工业机器人研究现状和发展趋势详解

1、工业机器人研究现状和发展趋势摘要：了探讨。关键词：工业机器人；串行通信；控制器我国的机器人研究开发工作始于20世纪70 年代初，到现在已经历了 30 年的历程。前10 年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。到应用。滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐波减速器、RV减速器、十字交叉滚子第 1 页生产还有一段距离。在机器人控制装置的研制方面：已开发出具有双CPU、多CPU 和分级分层控制的机器人控制装置多台，主控计算机的档次也

2、逐渐升级。在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如AGV（自动导引车），壁面爬行机器人，重复定位精度为O.024mm 的装配机器人，可潜入海底6000m的水下机器人，移动并用于实际工程。在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国内的机器人技分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力。据统计，“九五”期间，我国工业机器人的需求量以每年30以上的速度增长。2000年，我国工业机器人的拥有量约为3500台，其第 2 页销售额为67亿元。19862000 年产品销量如表3 所示。据有关专家预测，我国机器人20

3、05 年拥有量将增至7600 台，年销售额为28.7 亿元；2010年拥有量为17300台，年销售额为93.1亿元。根2015 年中国机器人市场的容量约达十几万台套。开发者带来巨大商机。据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求此类自动化线就达300多条，产值约为60多亿元人民币。预计在2005 年左右需求此类自动化生产线达到600条。据初步测算，“十一五”期间汽车制造业的需求市场容量将达到800多亿元人民币。示教再现型机器人。随着建筑施工、石化、食品、核工业、水下、高第 3 页空及微加工行业的需求，将推出一批新机型，如大负载、高精度、蛇形的、无人飞行器以及

4、家用、病人护理、盲人引导犬等。目前正在逐步建立上海、沈阳、北京机器人及其自动化生产线产业基地，开发出产机器人基地，占领国内市场，走向世界。第一台 Unimate 型 Robot在美国问世至今已 45 年了，机器人技术及定义也在变化。1984 因素的20世纪80是最有权威和精辟归纳的定义，也为20 年来的实践所证实其远见卓识。机器人是人类20 世端制造过程中，工业机器人是不可缺少的自动化装备。一、国外工业机器人的现状及发展趋势（一）国外工业机器人的现状第 4 页 20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90 年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在 年增长率上升到

5、15%，预计 21 世纪初，工作在各领域的工业机器人将突破100 方面是极为重要的战略高技术领域。培育未来机器人产业是支撑 2l韩国也将智能机器人作为十大战略产业之一列入国家发展规划（20032007 机器人广泛应用于各行各业。主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷万台。过去10年，机器人的价格降低约 80%，现在继续下降，而欧美劳动力成本上涨了10 15 年，动化水平，提高产品质量和生产效率、增强企业市场竞争力、改善劳动条件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提 l 年机器人安装量为7.8 万台套，年增长率9%。机器人的应用主要有两种方式，一种是机器人工作单第 5 页产业，年市场容

6、量约为 1000 亿美元。像国际上著名公司 ABB、自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。50 亿日元，经过 70 年代的应用期和 80 年代的普及期，1981 年产值达到1000 亿日元，到1991 年提高到6000 亿日元，到2000 年，其产值达到10800亿日元，2005 年将达到18500亿日元。据国际机器人协会统计，2003 年工业机器人发货量呈现强劲增长势 2002 年全球范围内机器人的订货量增长约10%以上。预计，工业机器人的世界市场将从 2002 年的 68600 台套增长到2006 年的91100 多台套，年平均增长7.4%。（二）国外工业机器人的发展趋势机器人涉

7、及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，统制造业向非制造业转变，向以人为中心的个人化和微小型方向发第 6 页向广义的机器人技术（RT）概念转移；从工业机器人产业向解决工程应用方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术（ RT）的内涵展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、 PC化和网络化；伺服驱动技 术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多 1962 年很快，已成为柔性制造系统(F

8、MS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网活方式。一、工业机器人的发展现状第 7 页应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产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，世界机器人市场前景看好，从20 世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入 20 世纪 90 年代，

9、机器人产品 年增长率达到创记录的20。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%。二、工业机器人的应用领域日渐广泛经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应表面涂覆、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。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的第 8 页维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。三、国内外主要的工业机器人生产厂商在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了

10、一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：瑞典的 ABB Robotics，日本的 KUKA Adept American Industrial 意大利 COMAU，英国的 AutoTech Robotics，加拿大的 JcdInternational Robogroup Tek新松机器人公司，年利润增长在40%左右。工业机器人带来的效益广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保第 9 页障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网活方式。发达国家的使用经验表明:使用工业机器人可以降低废品率和产品

11、等，其带来的一系列效益也是十分明显的，例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力，平均故障间隔期达 60000 小时以上，比传统的自动化工艺更加先进。采用工业机器人具有如下优点 :第一，改善劳动条件，逐步提高生产效率；第二，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代；第三，提高零件的处理能力与产品质量；第四，消除枯燥无味的工作，节约劳动力；第五，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险；第六，减少机床损耗；第七，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存；第八，提高企业竞争力。在面临全球性竞争的形势下，制造商们正在利

12、用工业机器人技术优势，实现机器人自动化生产将是推动业务发展的有效手段。第 10 页工业机器人应用领域自从20 世纪60年代初人类创造了第一台工业机器人以后，机器越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业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，汽车制造业年德国制造业中每 1 万名工人中拥有工业机器人的数量为 162 台，而在汽车制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量则为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

13、万名工人中拥有工业机器人的数量为123 1万名工人中拥有工业机器人的数量则高达1600 台。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的他制造业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。2005 年，亚洲地区电子电气行第 11 页业总需求的比例为 31%；而在欧洲地区橡胶及塑料工业对工业机器(包括机械)、橡胶及塑料工业以及电子电气行业对工业机器人的需求比例相当，均在7%左右。另外诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护

