揭示工業(yè)機器人發(fā)展現狀及技術(shù)趨勢

近年，隨著(zhù)勞動(dòng)力成本不斷上漲，工業(yè)領(lǐng)域“機器換人”現象普遍，工業(yè)機器人市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)也因此逐漸發(fā)展起來(lái)。由于中國城鎮單位就業(yè)人員平均工資已經(jīng)從10年前的18200元飆漲至56399元，高成本勞動(dòng)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)的重大戰略之一。

目前，機器人產(chǎn)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(xiāo)量仍然以?xún)晌粩荡蠓鲩L(cháng)，銷(xiāo)量或將達到28.5萬(wàn)臺。2015年全球工業(yè) 機器人銷(xiāo)量同比增長(cháng)12%，而全球正在使用的工業(yè)機器人已超過(guò)150萬(wàn)臺。到2018年，這一數字將突破230萬(wàn)臺，其中，140萬(wàn)臺在亞洲，占比超過(guò)一 半。

自2013年以來(lái)，中國已成為全球最大的機器人消費國。2014年消費5.6萬(wàn)臺機器人，同比增長(cháng)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(xiāo)售量為6.85萬(wàn)臺，同比增長(cháng)19.9%，預計2017年我國工業(yè)機器人市場(chǎng)規模有望突破8 萬(wàn)臺。

工業(yè)機器人由機械本體、控制系統、驅動(dòng)與傳動(dòng)系統和傳感器組件等基本部分組成。是應用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節機械手或多自由度的機械裝置，能自動(dòng)執行工作，靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現設計功能的裝置。機器人的主體為機座和執行機構，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(lèi)指揮，也可按照預先編排的指令程序運行，先進(jìn)的工業(yè)機器人能夠根據人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。

自20世紀60年代初機器人問(wèn)世以來(lái)，機器人技術(shù)經(jīng)歷了不斷的發(fā)展，已取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步和成果。主要體現在如下幾個(gè)方面：

(1)提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)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(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動(dòng)化的步伐。

(2)改善勞動(dòng)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(chǎng)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(dòng)條件。同時(shí)，在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復作業(yè)的操作中，以機器人代替人進(jìn)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，便于有節奏的生產(chǎn)應用機器人代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側面，同時(shí)由于應用機器人可以連續地工作，這是減少人力的另一個(gè)側面。因此，在自動(dòng)化機床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)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(chǎn)的節拍，便于有節奏地進(jìn)行生產(chǎn)。

目前，世界上有百萬(wàn)多臺工業(yè)機器人正在各種生產(chǎn)現場(chǎng)工作;在非制造領(lǐng)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(wù)，機器人技術(shù)的應用已拓展到社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的諸多領(lǐng)域;傳統制造領(lǐng)域，工業(yè)機器人經(jīng)過(guò)誕生、成長(cháng)、成熟期后，已成為不可或缺的核心自動(dòng)化裝備。

汽車(chē)行業(yè)仍是主要應用領(lǐng)域,工業(yè)機器人在國內的應用以汽車(chē)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)、醫藥設備、金屬制品等領(lǐng)域。從應用行業(yè)看，汽車(chē)行業(yè)依舊是中國工業(yè)機器人市場(chǎng)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(chǎn)中的工業(yè)機器人。工業(yè)機器人在鑄造生產(chǎn)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。

