工业机器人技术与智能制造

1、工业机器人技术与智能制造第1页目录一工业机器人介绍二四足仿生机器人国际研究结果三山东大学机器人研究中心研究结果四四足仿生机器人展望与思索二国内外工业机器人发展现实状况三我国工业机器人发展瓶颈四制造业与机器人再认识五机器人未来发展趋势第2页序言 工业机器人背景 工业机器人定义工业机器人技术源于美国，1954年美国率先提出了工业机器人概念并于1962年生产出世界上第一台实用机器人。上世纪六十年代日本进入经济高速增加阶段，生产规模急剧扩大，而社会面临人口红利缺失，劳动力匮乏现状，日本对高产能、自动化工业机器人需求大幅提升。进入二十一世纪，中国汽车、电子等产业快速发展，与日本相似，随着劳动力成本上升和

2、产能需求扩大，推进工业机器人等新兴产业迅速崛起。截至，中国工业机器人购买量已超过3万台，位居全球首位。工业机器人是经过编程或示教方式实现自动化，同时具备拟人形态及功效，在企业生产加工过程中经过自动控制执行操作作业机械装置。主要由本体、伺服电机、减速机、控制器、传感器等关键零部件组成，操作系统包含伺服系统、控制系统、视觉系统等，具备在高危环境下生产、生产效率高、稳定性强、精度高等特点。第3页发达国家工业机器人发展历程 萌芽期起步期发展期成熟期二十世纪40-60年代美国多家国家试验室研究，第一台工业机器人诞生二十世纪60-80年代二十世纪80-90年代二十一世纪1967年日本引入机器人技术并迅速产

3、业化劳动力缺失及汽车制造等产业暴发助力工业机器人产业发展发达国家工业机器人在汽车、电气电子等领域普及率大幅提升第一代：示教再现机器人第二代：视觉机器人第三代：智能机器人示教编程控制系统重复作业自动生产视觉系统传感器容错技术柔性生产工业4.0（CPS系统）人机交互大数据智能生产第4页工业机器人分类 第5页工业机器人按运动坐标形式分类 关节机器人是利用最为广泛机器人，具备高效、精度高、灵活性强等优势。 第6页工业机器人组成 上游减速机、控制器、伺服电机等关键零部件 控制系统、伺服系统 手臂、底座、转座、手腕等本体零部件 操作系统、传感器等 系统集成、软件二次开发 手爪等定制末端执行器 中游 下游第

4、7页工业机器人产业链分析 第8页目录二国内外工业机器人发展现实状况一背景及研究现实状况三山东大学机器人研究中心研究结果四四足仿生机器人展望与思索一工业机器人介绍三我国工业机器人发展瓶颈四制造业与机器人再认识五机器人未来发展趋势第9页当前全球工业机器人发展概况日本、德国工业机器人水平全球领先，其中，日本在工业机器人关键零部件（减速机、伺服电机等）研发方面具备较强技术壁垒。德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。 中国处于工业机器人生产产业链下游，多数厂商负担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低工作。但市场需求正在快速扩大，国内企业自主研发能力不停提升，未来几年将拉近与国

5、际厂商差距。 第10页发达国家工业机器人优势先发优势 1954年，美国率先提出工业机器人概念，并生产出第一台工业机器人。美国医疗机器人和国防机器人研究具备优势。 1967年日本引进工业机器人技术，随即在日本形成产业化发展。日本在工业机器人和家用机器人方面处于领先。 技术沉淀 PLC、CNC等先进系统源于国外，减速机、控制器等关键零部件被国际企业垄断，其中日本在减速机、伺服电机等关键零部件研发方面处于全球领先，也是全球最大工业机器人净出口国，机器人产量占全球份额50%以上。 环境驱动 上世纪70年代，日本、德国等国人口红利消失，劳动力成本大幅提升，而汽车、电子等产业快速发展倒逼企业提升产能，政府

