福建省機器人學科發展研究報告

福建省電子學會

0 引言

隨著經濟全球化和信息技術不斷發展，當今國際競爭的關鍵已不再是傳統資源等有形資本，而是取決于科技為核心的綜合國力。而機器人技術正是在工業領域中代表高科技的典范。工業機器人在工業生產中能代替人做某些單涮、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，例如排爆、水下探測、太空研究、自主移動戰車、滅火、熱處理、焊接、塑料制品成形以及完成對人體有害物料的搬運、噴涂等操作，工業機器人都得到了廣泛的應用，大大提高了勞動生產率，降低了成本，提升了企業的競爭力，最大限度地保證了操作者的身體健康及人身安全，必將帶來可觀的社會經濟效益，因此機器人的研究具有極為重要的意義。

1 我國機器人需求現狀

近年來，工業機器人的銷售繼續呈現高增長態勢。國內需求量大增，形成對國內、國外產品一并通吃的局面。粗略統計，2010年我國進口機器人2.34萬臺，同比增長130%；進口金額5.28億美元，同比增長69%。2011年進口機器人3.8萬臺，同比增長62%；進口金額8.66億美元，同比增長了64%。

廉價勞動力曾是中國制造業發展的主動力，而眼下勞動力已不如往昔龐大，也不像曾經那么廉價。面對這種情況，制造商們不惜重金購置機器，這一方面是為了提高生產力，另一方面是想生產質量上乘的產品。這樣的變化，對習慣了不用與中國企業在高端產品市場競爭的美國、歐洲和日本企業而言，構成日漸強大的挑戰。研究報告指出，在勞動力成本上升、制造業升級要求趨于強烈和機器人價格下降等因素綜合作用下，中國市場的機器人需求正快速上升，預計到2014年就將成為“全球最大”。

上海的機器人產業目前基本被跨國公司牢牢掌控。世界四大機器人整機企業——瑞士ABB、日本發那科、安川電機和德國庫卡，其中國總部或機器人總部都在上海，上海的產量其實是他們的產量。機器人產業的特點，是龍頭企業占據上游，主導核心技術，提供核心部件如“大腦”、“心臟”和“關節”，或自行制造整機；而產業鏈下游會聚集起一批企業，向“龍頭”購買關鍵部件，根據用戶的個性化要求做配套加工和服務。目前，上海發育出了30多家本地的中小型機器人企業，絕大部分是背靠跨國公司做下游配套，具備整機量產能力的鳳毛麟角。

不過，本土企業雖然“低端”，但還有錢可賺。有關調研發現，他們雖然只能吃到大蛋糕的邊角，但得益于中國市場的大步快跑，眼下日子不難過，也沒太多危機感。

但好日子也許不會太長。由于競爭加劇、利潤收窄，龍頭企業正嘗試跳過下游企業，直接面對用戶。據分析，幾年后這種趨勢可能越發明顯。而且，上海本地企業面臨的國內同行競爭也在加劇，比如重慶、廣東、山東、遼寧等都已提出“大力發展機器人產業”；在長三角地區，一條“環上海機器人產業帶”正開始浮現。諸多國內競爭者的優勢在于，當地制造業趨于集中，他們有緊靠客戶群的種種便利，而且多項成本低于上海。

雖然有分析認為，國內機器人產業受制于跨國公司的技術壟斷，難以“自主”；但技術與產業并非單向的“因果關系”，先建立產業化平臺，扶持自主品牌整機企業，以規模化應用帶動持續研發，尋求技術突破。上海迫切需要建立大型整機企業來牽引產業鏈，有效整合國內的各方力量，推動機器人技術和核心零部件研發。

