工業機器人的現狀及其發展趨勢

摘要:工業機器人是集電子、機械、計算機、控制、人工智能為一體的現代制造業重要自動化裝備。本文通過對比國內外工業機器人的現狀，發現我國在工業機器人產業方面與國際領先水平相比存在的不足之處，剖析產生這些問題的原因并預測工業機器人未來發展趨勢，為我國將來在該領域的趕上國際領先水平提出一些設想和建議。

關鍵詞:工業機器人； 現狀； 發展趨勢

1 引言

工業機器人是集電子、機械、計算機、控制、傳感器、人工智能為一體，運用于工業領域的具有多關節機器人或者是多自由度的機器人。據聯合國經濟委員會和國際機器人聯合會統計，機器人市場在以每年30%的速度增長，而亞洲的工業機器人漲幅高達45%［1］。我國從20世紀80年代開始發展工業機器人，在國家的支持下已經基本掌握了機器人的設計、制造、控制系統、運動和軌跡規劃等技術，并將工業機器人運用到汽車制造、零件制造、機加工、電氣電子、食品等諸多行業中。事實證明，工業機器人能極大的提高生產自動化水平，提高勞動生存率和產品質量，取得比人力手工加工更大的經濟效益。去年中國市場上有3.7萬臺工業機器人正在服役，占全球總量的3.6%［2］，未來幾年中國對工業機器人的需求還將繼續上漲。因此了解當前世界上工業機器人的現狀，并了解未來的發展趨勢將會對我國工業機器人的發展有促進作用。中國雖然在工業機器人研發方面有所建樹，但是相比世界先進水平還有一定差距，只有了解了未來工業機器人的發展方向，通過跳躍式的發展才有可能趕上世界先進水平。

2 國內外工業機器人的發展現狀綜述

2.1國外工業機器人的發展現狀。

1954年，美國G.C.Devol發表了《通用重復性機器人》專利論文，第一次提出了“工業機器人”的概念。到1959年，世界上第一臺工業機器人被美國的Unimation公司制造出來，從此，工業機器人就在不斷的飛速發展，已經成為柔性制造系統(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(CIMS)的自動化工具［3］。在發展過程中工業機器人大致可以分為以下3代［4］：

第1代：示教再現型機器人，不具備反饋能力。

第2代：感覺型機器人，不僅具有內部傳感器，而且具有外部傳感器，如具有觸覺和視覺等，能獲得外部環境信息，并進行反饋調節。

第3代：智能型機器人，具有可自動控制的裝置，能理解指示命令，感知環境，識別對象，規劃自身操作程序來完成任務。

經過這么多年的發展，在國外，工業機器人技術已逐步走向成熟，成為了一種標準設備供工業產業使用，從而形成了一些具有一定影響力的著名的工業機器人公司，比如美國的Adept Technology、瑞典的ABB Robotics等［5］。

美國作為機器人的誕生地，比機器人王國日本要早五六年起步。經過40多年的發展，美國現在已經成為世界上工業機器人強國之一。美國的機器人技術仍然在國際上一直處于領先地位。

日本有著“機器人王國”的稱號，機器人的數量和密度（2009年為357，但由于數據收集來自各種工業機器人，因此與他國沒有可比性［6］）都位居世界第一。

德國引進工業機器人的時間雖然較晚，但是德國由于勞動力短缺，并且國民技術水平較高，因此工業機器人得以迅速發展。而且德國政府要求對于一些危險、有毒、有害的工作崗位必須以機器人來代替人力工作，這為德國的工業機器人開拓了廣泛的市場。因此德國得以成為僅次于日本的世界第二大工業機器人擁有國。

此外，瑞典、意大利、西班牙、丹麥、芬蘭等國由于自身國內機器人市場的大量需求，發展速度很快［3］。

2.2 國內工業機器人的發展現狀。

我國的工業機器人從20世紀80年代開始起步，由于當時經濟體制等因素的制約，發展比較緩慢，在國家的支持下嗎，20多年來，在政府的支持下，我國在工業機器人事業上取得了令人矚目的成績，理論研究和產品開發有了長足的發展，并形成了一批有技術實力的機器人研究、開發和應用隊伍。

但總體上來說，我國的工業機器人產業落后于世界領先水平，截止2007年，我國共有工業機器人2.39萬臺，是日本的1/15，北美的1/7，德國的1/6，韓國的1/3［3］。可以說是遠遠落后于這幾個國家。

由上表可以看出，雖然我國逐年的安裝量在上升，但是每年的安裝量都還是遠遠落后于世界領先水平。

中國的工業機器人市場是巨大的，目前應用的主要行業有汽車行業、電子電器行業、工程機械行業。據《我國工業機器人發展現狀》調查統計，其中汽車行業324家中，有整車廠133家，車身、車廂廠8家，零部件廠153家；電子電器行業從90年代后開始大量應用工業機器人。在93家用戶中有電視機廠14家，其他家電廠15家，電訊15家，電控開關15家，音像設備6家，其他19家；工程機械行業46家中有29加用了各種機器人78臺、2臺AGV和1條含機器人的生產線，機器人95%以上用于弧焊和噴涂［7］。

3中國在工業機器人領域存在的問題

中國目前在工業機器人領域雖然在部分方面達到了世界先進水準，但是總體上依舊遠遠落后于國際領先水平。其原因我認為有如下幾點：

3.1 中國在工業機器人領域起步較晚。工業機器人的概念的提出是在1954年，美國日本，在那之后幾年就開始進行工業機器人的開放和研究，而中國是知道80年代才剛剛開始起步，這里就已經落后了30年左右。不僅如此，在80年代起步時期，中國由于缺乏資金，在工業機器人領域的研發一直進展緩慢，導致落后更加嚴重。

