一、工業(yè)機(jī)器人概述
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。
二、工業(yè)機(jī)器人特點(diǎn)分析
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、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對周圍環(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、業(yè)機(jī)器技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，歸納起來是機(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)的對作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展。當(dāng)前，對全球機(jī)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(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。
三、我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
1、市場需求快速增長，但嚴(yán)重依賴國外進(jìn)口
我國工業(yè)機(jī)器人市場已呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。從2010年開始我國工業(yè)機(jī)器人需求量激增，但目前我國新增工業(yè)機(jī)器人中超過70%依賴國外進(jìn)口。
2、產(chǎn)業(yè)化初步取得進(jìn)展，但程度較低
近年來，在需求快速擴(kuò)張及國家自主創(chuàng)新政策作用下，國內(nèi)一大批企業(yè)或自主研制或與科研院所合作，進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人研制和生產(chǎn)行列，我國工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了初步產(chǎn)業(yè)化階段。一些產(chǎn)品已開始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，但由于在精度、速度等方面不如進(jìn)口的同類產(chǎn)品，因此這些產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用程度較低，缺乏品牌認(rèn)知度，市場份額小。
3、掌握了一些先進(jìn)技術(shù)，但整體技術(shù)水平仍然較低
我國目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、電焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。一些產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)到國際先進(jìn)水平，但在總體技術(shù)上還有很大差距，僅相當(dāng)于國外90年代中期的水平。
四、國產(chǎn)機(jī)器人政策扶持
雖然我國工業(yè)機(jī)器人市場即將成為世界第一，但這個(gè)市場卻被外資品牌把持。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國工業(yè)機(jī)器人市場銷量占據(jù)前10位的以外資品牌為主，外資巨頭把持八成以上市場份額。
面對光明的前景與產(chǎn)業(yè)化起步初期的薄弱基礎(chǔ)，我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)亟須建立產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)發(fā)展規(guī)劃、共性技術(shù)平臺(tái)等“頂層設(shè)計(jì)”，加快自主品牌發(fā)展步伐。而這其中，制定工業(yè)機(jī)器人專項(xiàng)規(guī)劃，加大技術(shù)研發(fā)力度，顯得尤為重要。
隨著近幾年國內(nèi)機(jī)器人概念的不斷升溫，關(guān)于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的相關(guān)扶持政策不斷跟進(jìn)。2011年，工信部發(fā)布智能制造裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。2012年，科技部發(fā)布服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃，提出要攻克工業(yè)機(jī)器人本體、精密減速器、伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)、控制器等核心部件的共性技術(shù)，自主研發(fā)工業(yè)機(jī)器人工程化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人機(jī)器核心部件的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化。
“十二五”是中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，市場需求也將呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。2015年工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望超過萬億，智能制造及智能化設(shè)備的行業(yè)前景樂觀。以深圳為例，數(shù)據(jù)顯示，與機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的信息、家電、通信等裝備制造業(yè)的產(chǎn)品規(guī)模已達(dá)3000多億元，居全國前列。2012年深圳的機(jī)器人企業(yè)產(chǎn)值平均增長速度超過了30％，個(gè)別企業(yè)的增速甚至達(dá)200％。
要鼓勵(lì)金融資本、風(fēng)險(xiǎn)投資及民間資本投向工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。對技術(shù)先進(jìn)、優(yōu)勢明顯、帶動(dòng)和支撐作用強(qiáng)的工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目，要優(yōu)先給予信貸支持。積極支持符合條件的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)在海內(nèi)外資本市場直接融資。
同時(shí)，在國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人可靠性達(dá)到一定水平的情況下，推出首臺(tái)套補(bǔ)貼政策。允許成立工業(yè)機(jī)器人租賃公司，以促進(jìn)資金不太雄厚的小企業(yè)對于工業(yè)機(jī)器人的使用，工業(yè)機(jī)器人租賃或可成為促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一種模式。
五、面臨挑戰(zhàn)分析
1、外資品牌占國內(nèi)市場絕對份額
瑞典的abb、日本的fanuc（發(fā)那科）、日本的YASKAWA（安川電機(jī)）、德國的kuka（庫卡）等知名企業(yè)產(chǎn)品在中國市場的占有率達(dá)到近90%，僅FANUC一家，就在我國占有23%的市場份額。
2、關(guān)鍵核心部件受制于人