工業機器人是一種典型的實踐性技術，應用是技術進步的動力。中國市場復雜，細分程度高；而目前跨國公司的注意力集中在傳統高端市場（汽車制造、電子產品加工等），暫時無暇顧及低端和新興的市場，這是本土企業錯位競爭的機會。一旦傳統高端市場增長放緩，跨國企業轉而尋找新增長點，這種機會可能就會失去，所以必須抓緊時間。適合本土企業進入的細分市場，包括物流搬運機器人、面向工程機械的厚板焊接機器人、智能輪椅等。

不僅產業界，有關部門也要審時度勢積極調整政策措施。比如，國內發展機器人產業以往注重引進外資，但事實表明，市場換技術似乎并未奏效，因此還得著力扶持本土企業。又比如，現在機器人整機進口為零關稅，零部件進口卻要繳納關稅，這對國內企業尤其整機企業的生存發展不利。

國內機器人、機器人自動化生產線及機器人自動化成套裝備的市場也越來越大，機器人制造企業面臨巨大的市場機遇。根據發達國家產業發展與升級的歷程和工業機器人產業化發展趨勢預測，到2015年，我國機器人市場容量將達十幾萬臺套。我國機器人自動化生產線裝備市場需求主要在汽車、摩托車、石油化工、工程機械、電機、電子等行業。目前僅汽車、電子和家電、煙草、新能源等行業，年需求此類自動化線就有300多條，產值約為60多億元；

同時，目前進口機器人自動化生產線嚴重“水土不服”，也為國內企業爭奪市場提供了機會。有關專家指出，我國機器人產業化步伐較慢，工業機器人長期大量依賴進口，但是，在引進的機器人自動化生產設備中，有近一半處于不能正常運行狀態，其中問題較大的占33%，根本不能用的高達16%。據了解，進口機器人“水土不服”的主要原因是：國外系統不適合國內企業的工藝現狀；國內人員素質較低，培訓跟不上；系統選型不合理，配置不當；缺乏足夠的售前和售中技術支持；售后服務跟不上。專家指出，國外機器人產品不僅價格昂貴，而且使用效果并不理想，這為我們自主生產機器人，滿足國內市場需求，發展國產機器人及其自動化成套裝備產業，提供了良好的機遇。我國工業機器人在價格、技術支持、售后服務和工程設計、實施等方面占據較大優勢。如這一行業的龍頭企業沈陽新松機器人自動化股份有限公司，其機器人產品價格僅為國外的1/2甚至1/3，機器人自動化生產線的價格僅為國外的1/3。

考慮到國內外機器人的現狀和發展趨勢，我國人口眾多，勞力充實又低廉，與日美等國有不同的國情。我國的國力也尚不能與日、美等國相比。因此，我們不能照搬外國發展機器人技術的經驗，而要結合我國特點，探索發展我國機器人技術的道路。人多與發展機器人技術并非天生對立，問題在于如何研究。同時，外國的做法既不能原封不動地照搬，也不能一概拒之門外。對于那些可行的做法，還是值得借鑒的。2機器人學科發展的關鍵技術

現在使用的工業機器人大多缺乏智能，完成的任務相對簡單。隨著現代工業的發展，對機器人完成的任務要求愈來愈復雜，對機器人的操作精度要求也愈來愈高。現在很多裝配和檢驗機器人一般都帶有外部傳感器，如視覺和力覺傳感器，能實現智能、細微的操作。在汽車工業中，工業機器人應用最為廣泛。

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開放環境作業下的機器人是用來代替人類在很多危險環境下工作，如放射性環境、被污染的環境、煤礦、深海和宇宙空間等極限危險環境。由于人類不能直接進入，而成為機器人活躍的舞臺。正是由于人類不能進入，這類機器人才需要更多的智能。由于操作人員必須在幾百米遠，甚至幾公里以外通過無線或電纜控制其活動，完成作業任務。在進行遠程作業時，一般在機器人本體上安裝有多臺攝像機，利用傳回的圖像來對現場進行觀察.通過遠程通訊技術和信號處理技術來完成信息傳遞。