14、维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。指日可待。工业机器人应用现状及国内外发展现状在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：瑞典的 ABB Robotics，日本的 KUKA Adept American Industrial 意大利 COMAU，英国的 AutoTech Robotics，加拿大的 JcdInternational Robogroup Tek第 12 页已经成为其所在地区的支柱性产业。20基本实现了试验、引进到自

15、主开发的转变，促进了我国制造业、勘探际情况，把握我国工业机器人研究的相关进展，显得十分重要。我国的工业机器人从80 轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有 130 多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30 条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。工业机器人的发展趋势第 13 页 工业机器人的技术发展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC 化和网络化

16、；伺服驱动技术化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。 工业机器人的产业发展趋势的数据显示，全球多用途工业机器人销售从2003 年开始恢复增长，预计在 2005 年到 2008 年间，全球工业机器人销量预计年均增长6.1，到2008 年增至12.1万台。预计日本的工业机器人销量将由2004年的3.71万台增至2008年的4.59 2004年的 5.2万台增至 2008 年的 7.04 万台。北美地区的工业机器人销量也将稳定增加，预计将由 2004 年的 1.34 万台增至 2008 年的 1.65 万台。而欧洲地区的工业机器人销量预计到2008年将增至3.37万台。第 14 页结语应用

17、范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产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。越大，这就给工业 机器人研究、开发、生产者带来巨大商机。然而国市场，依靠自身优势，提高自主创新，寻求发展道路，是中国工业机器人生产企业在激烈市场竞争中需面对的问题。我国工业机器人的发展现状与趋势中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，汽车市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。对于国外的先发、领先优势，我国的机器人产业的研发远远落后展机器人的组装、制作的科学活动，这将关系到二、三十年后我国的第 15 页产业发展。近年来，我们在研究文化创造性产业时，发现国外正在兴

18、起一个况的考察及思考。现状我国从上世纪80年代开始在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究，近20 年来取得不少的科研成果。但是由于没有和企业有机成气候。近10 年来，进口机器人的价格大幅度降低，对我国工业机有同步发展相应的零部件产业，使得国内企业在生产的机器人过程中，只能依赖配套进口的零部件，更削弱了我国企业的价格竞争力。工业机器人发展长期以来受限于成本较高与国内劳动力价格低廉的状况,随着中国经济持续快速的发展,近几年的国民生产总值年平均第 16 页增长率更是保持在9%左右,人民生活水平不断地提高,劳动力供应格局已经逐步从“买方”市场转为“卖方”市场、由供远大于求转向供的方法变得成本高昂,同

19、时也受到法律的限制和政策的阻碍。无论是企业还是社会都认识到必须采取从改善机器设备入手,提高技术和资金的密集度来减少用工量以应对这种改变。总之,劳动力过剩程度降低、单个工人成本上升、对产品质量更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境,工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。随着机器人知识的广泛普及,人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化,利用机器人技术提升我国工业发展水平、从制造业大国向强国转变,提高人民生活质量成为全社会的共识。市场特征1.制造业属于技术、资金密集型产业,也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国,工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业,主要用

20、 年开始,受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响,我国汽车工业进入了一个高速增长期。第 17 页面对这种局面,国际汽车巨头纷纷进入中国市场并与我国企业合资设厂或扩大原有生产规模,国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业的投资,整个行业增产扩能增加了对工业机器人需求。据不完全统计,最近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业的,海关进出口增长数据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知,汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。2.使用集中在广东、江苏、上海、北京等地,工业机器人的拥有量占全国的一半以上,这种分布态势和增长趋势符合我国现阶段经济发展状洲地区,而且长江三角

21、洲地区在制造业中所占的比重越来越大。3.户。工业机器人属于技术含量高,价格相对昂贵的制造装备,采用工业机器人较多的企业,一般对产品的质量要求较高,企业在市场上具有更高的影响力。现阶段,工业机器人使用量最多的仍是外商独资或中外合资企业。国有企业也在加大对工业机器人的采购用于技术改造,如汽车行业中的一汽、二汽、上汽等,它们的产品在市场上已经具有了相当强的竞争力,它们对工业机器人有着较大的需求,同时采购上它们能够得到国家和政府的支持,因此制造业中的大中型国有企业的工业机器人使用量一直很大,而且在未来相当长的时间内仍将保持这种增第 18 页长势头。另外,我国的民营企业正逐渐认识到工业机器人的优势,对工

22、业机器人的采用量也在逐步增加,虽然装备的数量上与以上企业仍存在较大差距,但是增长的速度惊人,将很快成为工业机器人市场的重要客户。4.国内进口工业机器人的国家和地区分布。20012004 年我国进口的工业机器人主要来自日本与台湾 ,2004 年日本对华出口金额占我国进口工业机器人金额的一半。目前，国际制造业中心正向中国转移，用信息化带动工业化、用和相关政策，这是我国机器人产业发展成败之关键。趋势从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC 化和网络化；伺服驱动技术第 19 页化和作业的柔性

23、化以及系统的网络化和智能化等方面。机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的的发展趋势主要有：1 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。2 机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。3 工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等

24、多传感器的融合技术在第 20 页产品化系统中已有成熟应用。5 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以用的领域。总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。“九五”期间我国工业机器人的需求量以每年30以上的速度增长。2000年，我国工业机器人的拥有量约为3500 台，其中以点焊、弧 亿元。据专家对国内 542 家用户以及汽车、电子电器、工程机械3 个行业的部分用户进行的统计分析，就全国而言，弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多；其次是搬运、上下料（冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下料机器人）；再次是包装、码垛、拆垛机器人第 21