什么是工業(yè)機(jī)器人
機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化、數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來(lái)越重要的作用。有專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)會(huì)成為繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
關(guān)于機(jī)器人分類，國(guó)際上沒(méi)有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負(fù)載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。根據(jù)用途不同，可大致分為焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、涂膠機(jī)器人、裝配機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、切割機(jī)器人、自動(dòng)牽引車（AGV）機(jī)器人、凈室機(jī)器人等。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，目前我國(guó)的機(jī)器人主要有兩種，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人，本文所講的即是工業(yè)機(jī)器人。
工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。
工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。
在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主流。國(guó)外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了大量的工傷事故。全球諸多國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。
工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)
工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：
（1）可編程。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性啟動(dòng)化。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。
（2）擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺(jué)傳感器、聲覺(jué)傳感器、語(yǔ)言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。
（3）通用性。除了專門設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。
（4）工業(yè)機(jī)器技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機(jī)電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語(yǔ)言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)其他技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗(yàn)證一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。
當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強(qiáng)的對(duì)作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展。當(dāng)前，對(duì)全球機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展最有影響的國(guó)家是美國(guó)和日本。美國(guó)在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位，而日本生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位。
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步稍晚。其發(fā)展過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：70年代的萌芽期；80年代的開(kāi)發(fā)期；90年代的實(shí)用化期。上世紀(jì)90年代末期，中國(guó)投資建立了9個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地和7個(gè)科研基地，包括沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的新松機(jī)器人公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所機(jī)器人開(kāi)發(fā)中心、海爾機(jī)器人公司等。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)主要集中在航空航天、汽車、汽車零部件、摩托車、電器、工程機(jī)械、石油化工、電力等行業(yè)。
而今經(jīng)過(guò)幾十年的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有，由弱變強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前我國(guó)已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來(lái)。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù)；運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。
雖然中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用數(shù)量仍然偏少，且主要依賴從日本、瑞典、德國(guó)、意大利、美國(guó)進(jìn)口。其中，日本約占64%，歐洲約占36%。制造商主要有FANUC、Yaskawa、ABB、COMAU、KUKA和Staubli等。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，無(wú)法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，當(dāng)前我們尚未掌握，這是影響我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。
2014年我國(guó)將成為全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)
據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）統(tǒng)計(jì)， 過(guò)去的4-5年時(shí)間中，世界機(jī)器人行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，行業(yè)平均增長(zhǎng)率為8%至9%。據(jù)IFR統(tǒng)計(jì)，2011年世界機(jī)器人的總產(chǎn)值為255億美元，
2013年世界機(jī)器人行業(yè)還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。
目前，世界工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)總量已達(dá)到一百多萬(wàn)臺(tái)，主要分布在日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。以汽車制造業(yè)為例，每萬(wàn)名生產(chǎn)工人占有機(jī)器人的數(shù)量，日本為1710臺(tái)，意大利為1600臺(tái)，法國(guó)為1120臺(tái)，西班牙為950臺(tái)，美國(guó)為770臺(tái)，中國(guó)還不到90臺(tái)。如果考慮到制造業(yè)整體對(duì)機(jī)器人的需求，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大。
去年全球機(jī)器人銷量的70%集中在5個(gè)國(guó)家，即日本、中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)，中國(guó)成為僅次于日本的全球第二大機(jī)器人市場(chǎng)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年至2012年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量以年均25%以上的速度高速增長(zhǎng)，成為全球增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)之一。這一增速自2008年之后呈現(xiàn)加快趨勢(shì)，2011年全國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷售同比增速達(dá)到51%，可喜的是，國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的成本則以每年4%的速度下降，這為擴(kuò)展其應(yīng)用打開(kāi)了空間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人新安裝量達(dá)到2.7萬(wàn)臺(tái)，僅次于日本。