工業(yè)機器人在鑄造生產(chǎn)中所完成的基本功能包括：從機器的工作區域取出鑄件;依次將鑄件移送到檢測位置，進(jìn)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(chǎn)中的工業(yè)機器人應具有特殊的結構形式，以防止周?chē)橘|(zhì)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(chǎn)中的工業(yè)機器人正朝著(zhù)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(chǎn)中涉及的應用領(lǐng)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(chǎn)中應用的工業(yè)機器人，其基本功能包括：從規定位置夾持毛坯;移送到工作位置;從一個(gè)位置轉放到另一個(gè)位置(其中包括轉動(dòng));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(shù)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(chǎn)單元、柔性制造系統中，采用工業(yè)機器人輔助生產(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(shí)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(shí)，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(chǎn)中的工業(yè)機器人，既可為自動(dòng)裝配機服務(wù)，又可直接用來(lái)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(shí)現工業(yè)機器人操作必須保證基本功能的實(shí)現：如在垂直方向上手臂應該能作直線(xiàn)運動(dòng);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(chǎn)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(dòng)。當考慮上述基本功能要求時(shí)，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(guò)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(wù)及涂漆作業(yè)。涉及的應用領(lǐng)域包括：電鍍法涂層、化學(xué)法涂層、陽(yáng)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(dòng)速度、提高電傳動(dòng)的勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少金屬消耗量、減少生產(chǎn)過(guò)程所占的工作面積等是該類(lèi)工業(yè)機器人的發(fā)展方向。

同樣，在工業(yè)機器人研究領(lǐng)域，學(xué)者們正朝著(zhù)模糊控制、智能化、通用化、標準化、模塊化、高精化、網(wǎng)絡(luò )化及自我完善和修復能力等方向進(jìn)行研發(fā)。

(1)模糊控制和智能化。模 糊控制是利用模糊數學(xué)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(dòng)態(tài)，此時(shí)便可以用模糊數學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題。未來(lái)機器人的特點(diǎn)在于其具有更高的智能。隨著(zhù)計算機技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專(zhuān)家系統技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能工程技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā) 展，工業(yè)機器人的工作能力將會(huì )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(shí)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(zhù)制造業(yè)對機器人要求的提高，開(kāi)發(fā)高精度工業(yè)機器人是必然的發(fā)展結果。

(4)網(wǎng)絡(luò )化。目前應用的機器人大多僅實(shí)現了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )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，使遠距離操作監控、維護及遙控是目前機器人研究中的熱點(diǎn)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(chǎn)停頓。當出現錯誤指令時(shí)應該自己進(jìn)行報警或調試;當元器件損壞時(shí)可以自我進(jìn)行修復。

技術(shù)實(shí)力與全球差距明顯

另外，據數據統計在工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)全球重要專(zhuān)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(zhuān)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(ài)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(mén)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(jiàn)目前日本在工業(yè)機器人領(lǐng)域具備雄厚的研發(fā)實(shí)力，在專(zhuān)利技術(shù)方面的競爭優(yōu)勢明顯全球相關(guān)專(zhuān)利申請量Top15的排名中，中國國內專(zhuān)利申請人無(wú)一上榜，表明目前中國國內企業(yè)與國際巨頭之間的技術(shù)實(shí)力差距明顯。

可見(jiàn)，我國工業(yè)機器人的核心零部件要想從本質(zhì)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(shí)前景也可觀(guān)。

2017中國工業(yè)機器人市場(chǎng)發(fā)展前景

在政策等多方面的推動(dòng)下，到2017年末，中國機器人保有量將有超過(guò)40萬(wàn)臺。未來(lái)將有越來(lái)越多的中國機器人供應商進(jìn)入市場(chǎng)。外資和中國本土機器人供應商之間競爭將會(huì )越來(lái)越激烈。未來(lái)中國市場(chǎng)各種機器人的增長(cháng)潛力巨大。

另外，隨著(zhù)我國工業(yè)轉型升級、勞動(dòng)力成本不斷攀升及機器人生產(chǎn)成本下降，未來(lái)“十三五”期間，機器人是重點(diǎn)發(fā)展對象之一，國內機器人產(chǎn)業(yè)正面臨加速增 長(cháng)拐點(diǎn)。相對于服務(wù)機器人和商用機器人在國內市場(chǎng)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(jìn)入全面普及的階段。預計到2021年末，我國工業(yè) 機器人產(chǎn)量將達到11.15萬(wàn)臺;銷(xiāo)售量將達到23.04萬(wàn)臺以及保有量將達到136.04萬(wàn)臺。工業(yè)機器人未來(lái)在中國的發(fā)展潛力將是相當可觀(guān)。