6、出台多项激励政策，推进日本、德国机器人产业发展，工业机器人在制造业渗透率逐步提升。 国家产能份额保有量份额机器人密度日本66%23%约300台/万人欧洲26%29%约200台/万人中国1%左右10%约30台/万人第11页近年来全球工业机器人销售情况国际机器人联合会IFR近日公布汇报称，全球工业机器人销量继续保持高速增加。全球工业机器人销量约29万台，同比增加14%。IFR预测，未来十年，全球工业机器人销量年平均增加率将保持在12%左右。第12页近年来各国工业机器人销售情况依据IFR数据，全球75%工业机器人被销往五个国家：中国、韩国、日本、美国、德国，销量分别为6.6万台（中国机器人产业联盟统

7、计数据）、3.7万台、3.5万台、2.7万台、2万台。中国是全球最大工业机器人市场第13页全球各行业工业机器人销量从行业应用来看，汽车产业是工业机器人最主要应用行业，同时汽车产业大大增加了全球工业机器人领域投资，汽车产业约销售95000台工业机器，占比38.37%。电气/电子行业(包含电脑设备、无线电、电视、通信设备和装备、医疗、精密和光学仪器)工业机器人销量同比增加10.12%，共计约53300台，占工业机器人总销量21.53%，电气/电子行业将是工业机器人应用最具潜力行业之一。第14页国际著名工业机器人厂商从全球来看，日本和欧洲是工业机器人主要产地，ABB、发那科（FANUC）、库卡（KU

8、KA）和安川电机（YASKAWA）四家企业是工业机器人主要供货商。 年四大家族工业机器人收入累计约为50 亿美元，占据着全球约60%市场份额。 工业机器人市场集中度非常高，伺服电机、控制系统、减速机等关键零部件技术壁垒较高，高昂生产成本和技术专利垄断是制约其它企业发展主要原因。 第15页工业机器人“四大家族”产品比较区域划分品牌机器人产品应用领域产品优势产品系列欧系ABB控制系统、本体、伺服电机、系统集成 汽车、3C、食品和饮料、医疗等 控制力好，整体性强 IRB系列 库卡（KUKA）本体、系统集成、控制器 汽车工业、金属加工等 开源系统平台，标准化编程、轻量化、响应速度快 LBR、KR系列

9、日系安川电机Yaskawa伺服电机、变频器、本体、系统集成 汽车、电子电气、食品等 高精度、双臂机器人、多轴机器人 Motoman、SEMISTAR系列 发那科（FANUC）数控系统、伺服电机、本体 汽车工业、电子电气、金属加工等 轻量化、标准化标称、操作简单 R系列、M系列、LR系列等 第16页工业机器人在农副业加工中应用第17页我国工业机器人市场PEST分析 国家政策保障（P）宏观经济促进（E）5月19日，中国国务院印发中国制造202 5，布署全方面推进实施制造强国战略。其中高档数控机床和机器人是重点发展十大领域之一。 12月29日工信部、发改委等联合印发关于促进机器人产业健康发展通知，针

10、对产业低水平重复建设、轻关键零部件制造问题，提出推进机器人产业理性发展，加强零部件等关键短板突破，大力培育龙头企业等。同日工信部还公布了工业机器人行业规范条件，提出工业机器人本体生产企业年营收不低于5000万元或年产量不低于台套，集成应用企业年收入总额不低于1亿元。到关键零部件自给率达50%以上。中国经济保持发展快速，城镇人均收入水平提升，对汽车、家电等产品需求和购置力提升，推进汽车、电子电器等行业企业引用工业机器人提升产能。 ，中国制造业就业人员平均工资抵达51369元。 中国制造业快速发展，已具备规模优势和一定技术基础，伴随我国人口红利逐步衰退，企业用工成本大幅提升，迫切需要工业机器人替换

11、人工生产。 ，中国工业机器人保有量超出20万台，但机器人密度约为30台/万人，不及世界平均水平。 伴随工业机器人关键零部件伺服机、控制器、减速机等逐步国产化，工业机器人使用门槛逐步降低，为在更多行业中小企业发展提供基础保障。 物联网、大数据、云计算等技术快速发展，为智能机器人落地提供技术支撑。 社会环境推进（S）技术发展支撑（T）第18页近年来我国工业机器人销量情况IFR数据显示，中国工业机器人销量9万台，同比增加31%。第19页我国工业机器人市场AMC模型第20页我国工业机器人发展截止2016年全国已建和在建的工业机器人产业园区近50家有影响力的机器人公司预计有800多家上市公司涉及机器人业