對于各種類型的危險作業機器人，雖然某些已經投入市場，但一般都存在著操作困難的特點。特別是對于多自由度操作臂的操作，一般都是由操作員在后臺，利用遙控面板對作業現場的多自由度操作臂進行操作。機械臂上的每個關節自由度的控制和操作，大多由控制面板上的單個按鍵開關進行操作，操作很不方便。機械手臂要到達目標的確定位置，必須由專門訓練的操作人員，根據作業現場的狀況，判斷機械手臂執行的動作，手工操縱多個開關實現機械手臂的運動過程，運動速度的快慢和連續性靠操作人員的熟練程度決定，大大降低了工作效率。這種操作方式效率很低，而且操作非常困難，對操作者的要求也很高，一般操作者要經過長期的訓練與磨合，才能比較順利地控制機械臂完成抓取目標物等作業的任務。為了提高機器人的易操作性、作業效率及作業的精細程度，在保證作業安全的前提下，使機器人具有一定程度的“智能”便存在著其必要性。因此需研究計算機視覺，開發機器人的智能作業系統。利用智能作業系統，操作員只需給出高層次的作業需求，機器人便能自主地完成某些作業任務，成為研究的突破點。

3 我國機器人發展的戰略對策

建議國內企業通過生產適合國情的產品和系統，迅速搶占機器人市場。根據國內外機器人技術發展及市場需求趨勢分析，為滿足國內制造業對機器人的需求，專家認為應重點發展具有自主知識產權的新型弧焊機器人、點焊機器人、裝配機器人、搬運碼垛機器人系列、產品特種加工機器人（激光加工機器人、水切割機器人）系列產品、移動機器人（AGV）系列產品、機器人控制器及數字驅動系列產品、注塑機器人系列產品等，以打破國外的壟斷和填補國內空白。為滿足“十二五”期間汽車、電子等行業大發展對機器人自動化生產線的需求，國內企業應加快研制汽車車身生產自動化成套技術和裝備、電子和電器等的機器人柔性裝配及檢測自動化生產線成套裝備、物流與倉儲自動化成套技術和裝備、新能源電池制造自動化成套生產線等，在政策層面，專家認為國家應把機器人產業發展納入到重要產業政策中，多渠道投入資金，為這一產業的發展提供良好環境，同時建議：一是對生產企業實施財政政策優惠。在工業機器人產業化的初期，為了支持國產工業機器人的發展，對規模化生產的企業，按其實際銷售的工業機器人產品，參照國際市場的平均價格，給予一定比例的補貼。對生產工業機器人的企業，實行相當幅度的稅收優惠。對開拓國際市場的國內生產企業，要有更大幅度的出口退稅等特殊政策，這也是日韓等國的經驗。對有可能形成新的經濟增長點的機器人的生產企業，要比照國家對微電子軟件等新興產業的扶持政策，實行同等程度的稅收優惠。倡導采用國產機器人及其自動化成套裝備，并給予減免稅優惠。二是對使用者給予鼓勵。從日本機器人推廣應用的經驗看，對使用機器人的企業實行減免稅，優先給予銀行貸款等政策，有利于機器人產業的發展。我國也可制定相應產業政策，鼓勵企業使用國產機器人。

我國工業機器人已有初步基礎，形成了一定的生產能力。今后要以開發特種機器人作為一個時期內的主攻方向之一，可以從前面舉過的應用例子中，挑選一批急需的應用課題，列項開發，并制訂出五年、十年和二十年的發展計劃，使我國的機器人技術和產業走上持續發展的道路。開發有害環境下的高級機器人，用以代替工人從事繁重、骯臟和危險的工作，如高溫、高壓、有毒、易爆、惡臭、放射性和高粉塵等環境以及搬運、裝卸、清洗等繁重作業。開發護理機器人，為病人服務，為千百萬殘疾人員提供幫助，減輕他們的痛苦，提高他們的自理能力，甚至使他們重返勞動崗位。

