什么是工業(yè)機器人
機器人是最典型的機電一體化、數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。有專家預測，機器人產(chǎn)業(yè)會成為繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
關于機器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標準，有的按負載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應用領域分。根據(jù)用途不同，可大致分為焊接機器人、搬運機器人、噴漆機器人、涂膠機器人、裝配機器人、碼垛機器人、切割機器人、自動牽引車（AGV）機器人、凈室機器人等。根據(jù)應用領域的不同，目前我國的機器人主要有兩種，即工業(yè)機器人和特種機器人，本文所講的即是工業(yè)機器人。
工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人。工業(yè)機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領行動。
工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進行控制。
在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設備已成為自動化裝備的主流。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業(yè)機器人的使用實踐表明，工業(yè)機器人的普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。
工業(yè)機器人的特點
工業(yè)機器人最顯著的特點有以下幾個：
（1）可編程。生產(chǎn)自動化的進一步發(fā)展是柔性啟動化。工業(yè)機器人可隨其工作環(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程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分。
（2）擬人化。工業(yè)機器人在機械結(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、負載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機器人對周圍環(huán)境的自適應能力。
（3）通用性。除了專門設計的專用的工業(yè)機器人外，一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機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。
（4）工業(yè)機器技術(shù)涉及的學科相當廣泛，歸納起來是機械學和微電子學的結(jié)合-機電一體化技術(shù)。第三代智能機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、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應用，特別是計算機技術(shù)的應用密切相關。因此，機器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動其他技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)的發(fā)展和應用水平也可以驗證一個國家科學技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。
當今工業(yè)機器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應能力的方向發(fā)展。當前，對全球機器人技術(shù)的發(fā)展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業(yè)機器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領先地位，而日本生產(chǎn)的工業(yè)機器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位。
我國工業(yè)機器人的發(fā)展歷程
我國工業(yè)機器人起步于20世紀70年代，與發(fā)達國家相比起步稍晚。其發(fā)展過程大致可分為三個階段：70年代的萌芽期；80年代的開發(fā)期；90年代的實用化期。上世紀90年代末期，中國投資建立了9個機器人產(chǎn)業(yè)化基地和7個科研基地，包括沈陽自動化研究所的新松機器人公司、哈爾濱工業(yè)大學的博實自動化設備有限公司、北京機械工業(yè)自動化研究所機器人開發(fā)中心、海爾機器人公司等。我國工業(yè)機器人市場主要集中在航空航天、汽車、汽車零部件、摩托車、電器、工程機械、石油化工、電力等行業(yè)。
而今經(jīng)過幾十年的研制、生產(chǎn)和應用，中國機器人產(chǎn)業(yè)從無到有，由弱變強，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前我國已生產(chǎn)出部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機器人已服務于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關科研機構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化設計制造技術(shù)；工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設計技術(shù)；機器人軟件的設計和編程技術(shù)；運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設備的開發(fā)和制備技術(shù)等。某些關鍵技術(shù)已達到或接近世界水平。
雖然中國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。中國的工業(yè)機器人應用數(shù)量仍然偏少，且主要依賴從日本、瑞典、德國、意大利、美國進口。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。從市場占有率來說，無法相提并論。工業(yè)機器人很多核心技術(shù)，當前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。
2014年我國將成為全球最大的機器人市場
據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計， 過去的4-5年時間中，世界機器人行業(yè)得到了長足的發(fā)展，行業(yè)平均增長率為8%至9%。據(jù)IFR統(tǒng)計，2011年世界機器人的總產(chǎn)值為255億美元，
2013年世界機器人行業(yè)還會持續(xù)增長。