12、务的公司超过50家中国内资机器人企业2015年增长了30%第21页我国工业机器人著名厂商企业名称主营业务企业现实状况新松机器人自动化有限企业机器人、控制器等企业成立于.企业已快速发展为成为先进制造装备产业,新能源装备产业,石油石化装备产业,特种装备产业四大主导产业,在北京,上海,深圳设有控股子企业,在广州设有机器人研究中心,在山东济南设有机器人工程中心,新松是当前国内规模最大,品牌产品线齐全,最具影响力先进制造装备产业集团。埃夫特智能装备股份有限企业系统集成、机器人等埃夫特企业自8月成立以来，企业产品在汽车零部件、卫陶、五金、家电、机加工、酿酒及消费类电子等行业进行应用渗透。经过多年自主研发及

13、合资并购，尤其是收购专注喷涂领域CMA机器人企业及聚焦金属高端加工及智能产线EVLOUT机器人企业后，埃夫特已经形成机器人应用领域全方面覆盖，尤其在喷涂、金属高端加工等领域，远远领先国内工业机器人企业。哈尔滨博实自动化股份有限企业机器人、系统集成等由哈尔滨博实自动化设备有限责任企业整体改制设置高新技术股份制企业，注册资本4.01亿元。企业主要从事石化化工后处理成套设备研发、生产、销售并提供相关服务。 南京埃斯顿自动化股份有限企业数控系统、电液伺服系统、机器人企业自成立以来一直专注于高端智能机械装备及其关键控制和功效部件研发、生产和销售，主要产品包含应用于金属成形机床数控系统、电液伺服系统、广泛

14、适适用于各种机械装备交流伺服系统，以及工业机器人及成套设备等。第22页我国工业机器人关键部件研发觉实状况工业机器人精密减速机、伺服系统、控制器三大关键零部件发展为国产机器人发展奠定基础。三大关键零部件决定了产品性能、质量及价格。中国假如要实现工业机器人产业化，必须将关键零部件国产化加速提上日程。减速机控制器伺服系统国产工业机器人第23页我国工业机器人关键部件研发觉实状况三大关键零部件占工业机器人成本比重超出70%！工业机器人成本组成第24页我国工业机器人关键部件研发觉实状况精密减速机 全球精密减速机75%市场被日本两家Nabtesco和Harmonic Drive垄断。Nabtesco 在工业

15、机器人关节领域RV减速器约有60%市场拥有率， 20多年连续保持世界第一，Harmonic谐波减速器约占15%。国际上主流厂家和国内厂家均选取这两家产品。 国内代表性企业南通振康、苏州绿等多家企业也在进行精密减速机研发与生产。第25页我国工业机器人关键部件研发觉实状况精密减速机RV减速器企业:南通振康、秦川发展、 山东帅克、浙江恒丰泰等第26页我国工业机器人关键部件研发觉实状况精密减速机ZKRV40E减速机回差、刚度和传动误差测试结果日本RV40E减速机回差、刚度和传动误差测试结果被测减速机回差/arcmin刚度/Nm/arcmin 传动误差/arcminZKRV40E0.4106.450.8

16、93日本RV40E0.312115.3370.769第27页我国工业机器人关键部件研发觉实状况精密减速机谐波减速机企业:苏州绿第28页我国工业机器人关键部件研发觉实状况精密减速机创新性地提出全新齿形设计理论，设计出独特谐波啮合齿形，能够在大幅提升谐波减速器使用寿命前提下，提升其输出效率和扭矩承受能力。我们建立了独特齿形设计数学模型，并拥有完全自主知识产权。第29页我国工业机器人关键部件研发觉实状况精密减速机精度、效率、转矩、刚度均到达或超出日本HD产品指标第30页我国工业机器人关键部件研发觉实状况伺服系统伺服系统方面，国外品牌占据了近75%市场份额。欧美系机器人主流供给商有西门子、Lust、博