隨著中國(guó)勞動(dòng)力成本上升、安全生產(chǎn)意識(shí)增強(qiáng)，特別是中國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人在未來(lái)的5-10年還將會(huì)有大的發(fā)展。在“十二五”期間，國(guó)家863項(xiàng)目、國(guó)家支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目、國(guó)際合作重大項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目都有涉及機(jī)器人項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)各個(gè)地區(qū)、省市也在大力投資機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)建設(shè)。
據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)預(yù)測(cè)，到2014年中國(guó)將成為全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)。到2015年，中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)需求量將達(dá)3.5萬(wàn)臺(tái)，占全球總量的16.9%。專家表示，未來(lái)3年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)復(fù)合增速可達(dá)30%。
國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)七成市場(chǎng)份額
雖然我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)即將成為世界第一，但是這個(gè)市場(chǎng)卻被國(guó)外產(chǎn)品把持。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)銷量占據(jù)前十位的以國(guó)外品牌為主。其中，發(fā)那科、安川、KUKA、ABB“四大家族”穩(wěn)居前列，銷售數(shù)量分別高達(dá)3900臺(tái)、3850臺(tái)、3470臺(tái)、3200臺(tái)。緊隨其后的還有歐地希和松下，銷售量分別為2000臺(tái)和1600臺(tái)。川崎、那智和現(xiàn)代三家廠商的銷量均為1000臺(tái)左右。
國(guó)外巨頭把持七成以上市場(chǎng)份額的情況并不是毫無(wú)來(lái)由的。它們?cè)诠I(yè)機(jī)器人行業(yè)擁有40年以上的豐富經(jīng)驗(yàn)，與此同時(shí)，作為典型的資金技術(shù)密集行業(yè)，國(guó)外企業(yè)的規(guī)模效應(yīng)也必然帶來(lái)效率。并且，國(guó)內(nèi)企業(yè)在主機(jī)成本和可靠性品質(zhì)上也不如國(guó)外品牌。以MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）為例，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品平均在8000小時(shí)，而國(guó)外同類產(chǎn)品可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，國(guó)外機(jī)器人巨頭在零部件、集成商及工藝上的努力是長(zhǎng)期的，必然相對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)有巨大的優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展前景
機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的科學(xué)家在對(duì)未來(lái)科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)中提出了4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。
隨著人力成本的增加，以機(jī)器人為主導(dǎo)的自動(dòng)化設(shè)備越來(lái)越受歡迎。工業(yè)機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)我國(guó)
制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的強(qiáng)力技術(shù)手段。機(jī)器人可以改變?nèi)藗兾磥?lái)的生產(chǎn)生活方式?？梢詳喽?，未來(lái)機(jī)器人會(huì)像手機(jī)、電腦一樣，進(jìn)入千家萬(wàn)戶和社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。
現(xiàn)在以人為主導(dǎo)的生產(chǎn)模式，將來(lái)要變成以機(jī)器人為主導(dǎo)的制造模式。這雖然會(huì)減少一些傳統(tǒng)就業(yè)崗位，但新的智能制造模式也會(huì)產(chǎn)生很多新的崗位。工業(yè)機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的強(qiáng)力技術(shù)手段。
放眼世界，以“數(shù)字化智能制造”為核心的第三次工業(yè)革命浪潮已經(jīng)到來(lái)，而這個(gè)革命的主角就是工業(yè)機(jī)器人。在中國(guó)人口紅利減弱的背景下，中國(guó)工業(yè)化要?jiǎng)?chuàng)造新的競(jìng)爭(zhēng)力必須進(jìn)行變革，生產(chǎn)線上機(jī)器人的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。有專家預(yù)測(cè)，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人幾年內(nèi)或?qū)⒂瓉?lái)井噴式發(fā)展，而非簡(jiǎn)單的線性增長(zhǎng)。
在新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型過(guò)程中，機(jī)器人都扮演著“催化劑”的角色。在工程機(jī)械行業(yè)，機(jī)器人往往在生產(chǎn)線上進(jìn)行著點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等工作，不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，還能改善工人的工作條件和勞動(dòng)強(qiáng)度。近年來(lái)，中國(guó)機(jī)械行業(yè)增速放緩，亟待升級(jí)轉(zhuǎn)型，企業(yè)要想在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中搶奪更大的市場(chǎng)份額，擺脫產(chǎn)品的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)，必須加強(qiáng)生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，大力引進(jìn)機(jī)器人將不可或缺。
盡管各大企業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的陣痛，但不少具備實(shí)力、具有長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光的企業(yè)已經(jīng)在此陣痛中尋找到了新的出路。不少機(jī)械制造企業(yè)從上世紀(jì)90年代中期就開(kāi)始應(yīng)用焊接機(jī)器人和自動(dòng)化焊接專機(jī)，近幾年機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線也已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來(lái)顯著效益。隨著我國(guó)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線的市場(chǎng)也會(huì)越來(lái)越大，并且逐漸成為自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要方式。這些舉措不僅使企業(yè)的生產(chǎn)效率得到了有效提高，也轉(zhuǎn)變了員工的傳統(tǒng)觀念。
我國(guó)的機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線裝備的市場(chǎng)尚處于起步階段，而國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時(shí)期，這就給機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線研究開(kāi)發(fā)者帶來(lái)巨大商機(jī)。據(jù)預(yù)測(cè)，目前中國(guó)僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類自動(dòng)化線就達(dá)300多條，產(chǎn)值約為60多億元人民幣。“十二五”期間，隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)的快速發(fā)展及下游行業(yè)的驅(qū)動(dòng)，未來(lái)對(duì)機(jī)器人的需求呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)，如前所述，2014年中國(guó)即將成為全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)。
巨大的市場(chǎng)需求也吸引國(guó)際機(jī)器人產(chǎn)業(yè)巨頭紛紛在華建廠，全力拓展中國(guó)市場(chǎng)。中國(guó)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)面臨著機(jī)遇與挑戰(zhàn)：一方面是巨大的市場(chǎng)空間；另一方面則是要與狼共舞，跟國(guó)際巨頭短兵相接，爭(zhēng)奪市場(chǎng)。
巨大的市場(chǎng)需求和復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境給我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在政策扶持和市場(chǎng)需求強(qiáng)勁的大背景下，如果能在發(fā)展中解決存在的問(wèn)題，“中國(guó)制造”的機(jī)器人將走得更快、更遠(yuǎn)。■