開發外科手術機器人和病癥診斷機器人（如微型機器人），用于治療一些內科疾病。開發服務機器人，讓機器人執行導游、娛樂（歌舞）、招待、售貨、掃地和洗滌等任務，為提高人類的生活質量服務。開發水下機器人和海底采礦機器人，為發展海洋工程的采礦工業貢獻。此外，還可開發下列一些機器人：地面建筑和土木施工機器人、設備檢修和維護機器人、消防和救援機器人、農業和農林漁畜產品加工機器人等。上述這些開發領域，都是我們現在需要做而又能夠做的，可以全面進行。

4 福建省機器人學科發展情況

目前，我省提出建設海峽西岸經濟區的戰略規劃，“海西”的經濟跨越式發展已引起世界矚目。由廈門理工學院申報的“機器人工程研究中心”，其“思明校區”毗鄰廈門大學，“集美校區”位于廈門大學城，四周有華僑大學、集美大學等。因此機器人工程研究中心的經濟環境、信息環境與科研環境十分優越。具有良好的科學研究條件。

福建省高校機器人工程研究中心（廈門理工學院），構建集教學與科研、科技開發與經濟建設相結合的創新型研究中心，依托廈門唐松機器人科技有限公司多年對工業機器人機構設計、伺服控制系統開發的領先優勢，依托安特威爾叉車屬具（廈門）有限公司對機器人集成系統應用，以及自主移動屬具產品的開發需要，凝結該校具有科技創新與較高科研能力的團隊，在智能控制、光電技術、圖像處理、實時操作系統等領域開展研究，面向地方機器人產業經濟、科技和社會發展的需要，使之成為持續增強地方服務海西的科技創新能力、不斷獲取機器人關鍵技術和自主知識產權的重要科研基地，形成一個在閩臺地區以至全國都頗具影響的機器人創新型人才培養基地，實現“政、產、學、研”的完美結合，并以該工程研究中心作為開放式的公共平臺，為地方經濟發展服務，將會從根本上提升我省機器人產業的技術水平和競爭力，不斷提高工程技術研發能力和水平，促進我省國民經濟的發展，為產業經濟的發展做出應有的貢獻。

福建省高校機器人工程研究中心（廈門理工學院）凝聚了一批省級重點學科光學工程、省級特色專業電氣工程及自動化和自動化專業的具有科技創新精神與較高科研能力的成員，在光電成像技術、傳感技術、電機驅動、伺服控制、多自由度機器人姿態運動學控制以及工業機器人集成應用等方面有較高技術水平與優勢。省內高校都表示，本著資源共享、面向市場、互惠互利的基本原則，深度推進兄弟高校合作是發展高科技、實現產業化的重要舉措，是科技轉化為生產力、開發自主知識產權的基本途徑，對推動經濟繁榮和職業教育發展將起到積極的作用。

廈門市集美職業技術學校系國家級重點中專，其“焊接技術應用及自動化專業”為國家級示范專業，廈門市最大的技能人才培訓基地。現有日本松下生產的電源融合型TAWERS1400六關節機器人系統一套（含200KG外部軸變位系統和350A的MIG電源），可進行金屬的高品質焊接。廈門松必與集美職校共同建立的應用技術中心，為機器人應用技術研發提供良好的實踐基地，實現將研發成果產業化的總體目標。

機器人系統集成公司掌握大量的應用技術案例儲備和企業用人信息，通過與廈門思爾特公司（ABB機器人系統）、廈門松興公司（松下焊接機器人系統集成）進行校企合作，與廈門唐松機器人科技有限公司建立校企聯盟，將其機器人系統集成總裝車間引進學校實訓工廠，為焊接專業和相關專業搭建機器人資源實訓平臺，實現校中有廠、廠中有學、產學互助、工學結合的校企合作培養模式。共同生產焊接機器人系統，建立與完善工學結合實訓基地的管理與運行機制。