17、世力士乐、倍福等。日系品牌工业机器人主流供给商主要有安川、松下、三菱等。四大机器人家族中ABB、KUKA、FANUC均采取自产伺服系统。第31页我国工业机器人关键部件研发觉实状况伺服系统伺服系企业：上海翡叶、南京埃斯顿第32页我国工业机器人关键部件研发觉实状况伺服系统第33页我国工业机器人关键部件研发觉实状况控制器主流机器人厂商采取在通用多轴运动控制器平台基础上自研配套控制器，如ABB、FANUC、KUKA、安川等；部分厂商采取机器人专用控制器，如KEBA、ROBOX等； 运动控制板卡专用控制器第34页我国工业机器人关键部件研发觉实状况控制器控制器企业:固高科技、博创科技等第35页我国工业机器

18、人关键部件研发觉实状况控制器第36页我国工业机器人关键部件研发觉实状况控制器将固高驱控一体化系统整体替换当前所用欧系控制器及配套驱动器，采取同一个本体和电机进行对比测试第37页我国工业机器人其它代表性厂商第38页目录三我国工业机器人发展瓶颈一系统现实状况及背景需求二四足仿生机器人国际研究结果四四足仿生机器人展望与思索一工业机器人介绍二国内外工业机器人发展现实状况四制造业与机器人再认识五机器人未来发展趋势第39页我国工业机器人发展瓶颈发展瓶颈1：国际厂商先发优势，国产机器人市场份额低国内厂商业务主要集中在系统集成方面，对机器人本体、关键零部件等附加值高领域渗透率较低。 伴随越来越多中国企业进入机

19、器人市场和国家政策扶持，将逐步打破国际厂商技术壁垒，助力中国工业机器人自主品牌发展。 第40页我国工业机器人发展瓶颈发展瓶颈2：减速器、伺服机等关键零部件性能有待提升在额定扭矩和传动效率方面与国外产品存在较小差距在扭转刚度、传动精度等稳定性和精度指标方面差距比较明显由于材料和工艺水平差距，耐疲劳强度方面差距比较明显产品缺乏批量化、大规模试用测试，实际应用效果待检验。精密减速机第41页我国工业机器人发展瓶颈发展瓶颈2：减速器、伺服机等关键零部件性能有待提升伺服系统伺服电机动态响应、过载能力、效率等方面存在差距驱动器开放性、控制方式、接口多样性有待进一步提高电机功率等级范围覆盖窄第42页我国工业机

20、器人发展瓶颈发展瓶颈2：减速器、伺服机等关键零部件性能有待提升控制器硬件方面差距较小软件实现的构建、控制算法、二次开发方面存在差距运动学问题基本解决，动力学性能有待完善工艺软件包、工艺应用上尚有差距第43页我国工业机器人发展瓶颈发展瓶颈2：减速器、伺服机等关键零部件性能有待提升工业机器人系统核心技术缺失，产业空心化，国产机器人产业面临性能与成本的双重压力产品低端化、低水平重复，国产机器人产业需求与现有产品性能之间的矛盾突出前沿技术研究零散，系统性支持缺失，占领机器人技术及产业国际制高点形式严峻第44页我国工业机器人发展瓶颈发展瓶颈3：原材料缺失，造成企业生产成本上升全球能源紧缺现象日益突出，同

21、时高能源消耗造成环境污染问题越发严重，各国均在主动研发轻量化技术和新材料技术，以缓解巨大环境污染危机。近年在工业机器人制造中，碳纤维、尼龙、树脂等复合新材料已开始逐步取代铸铝、铸铁等传统材料，不论是从节约能源、动态特征、降低成本等方面均将是一项飞跃进步。第45页我国工业机器人发展瓶颈发展瓶颈4：缺乏高端技术人才，与国际发达国家存在一定差距中国工业机器人需求快速增加，国内企业纷纷投入工业机器人领域，尽管当前国际厂商在国内市场仍占据较大份额，但伴随国内企业技术不停成熟和政策助力，国内工业机器人厂商市场份额正在不停提升。 伴随新松机器人、广州数控、博实股份等国内企业产量提升，对计算机编程、自动化、机

