技术（减速器、控制器、伺服电机）开放性模块化的控制系统体系结构模块化层次化的控制器软件系统机器人的故障诊断与安全维护技术网络化机器人控制器技术共性技术研发、设计单位零部件生产加工企业本体企业代理商系统集成商终端客户产业链产业发展产业集群专业人才技术基础自主创新、自主品牌、行业资源整合和共享避免恶性竞争、与外资品牌争夺市场、打破高端产品垄断应用市场广阔、政策改善、企业壮大、产业升级利用因素 改进因素 消除因素 发展因素20202015年2015年 2020年 2025年工业机器人产业化图1 湖北省工业机器人产业化发展路线图4.2工业机器人技术发展趋势分析由于工业机器人是机械、计算机、电子、自动控制、人工智能等多个高新技术发展的综合集成成果，而传感技术、工程网络技术、激光技术等高新技术也被广泛应用在工业机器人工作领域，使工业机器人的应用性价比更高。毫无疑问，工业机器人产业是湖北地区高科技产业发展的重要组成部分。关键技术是制约工业机器人产品开发的重要因素，机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向发展，未来将从结构模块化开始，以控制技术为基础，向PC 化、网络化和多传感器融合技术方向发展，再进一步实现机器人智能化。1、减速机 重点研究RV减速机，发展方向是如何通过对内部轴承的配置，材料和热处理工艺的改进，增加减速机的扭转刚度，最大抗弯弯矩，以及提高在频繁加减速等恶劣工况下的使用寿命。2、伺服电机和驱动器增加驱动器和电机的瞬时过载能力，增加驱动器的动态响应能力，驱动增加相应的自定义算法接口单元，并且采用通用的高速通讯总线作为通讯接口，进一步提高控制品质。简化系统，提高系统可靠性，并进一步降低成本。3、控制器和控制结构 （1）开放性的体系结构 所谓开放性的体系结构，指的是对标准的自动化硬件平台、标准的操作环境的机器人和工业自动化系统实现灵活控制，开发机器人可用的通用软件包，可应用到实时伺服控制、智能传感器、高层人机交互等机器人相关领域。（2）总线控制方式在现场总线分布式结构中，把各种开关量、模拟量变成数字信号，所有总线设备间都采用数字信号进行通信，既减小了传输误差，又提高了测量精度和控制精度。（3）智能化和网络化智能化和网络化同样是发展趋势，未来的工业机器人应该具有视觉，触觉，具有很强的人机交互能力和学习能力，因此需要控制器具有多传感器信息融合能力。同时，机器人之间可以任意组成网络，完成多机器人协调控制，进一步提高自动化和智能化程度。尽管我省工业机器人在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，特别是在制造工艺与整套装备方面，缺乏高精密、高速与高效的减速机、伺服电动机、控制器等关键部件。为湖北省工业机器人关键技术路线图，按照技术发展难易态势和时间先后顺序描绘出技术路线图，其中时间节点为粗略预测。谐波减速机RV减速机（相比于谐波减速机，RV减速机具有更高的高度和回转精度）高精度、高性能减速机通用伺服电机和驱动器机器人专用伺服电机和驱动器国内有可替代产品，但在输入转速，扭转高度，传动精度和效率方面与国外差距大，在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。武汉精华有自主研发产品，继续研究如何增加减速机的扭转刚度、最大抗弯弯矩，以及提高在频繁加减速等恶劣工况下的使用寿命。简化系统，提高系统可靠性，并进一步降低成本。增加瞬时过载能力，增加驱动器的动态响应能力，驱动增加相应的自定义算法接口单元。高性能、低成本，满足智能化机器人要求的高精度减速机。传统控制器和控制结构开放性的体系结构、总线控制方式、智能化和网络化减速机技术电机及驱动控制技术华中数控有自主研发产品，待进一步深入研究。武汉奋进发布了工业云机器人新产品，向业界展示了“机器人+互联网”的强大性能与独特魅力。2015年 2020年 2025年核心技术核心技术产品研发创新、升级换代自主产权机器人产业化技术驱动图2 湖北省工业机器人关键技术路线图5 结束语通过对湖北省工业机器人产业发展路线和工业机器人产业核心技术发展路线图的设计，我们认为湖北省工业机器人产业发展战略的重点应集中在技术研究与转化及产业结构科学调整上，采取错位竞争策略，先占领低端市场，大力推广成熟技术产品，通过逐步提高工业机器人核心技术竞争力、自主创新，消除恶性竞争，根据市场变化动态调整产业化发展战略来带动整个产业链的健康持续发展。参考文献：1冯宇.珠三角地区工业机器人产业现状分析与技术路线设计M.哈尔滨. 哈尔滨工业大学.2010.2王田苗,陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略J.机械工程学报.2014（5）：10-13。3傅翠晓.基于技术路线图的新兴产业发展战略制定研究以上海机器人产业为例J.创新科技.2012（11）：29-31.4李雪凤,仝允桓,谈毅. 技术路线图 一种新型技术管理工具J.科学学研究，2004，22(12):895 梁一新,刘凯.促进我国工业机器人产业化的战略思考J.现代产业经济.2013:28-33.6柳鹏.我国工业机器人发