目前，世界工業(yè)機器人裝機總量已達到一百多萬臺，主要分布在日本、美國、德國等發(fā)達國家。以汽車制造業(yè)為例，每萬名生產(chǎn)工人占有機器人的數(shù)量，日本為1710臺，意大利為1600臺，法國為1120臺，西班牙為950臺，美國為770臺，中國還不到90臺。如果考慮到制造業(yè)整體對機器人的需求，中國工業(yè)機器人市場潛力巨大。
去年全球機器人銷量的70%集中在5個國家，即日本、中國、美國、韓國和德國，中國成為僅次于日本的全球第二大機器人市場。
據(jù)統(tǒng)計，2005年至2012年，中國工業(yè)機器人銷量以年均25%以上的速度高速增長，成為全球增長最快的市場之一。這一增速自2008年之后呈現(xiàn)加快趨勢，2011年全國工業(yè)機器人銷售同比增速達到51%，可喜的是，國內(nèi)工業(yè)機器人的成本則以每年4%的速度下降，這為擴展其應用打開了空間。據(jù)統(tǒng)計，2012年我國工業(yè)機器人新安裝量達到2.7萬臺，僅次于日本。
隨著中國勞動力成本上升、安全生產(chǎn)意識增強，特別是中國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要，中國的工業(yè)機器人在未來的5-10年還將會有大的發(fā)展。在“十二五”期間，國家863項目、國家支撐計劃重大項目、國際合作重大項目等多個項目都有涉及機器人項目。國內(nèi)各個地區(qū)、省市也在大力投資機器人的產(chǎn)業(yè)建設。
據(jù)國際機器人聯(lián)合會預測，到2014年中國將成為全球最大的機器人市場。到2015年，中國機器人市場需求量將達3.5萬臺，占全球總量的16.9%。專家表示，未來3年中國工業(yè)機器人市場復合增速可達30%。
國外產(chǎn)品占據(jù)七成市場份額
雖然我國機器人市場即將成為世界第一，但是這個市場卻被國外產(chǎn)品把持。
據(jù)統(tǒng)計，2012年中國機器人市場銷量占據(jù)前十位的以國外品牌為主。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3900臺、3850臺、3470臺、3200臺。緊隨其后的還有歐地希和松下，銷售量分別為2000臺和1600臺。川崎、那智和現(xiàn)代三家廠商的銷量均為1000臺左右。
國外巨頭把持七成以上市場份額的情況并不是毫無來由的。它們在工業(yè)機器人行業(yè)擁有40年以上的豐富經(jīng)驗，與此同時，作為典型的資金技術(shù)密集行業(yè)，國外企業(yè)的規(guī)模效應也必然帶來效率。并且，國內(nèi)企業(yè)在主機成本和可靠性品質(zhì)上也不如國外品牌。以MTBF（平均無故障時間）為例，國內(nèi)產(chǎn)品平均在8000小時，而國外同類產(chǎn)品可達數(shù)萬小時，國外機器人巨頭在零部件、集成商及工藝上的努力是長期的，必然相對國內(nèi)企業(yè)有巨大的優(yōu)勢。
我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展前景
機器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領域。國際電氣電子工程師協(xié)會IEEE的科學家在對未來科技發(fā)展方向進行預測中提出了4個重點發(fā)展方向，機器人技術(shù)就是其中之一。
隨著人力成本的增加，以機器人為主導的自動化設備越來越受歡迎。工業(yè)機器人是實現(xiàn)我國
制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的強力技術(shù)手段。機器人可以改變?nèi)藗兾磥淼纳a(chǎn)生活方式?？梢詳喽?，未來機器人會像手機、電腦一樣，進入千家萬戶和社會各個領域。
現(xiàn)在以人為主導的生產(chǎn)模式，將來要變成以機器人為主導的制造模式。這雖然會減少一些傳統(tǒng)就業(yè)崗位，但新的智能制造模式也會產(chǎn)生很多新的崗位。工業(yè)機器人是實現(xiàn)我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的強力技術(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，而這個革命的主角就是工業(yè)機器人。在中國人口紅利減弱的背景下，中國工業(yè)化要創(chuàng)造新的競爭力必須進行變革，生產(chǎn)線上機器人的應用會越來越多。有專家預測，中國工業(yè)機器人幾年內(nèi)或?qū)⒂瓉砭畤娛桨l(fā)展，而非簡單的線性增長。
在新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型過程中，機器人都扮演著“催化劑”的角色。在工程機械行業(yè)，機器人往往在生產(chǎn)線上進行著點焊、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，提高勞動生產(chǎn)效率，還能改善工人的工作條件和勞動強度。近年來，中國機械行業(yè)增速放緩，亟待升級轉(zhuǎn)型，企業(yè)要想在激烈的競爭中搶奪更大的市場份額，擺脫產(chǎn)品的同質(zhì)化競爭，必須加強生產(chǎn)線自動化水平，大力引進機器人將不可或缺。
盡管各大企業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級的陣痛，但不少具備實力、具有長遠眼光的企業(yè)已經(jīng)在此陣痛中尋找到了新的出路。不少機械制造企業(yè)從上世紀90年代中期就開始應用焊接機器人和自動化焊接專機，近幾年機器人自動化生產(chǎn)線也已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，機器人自動化生產(chǎn)線的市場也會越來越大，并且逐漸成為自動化生產(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。
我國的機器人自動化生產(chǎn)線裝備的市場尚處于起步階段，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進制造裝備轉(zhuǎn)型的時期，這就給機器人自動化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機。據(jù)預測，目前中國僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類自動化線就達300多條，產(chǎn)值約為60多億元人民幣。“十二五”期間，隨著機器人產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的快速發(fā)展及下游行業(yè)的驅(qū)動，未來對機器人的需求呈現(xiàn)出強勁的發(fā)展態(tài)勢，如前所述，2014年中國即將成為全球最大的機器人市場。
巨大的市場需求也吸引國際機器人產(chǎn)業(yè)巨頭紛紛在華建廠，全力拓展中國市場。中國機器人生產(chǎn)企業(yè)面臨著機遇與挑戰(zhàn)：一方面是巨大的市場空間；另一方面則是要與狼共舞，跟國際巨頭短兵相接，爭奪市場。
巨大的市場需求和復雜的競爭環(huán)境給我國的機器人產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。在政策扶持和市場需求強勁的大背景下，如果能在發(fā)展中解決存在的問題，“中國制造”的機器人將走得更快、更遠。■