22、械化、人工智能等技术人才缺口逐步显现，对工业机器人调试、操作、维护等岗位就业人员需求扩大。工业机器人应用端企业不停增加，对高端技术人员需求也在扩大，引用技术人才可为企业节约大量应用成本。依据工信部战略规划，预计到工业机器人装机量到达100万台，相关从业人才缺口将到达20万人。第46页目录一背景及研究现实状况二四足仿生机器人国际研究结果三山东大学机器人研究中心研究结果四制造业与机器人再认识一工业机器人介绍二国内外工业机器人发展现实状况三我国工业机器人发展瓶颈五机器人未来发展趋势第47页制造业与机器人再认识欧盟新工业革命德国以工业4.0计划为引领制造业领先计划（3月公布）中国制造2025制造业回归

23、和再工业化机器人技术革命实现会议第48页制造业与机器人再认识将向何处去！在哪里？第49页制造业与机器人再认识第四次工业革命Industry 4.0和中国制造2025 为第四次工业革命详细实施提出了答案第50页制造业与机器人再认识能够利用到各行各业无处不在网络技术智能电网分布式能源发配电系统第51页制造业与机器人再认识智能医疗人体健康远程监控联网无处不在网络技术第52页制造业与机器人再认识智能交通交通车辆驾驶与交通系统相互联网无处不在网络技术第53页制造业与机器人再认识第54页制造业与机器人再认识第55页制造业与机器人再认识第56页制造业与机器人再认识CPS其关键就是经过应用信息通讯技术，利用互

24、联网络空间，将虚拟系统信息与实际物理系统相结合，完成各行各业产业升级。 CPS平台将提供服务和应用，并能联络到全部参加人员、物体和系统。物联网和服务网 网络中人、物和系统信息物理系统（CPS）第57页制造业与机器人再认识第四次工业革命 未来，基于信息物理系统（Cyber-PhysicalSystem，CPS）智能化，将使人类步入以智能制造为主导第四次工业革命。产品全生命周期和全制造流程数字化以及基于信息通信技术模块集成，将形成一个高度灵活、个性化、数字化产品与服务生产模式。第58页制造业与机器人再认识制造业再思索两次机器革命（M 2.0）第一次机器革命第二次机器革命四次工业革命（I 4.0）第

25、59页制造业与机器人再认识制造业再思索第一次机器革命（M 1.0）金属力量 “第一次机器革命”始于18世纪以蒸汽机技术为标志工业革命，开启了突破“人类和动物肌肉力量极限”时代，实现了生产力极大飞跃。这个时代实际由人类控制（人类作出决定和发出指令），劳动力显得“更主要和更有价值”，人类劳动力和机器是“互补”关系。第60页制造业与机器人再认识制造业再思索第二次机器革命（M 2.0）智慧力量 “第二次机器革命”始于二十一世纪，“智慧力量”将更多地支配甚至取代第一次机器革命“金属力量”。人脑智慧开发延展、知识信息聚合处理、新创意融合运用、数字技术与机器人智能制造深度结合，将彻底颠覆传统制造模式。 人类

26、劳动力和越来越智能数字劳动力（机器人）正在日益变成替换关系，而不是互补关系-引发社会变革。第61页制造业与机器人再认识制造业再思索第一次机器革命（M 1.0） 化石能源、矿产资源、生物质资源以及自然环境是其生产主要对象和起源，遭遇“资源消耗+环境破坏”增加极限对信息和智能开发，代替对大自然攫取，遵照创新、绿色、包容、可连续发展，知识和信息成为经济社会赖以发展主要资源。第二次机器革命（M 2.0）第62页制造业与机器人再认识制造业再思索新劳动分工 两类劳动力： 人类劳动力 数字劳动力两类劳动力互补/替换？低技能工作往往难于自动化，反之则易于自动化。工作分成二阶矩阵：认知类工作vs.体力类工作程序

27、性工作vs.非程序性工作 机器人能做什么？ 机器人发展方向？工厂自动化再认识第63页制造业与机器人再认识全球制造业竞争加剧第64页制造业与机器人再认识中国制造面临挑战即使中国为当今世界第二大经济体，有庞大工业制造业体系，但面临高端制造业总体水平不足、科技结果转化不充分、低端产能过剩等问题。所以，中国想要实现工业4.0智能化愿景，依然有很长路要走！第65页制造业与机器人再认识中国制造业挑战与机遇产业升级压力劳动力成本上升中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级能耗排放压力哥本哈根中国减排目标低附加值 高附加值第66页制造业与机器人再认识中国制造2025：我国实现“制造强国”战略必定选择，中