廈門松興機器有限公司成立于1996年，是一家專注于焊接、切割及綜合應用的技術企業，是福建最大的焊接產品銷售企業。主要銷售日本松下電焊機及松下機器人，德國KEMPER除塵設備——全球最大的空氣除塵設備廠。公司自成立以來，秉承致力于“為客戶提供焊割整體解決方案”，堅掙“服務先于銷售”的銷售服務理念，一直以來，得到廈工、廈船、金龍、正興等諸多國內大型企業的一致好評，有力地促進福建焊接切割行業的發展。公司堅持‘馓業、嚴謹、勤奮、激情”的工作作風，“永續創新，全方位成就所托”的經營理念，用高新技術（機器人技術）推動現代制造技術的發展的企業宗旨，致力于成為國內頂尖的焊接切割產品提供商。目前，隨著公司的穩步發展，在站穩福建市場的同時，產品已銷往全國各地，并推廣至韓國、印度等國外地區，擁有良好、廣闊的市場前景。

廈門唐松機器人科技有限公司是福建松興集團投資的全資子公司，福建松興集團在全國各地擁有多家子公司，包括廈門松興、廈門思爾特、福州松興、泉州松興、上海閩凡等多家公司，目前年產值達3.5億；公司是日本Panasonic主要合作伙伴，還與德國KUKA合作，是一家集設計、制造、銷售于一體的專業從事機器人焊接系統及相關工業自動控制系統的綜合性企業。公司憑借雄厚的技術力量、科學規范的質量管理體系、與科研單位（院校）長期合作的優勢，鑄就卓越的產品品質，使公司在激烈的競爭中發展壯大。公司專注于汽車零部件行業、貨架行業、工程機械行業焊接自動化設備及相關工業自動控制系統的研發與制造，為客戶提供完善的技術方案以及先進的自動化設備。先后為廈工、龍工、柳工、正興、金龍、東南汽車等多家國內大型企業設計生產大型自動化焊接設備及控制系統，以良好的信譽和優良的品質深受客戶信賴并有著長期深入的合作。公司作為一個成長型高技術企業，以打造具有強大核心競爭力的現代企業為目標，向廣大企業提供全面的、高技術含量的工業機器人系統。

5 機器人在福建省的應用情況

福建境內多山地丘陵，交通不便，隨著電網建設的加速發展，線路設備巡視任務日益繁重。為解決這一問題，福建省電力有限公司和中科院沈陽自動化研究所經過兩年多的努力，終于聯合研制出這臺“能在電線上跳舞”的機器人。

這臺機器人體重40公斤，平均爬行速度1.25千米/小時，最大爬坡角度30度，蓄電池可連續工作8小時，能夠在500千伏的超高壓輸電線路上輕松跨越各種障礙。機器人被電力員工安裝在輸電線路上，它帶著滑輪的“手臂”抓住電線行走自如。一旦遇到障礙物時，機器人一條手臂松開，另一手臂帶動身體旋轉1 80度，就能輕松越過障礙繼續前進。輸電線路的導線及桿塔長期暴露在野外，為確保其安全可靠運行，電力維護部門需要定期進行巡檢。但目前采用的人工巡檢消耗的人力、物力大，巡視人員依靠目測判斷效率低，難以達到理想的效果。為解決人工巡視存在的問題，直升機巡線技術在國內得到應用，但直升機巡線費用成本高，并受惡劣氣候條件的限制。巡檢機器人系統由巡檢機器人和地面移動基站組成。機器人能夠在超高壓輸電線路上沿線行走以及跨越障礙，攜帶攝像機檢測輸電設備的損傷情況，并將檢測到的數據和圖像通過無線傳輸系統發送到地面基站，以便地面人員及時準確地掌握輸電線路的運行狀態，發現線路設施的損傷、缺陷等故障情況。

