湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展技術(shù)路線圖設(shè)計(jì)*

張紅霞，徐會(huì)波，聶晶晶

（武漢商學(xué)院機(jī)電工程與汽車服務(wù)學(xué)院，湖北武漢 430056）

湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展技術(shù)路線圖設(shè)計(jì)*

張紅霞，徐會(huì)波，聶晶晶

（武漢商學(xué)院機(jī)電工程與汽車服務(wù)學(xué)院，湖北武漢 430056）

通過對(duì)湖北省工業(yè)機(jī)器人優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)力的分析，結(jié)合湖北區(qū)域經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖；并對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)企業(yè)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品進(jìn)行了分析研究，設(shè)計(jì)了湖北省工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)突破路線圖，對(duì)湖北地區(qū)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展節(jié)點(diǎn)及趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

工業(yè)機(jī)器人；產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)路線圖

0 引言

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求旺盛，以每年約30%的速度增長(zhǎng)，年需求量在2萬～3萬臺(tái)套，大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)成為各地政府近幾年的工作重點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展又站在了一個(gè)新的起點(diǎn)。隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)的逐步轉(zhuǎn)型升級(jí)，以工業(yè)機(jī)器人為代表的智能裝備將實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)[1-3]。機(jī)器人的技術(shù)水平不斷提高，應(yīng)用范圍越來越廣，對(duì)機(jī)器人的研究具有十分重大的科研價(jià)值與實(shí)用價(jià)值，它可以推動(dòng)人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)控制等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

1 技術(shù)路線圖

目前，技術(shù)路線圖(Technology road mapping)已成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)前瞻、研發(fā)和管理中廣泛應(yīng)用的一個(gè)基本工具。技術(shù)路線圖是對(duì)某一特定區(qū)域的未來延伸的看法，該看法集中了集體的智慧和最顯著的技術(shù)變化的相關(guān)專業(yè)人員的看法，一般是采用繪圖的形式表達(dá)出來的，形成基于未來經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科技與環(huán)境綜合判斷之上的技術(shù)創(chuàng)新路線圖，可以稱之為政府、產(chǎn)業(yè)和企業(yè)等進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的作戰(zhàn)地圖、技術(shù)發(fā)展路徑圖[4]。本文對(duì)湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)行了技術(shù)路線圖設(shè)計(jì)和研究。

2 湖北省機(jī)器人行業(yè)優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)力分析

湖北是我國(guó)重要的制造業(yè)基地，其汽車、船舶、電子等支柱產(chǎn)業(yè)是機(jī)器人應(yīng)用的主要領(lǐng)域。發(fā)展以機(jī)器人為代表的智能裝備，實(shí)現(xiàn)“制造”向“智造”轉(zhuǎn)變，蘊(yùn)含對(duì)工業(yè)機(jī)器人旺盛的需求。近年來，湖北工業(yè)機(jī)器人形成了一定的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和集成應(yīng)用的能力，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集群正在醞釀形成，產(chǎn)業(yè)發(fā)展站在了一個(gè)新的起點(diǎn)。

湖北機(jī)器人研發(fā)實(shí)力雄厚，華中科技大學(xué)、武漢大學(xué)、武漢理工大學(xué)、國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)工程研究中心、數(shù)字制造裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)均位于武漢，形成工業(yè)機(jī)器人強(qiáng)勢(shì)研發(fā)系統(tǒng)，科技實(shí)力和研發(fā)水平全國(guó)領(lǐng)先。武漢光谷有近40家工業(yè)機(jī)器人相關(guān)企業(yè)，正籌建全國(guó)首個(gè)工業(yè)機(jī)器人孵化器。重點(diǎn)通過一系列措施支持機(jī)器人相關(guān)企業(yè)和創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)發(fā)展，整合產(chǎn)業(yè)鏈上大中小企業(yè)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)抱團(tuán)發(fā)展。湖北具有代表性的幾家企業(yè)優(yōu)勢(shì)技術(shù)及產(chǎn)品狀況如表1，這幾家企業(yè)各有所長(zhǎng)，在機(jī)器人三大核心零部件方面有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有潛力繼續(xù)深入研究，獲得核心技術(shù)突破，取代外資品牌。

表1 湖北省工業(yè)機(jī)器人代表企業(yè)優(yōu)勢(shì)技術(shù)及產(chǎn)品狀況

3 湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖

3.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖分析

同國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)關(guān)于技術(shù)路線圖的研究和應(yīng)用還比較少，但已經(jīng)開始逐步認(rèn)識(shí)到技術(shù)路線圖的科學(xué)性和實(shí)用性，并探索性地開展了一些研究。2007年，廣東省科技廳對(duì)七個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了技術(shù)路線圖的開發(fā)工作，組織制定了龍芯應(yīng)用技術(shù)路線圖、廣東省綠色無鉛產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖等。2011年，上海科學(xué)研究所開展了上海新興產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略技術(shù)路線圖的一系列研究工作，應(yīng)用技術(shù)路線圖對(duì)上海十三個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展路線及策略進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。

為了進(jìn)一步加深對(duì)我省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認(rèn)識(shí)，本文從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)發(fā)展出發(fā)，通過大量文獻(xiàn)資料和科學(xué)數(shù)據(jù)分析研究，分析市場(chǎng)需求、產(chǎn)業(yè)目標(biāo)、技術(shù)難題和研發(fā)需求等，并結(jié)合湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的SWOT分析，研究并繪制出湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖和技術(shù)路線圖，為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化起到助推作用，圖1為湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線圖。