28、科院在“中国至2050年先进制造科技发展路线图”提出了“基于泛在信息智能制造系统”；年中国机械工程学会开启“中国机械工程技术路线图”编制工作，其中“智能制造技术路线图”是六大专题之一；20国家发改委、财政部、工信部组织设置了“智能制造装备发展专题”；20国务院公布并推进实施“中国制造2025”规划，是实现制造业升级和“制造强国”战略必定选择。世界工厂：中国中国制造中国智造第67页制造业与机器人再认识中国制造2025：三步走战略目标第68页制造业与机器人再认识中国制造2025以智能制造为主攻方向工业2.0规模化高质量生产工业3.0数控化工业4.0智能化同时走。实现：全方面突破局部超越第69页制造

29、业与机器人再认识智能制造：发展阶段 智能化产品设计、制造过程中含有感知、分析、决议、执行功效网络化利用自组织网络，动态配置资源，实现研究、设计、生产和销售各种资源重组数字化CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP/RE/RPdevelopment第70页制造业与机器人再认识机器人再认识机器人是“机器”还是“人”机器人三标准-赋予机器人社会伦理前50多年发展是“机器”下一步发展“机器人”（人与机器综合体）第71页制造业与机器人再认识机器人再认识莫拉维克（Hans Moravec)悖论：（机器人进步悖论）高层次推理几乎不需要计算，但低层次感觉运动技能则需要大量计算。在物质世界中，人类能做很

30、多轻易而自然事情对机器人来说是极难完成。假如让计算机完成成人水平智力测验或者下棋是一件相对轻易事情，但当包括知觉和机动性时，即使完成一岁幼儿一些技能也是非常困难甚至是不可能。第72页制造业与机器人再认识机器人发展了半个多世纪，保有量还不到200万台？下一步机器人发展趋势打破莫拉维克悖论！机器人再认识第73页制造业与机器人再认识万亿美元市场！麦肯锡全球研究所公布引领全球经济变革颠覆性技术机器人重大作用：第74页制造业与机器人再认识制造业/医疗/健康/国防/服务机器人辽阔空间及巨大市场：第75页制造业与机器人再认识小结：颠覆制造模式颠覆作战模式颠覆生活模式我们正处于“机器”向“人”发展转折点上第7

31、6页制造业与机器人再认识我们正处于一个人类社会变革重大转折点上以数字化技术和机器人为代表第二次机器革命将改变我们世界！进入机器文明时代第77页目录一背景及研究现实状况二四足仿生机器人国际研究结果三山东大学机器人研究中心研究结果四机器人未来趋势一工业机器人介绍二国内外工业机器人发展现实状况三我国工业机器人发展瓶颈四机制造业与机器人再认识第78页灵巧性工作精度、速度、负载现在机器人是什么？工业机械臂工业机械手精度、速度、负载灵巧性工作现在机器人能做什么？工业机器人未来发展趋势第79页工业机器人未来发展趋势人类工作分工百分比双手为主80%胳膊为主20%为何现在机器人用少、替换少，发展慢原因结论：技术

32、限制，传统机器人不适合做这一大类工作残疾机器人富士康机器人计划第80页工业机器人未来发展趋势下一步我们应该发展什么机器人：工业机器人功效、性能、智能S.A.P灵巧类双臂、柔性机器人、灵巧手、智能传感第81页工业机器人未来发展趋势技术进步将彻底提升 机器人性能简单、低级适应性差以前机器人复杂、高级适应性强今后机器人机器人正在进行着由“机器”向“人”进化“机器”“人”第82页工业机器人未来发展趋势特殊步骤、关键岗位（量少、价高）与人互补市场需求(质量、效率)传统工业机器人特殊设备普遍应用（量大、性价比高）与人替换新一代机器人市场需求（新制造模式需要， 减人力、降成本、竞争力）机器人第83页示教再现柔性臂/双臂、人机协同下一代机器人传感、网络现在工业机器人工业物联网大数据智能性、易用性、安全性、交互性机器人技术发展趋势第84页怎样实现机器人对非人工环境高效、准确感知和适应？环境挑战任务挑战怎样实现复杂环境下完成复杂任务所需要智能决议？行为方式挑战怎样建立人机