3.2 由于歷史原因，中國在工業機器人的技術上落后于世界先進水平，生產的工業機器人可靠性較低，先進的工業機器人主要還是依靠從國外進口，進口的工業機器人成本偏高，大部分企業單位無法承受這么高的成本。因此中國的工業機器人銷售市場并不發達，沒有市場的推動，中國工業機器人的研發必然進展緩慢。

3.3 直到今日，中國也沒有大規模的工業機器人制造商，產業規模比較小，沒有形成自己的產業鏈，這在國際競爭中會使國產的工業機器人處于劣勢地位，制約我國工業機器人的發展。

3.4 中國的精加行業比較薄弱，無法滿足生產先進的工業機器人所需要的加工精度，這嚴重制約了國產工業機器人的發展。

3.5 中國工業機器人的研究無統一標準，導致大量重復低水平的研究，極大的浪費了科研力量 ［1］。

3.6 從國家角度來說，中國目前待業人口比較多，農民工偏多。他們主要在工廠從事一些體力勞動，如果大量引入工業機器人會增加失業人口，失業人口過多會嚴重影響到社會安定團結。因此從國家的角度來說，政府不會大力推廣工業機器人，這也將會制約中國工業機器人的發展。

4工業機器人未來的發展趨勢

工業機器人從提出概念至今已經60多年，但是工業機器人技術一直在高速的發展，未來的工業機器人勢必會有巨大的提高和進步，一些新的思想和理念也不斷的被研發人員提出，在未來的十幾年中，工業機器人可能會有這些發展趨勢：

4.1 工業機器人的應用領域將會由傳統的制造業，如冶金、石油、化學、船舶、采礦等領域擴大到航空、航天、核能、醫藥、生化等高科技領域，同時工業機器人也會逐步走向家庭，成為家庭機器人，以及一些高危行業也會逐步引入工業機器人代替人來完成危險的任務，如消防、排雷、修理高壓線、下水道清潔。人類的生活將會越來越離不開工業機器人，它們將會豐富我們的文化生活。

4.2 工業機器人可能會有向小型化發展的趨勢。ABB公司的一款小型機器人“IRB120”自重只有25千克，但是工作能力位居業內領先水平，它的工作范圍可達580毫米，每公斤物料拾取節拍僅需0.58秒，定位精度高達0.01mm，投入市場后后非常受歡迎［8］。因此工業機器人有可能往小型化發展，小型的工業機器人有其優勢，按照以往的思路都是機器人要比它加工的部件大，但隨著航空、航天、核電等技術的發展，工件尺寸越來越大，想要繼續擴大工業機器人的尺寸成本太高，因此可以換一種思路將工業機器人做小，直接在工件上實施加工。

4.3 工業機器人將會有和新發展的技術結合的趨勢，如攪拌摩擦焊、高能激光切割、變速箱裝配、板金屬變形等。一些傳統的加工過程也會由工業機器人來執行，如激光切割、激光焊接、粘接、去毛刺、測量等。

4.4 同時降低工業機器人的生產成本，提高高端工業機器人的質量，增強機器人的靈活性，爭強產品可靠性，降低機器人整個生命周期的維護費用，簡化機器人的安裝過程、系統集成及編程設置依舊是工業機器人的發展方向［9］。

中國在未來想要更好的發展工業機器人還有很多事情要做。

4.4.1 制定好工業機器人的發展路線指導國內企業進行產品開發。

4.4.2 加大工業機器人核心零部件的開發力度，完成核心技術攻關。

4.4.3 建立國內的工業機器人產業聯盟，形成產業鏈。

4.4.4 加強引導，鼓勵創新，打破先進技術主要靠進口的局面。

4.4.5 抓住國際機遇，實現跳躍式的發展，趕上國際領先水平。

5 結束語

本文通過敘述工業機器人的發展現狀，對比國內外工業機器人的當前水平，指出了中國在這個領域的不足之處。通過對未來工業機器人的發展趨勢的預測肯定了它在未來工業中的重要地位。以此提出中國在未來工業機器人的發展中應該注意的一些問題及解決方案的一些構想。工業機器人產業發展迅速，中國要把握住這個產業動向，及時制定正確的發展路線，研發具有自主知識產權的工業機器人，以此來推動本國工業的發展，進一步帶動各個行業的發展。

參考文獻

［1］ 李宇劍，巢明.我國工業機器人產業現狀與發展戰略探討【J】.制造業自動化，2010，33(12）：106-108.

［2］ 徐方，發展我國工業機器人產業的思考【J】.機器人技術與應用，2010，(5)：5-6.

［3］ 潘麗霞，論工業機器人的發展與應用【J】.山西科技，2010，25(3) ：22-23

［4］ 曹文祥，馮雪梅，工業機器人研究現狀及發展趨勢【J】.機械制造，2010，49(558)：41-43

［5］ 孫志杰，王善軍，張雪鑫，工業機器人發展現狀與趨勢【J】.吉林工程技術師范學院學報，2011，27(7)：61-6.

［6］ 王京，全球機器人市場統計數據分析【J】.機器人技術與應用，2011，(1)：25-28.

［7］ 陳佩云，金茂菁，曲忠萍，我國工業機器人發展現狀【J】.機器人技術與應用，2001，(1)：2-5

［8］ 宋慧欣，機器人是制造業迎接挑戰的關鍵【J】.自動化博覽，2011，(7)：18-1.

［9］ Torgny Brogardh，Present and future robot control development—An industrial perspective【J】.Annual Reviews in control，2007，31(1)：69-79.