3.2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

由于工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械、計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)控制、人工智能等多個(gè)高新技術(shù)發(fā)展的綜合集成成果，而傳感技術(shù)、工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)等高新技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人工作領(lǐng)域，使工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用性價(jià)比更高[5]。毫無疑問，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是湖北地區(qū)高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分。

關(guān)鍵技術(shù)是制約工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品開發(fā)的重要因素，機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，未來將從結(jié)構(gòu)模塊化開始，以控制技術(shù)為基礎(chǔ)，向PC化、網(wǎng)絡(luò)化和多傳感器融合技術(shù)方向發(fā)展，再進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能化。

圖1 湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線圖

3.2.1 減速機(jī)

重點(diǎn)研究RV減速機(jī)，發(fā)展方向是如何通過對(duì)內(nèi)部軸承的配置，材料和熱處理工藝的改進(jìn)，增加減速機(jī)的扭轉(zhuǎn)剛度，最大抗彎彎矩，以及提高在頻繁加減速等惡劣工況下的使用壽命。

圖2 湖北省工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)路線圖

3.2.2 伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器

增加驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的瞬時(shí)過載能力，增加驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，驅(qū)動(dòng)增加相應(yīng)的自定義算法接口單元，并且采用通用的高速通訊總線作為通訊接口，進(jìn)一步提高控制品質(zhì)。簡(jiǎn)化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性，并進(jìn)一步降低成本。

3.2.3 控制器和控制結(jié)構(gòu)

（1）開放性的體系結(jié)構(gòu)

所謂開放性的體系結(jié)構(gòu)，指的是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化硬件平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)的操作環(huán)境的機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靈活控制，開發(fā)機(jī)器人可用的通用軟件包，可應(yīng)用到實(shí)時(shí)伺服控制、智能傳感器、高層人機(jī)交互等機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域。

（2）總線控制方式

在現(xiàn)場(chǎng)總線分布式結(jié)構(gòu)中，把各種開關(guān)量、模擬量變成數(shù)字信號(hào)，所有總線設(shè)備間都采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，既減小了傳輸誤差，又提高了測(cè)量精度和控制精度。

（3）智能化和網(wǎng)絡(luò)化

智能化和網(wǎng)絡(luò)化同樣是發(fā)展趨勢(shì)，未來的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該具有視覺，觸覺，具有很強(qiáng)的人機(jī)交互能力和學(xué)習(xí)能力，因此需要控制器具有多傳感器信息融合能力。同時(shí)，機(jī)器人之間可以任意組成網(wǎng)絡(luò)，完成多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制，進(jìn)一步提高自動(dòng)化和智能化程度[6]。

盡管湖北省工業(yè)機(jī)器人在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但還缺乏整體核心技術(shù)的突破，特別是在制造工藝與整套裝備方面，缺乏高精密、高速與高效的減速機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、控制器等關(guān)鍵部件。圖2為湖北省工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)路線圖，按照技術(shù)發(fā)展難易態(tài)勢(shì)和時(shí)間先后順序描繪出技術(shù)路線圖，其中時(shí)間節(jié)點(diǎn)為粗略預(yù)測(cè)。

4 結(jié)束語

通過對(duì)湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線和工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)發(fā)展路線圖的設(shè)計(jì)，認(rèn)為湖北省工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)應(yīng)集中在技術(shù)研究與轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)科學(xué)調(diào)整上，采取錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)策略，先占領(lǐng)低端市場(chǎng)，大力推廣成熟技術(shù)產(chǎn)品，通過逐步提高工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力、自主創(chuàng)新，消除惡性競(jìng)爭(zhēng)，根據(jù)市場(chǎng)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略來帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的健康持續(xù)發(fā)展。

［1］馮宇.珠三角地區(qū)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析與技術(shù)路線設(shè)計(jì)［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

［2］王田苗，陶永.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014（5）：10-13.

［3］傅翠曉.基于技術(shù)路線圖的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略制定研究—以上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)為例［J］.創(chuàng)新科技，2012（11）：29-31.

［4］李雪鳳，仝允桓，談毅.技術(shù)路線圖——一種新型技術(shù)管理工具［J］.科學(xué)學(xué)研究，2004，22（12）：89.

［5］梁一新，劉凱.促進(jìn)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略思考［J］.現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，2013（6）：28-33.

［6］柳鵬.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展及趨勢(shì)［J］.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2012（5）：20-22.

The Technology Roadmap Design of Hubei Industrial Robot Industry Development

ZHANG Hong-xia，XU Hui-bo，NIE Jing-jing
（Department of Mechanical Engineering and Automotive Services，Wuhan Business University，Wuhan430056，China）

Through the analysis of Hubei industrial robot competitive advantage，combined with the characteristic of Hubei regional economy，the roadmap of Hubei industrial robot industry is designed;and the key technology of industrial robot and the advantage products of the related enterprises are analysed and researched.Hubei industry robot breakthroughs in key technologies roadmap is also designed，the nodes and trend of Hubei industrial robot technology development and industrialization development are forecasted.

industrial robot；industrialization development；technology roadmap

TP242.2 F423

A

1009－9492(2015)10－0015－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.004

張紅霞，女，1982年生，湖北孝感人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：自動(dòng)控制。已發(fā)表論文16篇。

(編輯：阮 毅)

*湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目2015年度課題（編號(hào)：B2015384）

2015－07－30