超高壓線巡檢機器人的應用，不僅可以減輕工人‘‘千里巡線”的勞動強度，降低高壓輸電的運行維護成本，還可以提高巡檢作業的質量和科學管理技術水平，對于增強電力生產自動化綜合能力，創造更高的經濟效益和社會效益都具有重要意義。

機器人在我省焊接行業也得到廣泛應用，全省焊接機器人的總保有量約1500臺，年增長率約為35%。焊接機器人以其應用行業廣，工藝靈活多樣，生產效率高，產品品質好，生產清潔，作業者勞動強度低，易于實現無人化，柔性化和智能化等優點，正逐步取代傳統的手工焊接方法。

6 福建省機器人學科發展存在的問題與對策

我省從上世紀80年代開始在高校和科研單位里面開展工業機器人的研究，近20年來取得不少的科研成果。但是由于沒有和企業有機地進行聯合，至今仍末形成具有影響力的產品和有規模的產業。目前省內除了幾家以組裝為主的中外合資的機器人公司外，具有知識產權的工業機器人仍停留在高校或科研單位組織的零星生產，未能形成氣候。

通過福建省高校機器人工程研究中心平臺，實現其與企業合作，匯聚和培養學術團隊、凝煉科研方向和建設創新機制，開展工程技術研究開發、人才培養、開放服務，提高學科整體水平的目標。

6.1加強產學研合作

開展科研機構與企業界合作，實現科技成果轉化與產業化的跨越式發展；積極吸引和利用各種社會優勢資源，多渠道籌集資金，催生社會資本的投人，創立科技成果轉化與產業化專項基金，專項基金用于扶持科技成果轉化與產業化，以及具有市場前景的高新技術研究。

6.2培養高校研發人員

引進一批高職稱或高學歷人才，建立科研團隊，成為省內先進、同類學科和相關專業方向領先、國內具有一定知名度、具有示范與輻射作用的工程中心。

6.3改善基礎條件

有效改善科研實驗教學條件及科技創新環境，增強可持續發展能力，形成多學科協調發展、產業特征明顯、特色鮮明的學科體系，為地方經濟的發展培養優秀的人才，為地方產業的科技發展提供有力的技術支撐。

6.4建立機器人產業集團，形成規模生產

在現有機器人研究單位和生產企業的基礎上，規劃調控，優化組合，籌建中國機器人產業集團和機器人工程公司，形成生產—供銷—應用一維修一條龍體系。

我省應選擇工業發達、交通方便和技術密集的一些城市，重點扶植在機器人開發和生產方面有優勢的單位，建立幾個機器人工程公司，從事工業機器人的批量生產和實施機器人應用工程，使我省的機器人生產和應用向產業化、集團化方向發展。

6.5開展國際技術合作

從市場角度講，要在國際機器人領域占有一席之地，就必須立足國內需求和放眼國際市場有機地結合，并與國外機器人廠商爭奪國內市場。從某種意義上來說，占領國內市場就是占領國際市場。另外，還應該在立足國內市場的基礎上，選擇某些優質項目、產品或技術，進軍國際市場，參與國際競爭，直接在國際市場占有一席之地。

6.6培育與開拓國內機器人市場

雖然我省目前的機器人市場不大，但其潛在市場很大。汽車、工程機械、電子、電機和金屬加工等工業仍是應用機器人的主要部門。在這些部門，機器人的裝機臺數與實際需要相差甚遠，有很大的市場。對于建筑、包裝、空間、海洋、采礦（含海底采礦）、電力、農林和醫療等新的領域，其機器人市場也是很大的。只要用得成功，就比較容易推廣應用。擴大機器人的應用領域是開拓國內機器人市場的必要舉措之一。

6.7穩定和擴大研發隊伍

穩定和擴大機器人研發隊伍，充分調動他們的積極性和創造性，讓他們的聰明才智更好地為發展我國的機器人事業服務。要認清現狀和發展方向，制定明確的發展目標，制訂并執行積極可行的發展對策。