雖然我國在工業(yè)機(jī)器人相關(guān)零部件方面有了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但是無論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列，還是批量化供給方面都與國外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機(jī)和精密減速器方面的差距尤其明顯，長期依賴進(jìn)口。
3、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有待規(guī)范
伴隨我國工業(yè)機(jī)器人需求的迅猛增長，實(shí)力良莠不齊的企業(yè)紛紛進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)市場，勢必造成質(zhì)低價(jià)廉的惡性競爭；雖然我國有近百家從事工業(yè)機(jī)器人研究生產(chǎn)的高校院所和企業(yè)，但現(xiàn)行的體制造成研究形式上過于獨(dú)立封閉、內(nèi)容上較為分散，難以形成合力，造成重復(fù)研究與時(shí)間、經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)；多數(shù)企業(yè)熱衷于大而全，一些關(guān)鍵部件研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)入整機(jī)的生產(chǎn)，難以形成研發(fā)、生產(chǎn)、制造、銷售、集成、服務(wù)等有序、細(xì)化的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有待規(guī)范。
4、研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面的激勵(lì)政策尚需完善
盡管十一五及十二五期間，國家有多個(gè)項(xiàng)目涉及機(jī)器人領(lǐng)域，但行業(yè)仍未建立起有效的公共技術(shù)平臺(tái)以加強(qiáng)關(guān)鍵共性技術(shù)和核心功能部件的研究與突破，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也難以推進(jìn)，研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面的激勵(lì)政策尚需細(xì)化完善。
六、國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢分析
1、工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。
2、機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。
3、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
4、機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
5、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。
七、我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來發(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。國際電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了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)備越來越受歡迎。工業(yè)機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的強(qiáng)力技術(shù)手段。機(jī)器人可以改變?nèi)藗兾磥淼纳a(chǎn)生活方式。可以斷定，未來機(jī)器人會(huì)像手機(jī)、電腦一樣，進(jìn)入千家萬戶和社會(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)我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的強(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，而這個(gè)革命的主角就是工業(yè)機(jī)器人。在中國人口紅利減弱的背景下，中國工業(yè)化要?jiǎng)?chuàng)造新的競爭力必須進(jìn)行變革，生產(chǎn)線上機(jī)器人的應(yīng)用會(huì)越來越多。
在新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型過程中，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，中國機(jī)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(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)型升級的陣痛，但不少具備實(shí)力、具有長遠(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)，并給用戶帶來顯著效益。隨著我國工業(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)線的市場也會(huì)越來越大，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。
巨大的市場需求和復(fù)雜的競爭環(huán)境給我國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在政策扶持和市場需求強(qiáng)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(jī)器人將走得更快、更遠(yuǎn)。
隨著中國勞動(dòng)力成本上升、安全生產(chǎn)意識(shí)增強(qiáng)，特別是中國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要，中國的工業(yè)機(jī)器人在未來的5-10年還將會(huì)有大的發(fā)展。在“十二五”期間，國家863項(xiàng)目、國家支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目、國際合作重大項(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)。
我國的機(jī)器人自動(dòng)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(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)線研究開發(fā)者帶來巨大商機(jī)。據(jù)預(yù)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(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)在國內(nèi)的快速發(fā)展及下游行業(yè)的驅(qū)動(dòng)，未來對機(jī)器人的需求呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢，據(jù)預(yù)測，到2014年中國將成為全球最大的機(jī)器人市場。到2015年，中國機(jī)器人市場需求量將達(dá)3.5萬臺(tái)，占全球總量的16.9%。專家表示，未來3年中國工業(yè)機(jī)器人市場復(fù)合增速可達(dá)30%。
