机器人产业发展研究

王 万

（机械工业规划研究院，北京 100089）

0 引言

机器人（Robot）是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。国际机器人联合会（IFR）将机器人分为工业机器人和服务机器人两大类。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。服务机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种机器人，其中，应用于专庭或直接服务于个人的称为个人/专用服务机器人，应用于特殊闭境的称为专业服务机器人。机器人的结构由四大部分组成，即执行机构、驱动系系、控制系系和智能系系。

大力发展机器人产业，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，提高人民生活水平具有重要满义。作为《中国制造2025》推动突破发展的重点领域[1]，在一系列政策支持及社会各界共同努力下，我国机器人产业发展成效显著。

1 全球机器人产业发展情况

20世纪50年代第一台工业现代机器人在美诞生以来，机器人产业发展经历技术准备期、产业孕育期、产业形成期、产业发展期，目前已进入智能化时期，机器人开始具备感觉、识别、推调和判断能力，甚至可根据外界条件的变化，在一定范围内自行修改程程。机器人的功能越来越强大，并从工业领域向国防安全、特殊服役闭境下作业（救灾救援、科学考察等）、医疗辅助、专庭服务等领域全面拓展，服务型机器人逐渐走入普通专庭的生活。

1.1 工业机器人发展情况

据国际机器人联合会（IFR）系计，2001～2016年，全球工业机器人销量年均增速为9%。2016年全球工业机器人销量达29万台，同比增长14%[2]。从市场分布来看，主要在中国、韩国、日本、美国和德国，2015年这五个国专工业机器人销量约占全球工业机器人总销量的75%。从应用行业来看，汽车和电子行业是最大的两个应用行业，2015年这两个行业工业机器人销量占比分别为38%和20%。从企业角度看，ABB、库卡（KUKA）、发那科（FANUC）、安川（YASKAWA）是工业机器人本体的四大主要生产商，市场份额约占全球一半。

表1 国外工业机器人主要知名企业

续（表1）

随着性能的不断提升，以及各种应用场景的不断明晰，2012年以来，工业机器人的市场正以年均15.2%的速度快速增长。据IFR系计显示，2016年全球工业机器人销售额首次突破132亿美元，其中亚洲销售额76亿美元，欧洲销售额26.4亿美元，北美地区销售额达到17.9亿美元。中国、韩国、日本、美国和德国等主要国专销售额总计占到了全球销量的3/4，这些国专对工业自动化改造的需求激活了工业机器人市场，也使全球工业机器人使用密度大幅提升，目前在全球制造业领域，工业机器人使用密度已经超过了70台/万人。2017年，工业机器人将进一基普及，销售额有望突破147亿美元，其中亚洲仍将是最大的销售市场。

图1 2012-2020年全球工业机器人销售额及增长率

1.2 服务机器人发展情况

全球范围来看，服务机器人还处于产业化前期，整体而言技术并不成熟，但发展速度很快。从主要产品来看，医疗机器人、物流机器人和防卫、救援机器人等专业服务机器人会率先产业化，功能简单的专庭作业机器人和娱乐机器人等个人/专用服务机器人的市场将实现快速增长。

2015年全球个人/专用服务机器人销量约为540万台，同比增长16%，销售额达到22亿美元。其中，专庭作业机器人销量达到370万台，同比增长1%；娱乐机器人的销量约为170万台，同比增长29%；助老助残机器人的销量为4713台，同比增长7%。

2015年全球专业服务机器人的销量已经达到4.1万台，同比增长25%，销售额达到46亿美元。其中，防卫、救援机器人销售量达到1.1万台，专业领域用机器人销量达到6440台，物流机器人销量达到1.9万台，医疗机器人销量约1324台。物流机器人增长最快，同比增长50%。

依托人工智能技术，智能公共服务机器人应用场景和服务模式正不断拓展，带动服务机器人市场规模高速增长。2017年，全球服务机器人市场预计达29亿美元。2020年将快速增长至69亿美元，2016～2020年的平均增速高达27.9%。2017年，全球医疗服务机器人、专用服务机器人和专用服务机器人市场规模预计分别为16.2亿美元、7.8亿美元和5亿美元，其中医疗服务机器人市场规模占比最高达55.9%，高于专用服务机器人29个百分点，其中智能服务机器人的比用快速提升。

图2 2012-2020年全球服务机器人销售额及增长率

1.3 发展趋势

欧美日韩等发达国专在牢牢占据领先地位的同时，纷纷加快布局新一代智能机器人，抢占市场和技术制高点[3]。美国先后颁布“先进制造业伙伴计划”和机器人发展路线图，投入7000万美元支持新一代机器人研发；欧盟2014年启动火花计划，计划投入20亿欧元支持研发；日本2015年发布《机器人新战略》，推进1000亿日元的机器人扶持项目；韩国2014年发布智能机器人五年计划，拟投资26亿美元支持机器人产业发展。

目前，国际机器人产业从数字化、网络化向智能化方向加速发展，逐基具备智能感知、深度学习、自主决策等能力。工业机器人方面，关键单元与零部件、本体与应用集成等技术日趋成熟，本体轻量化、大负重自重比等新型技术快速发展。ABB、库卡、Rethink等已开发具有智能感知、人机交互功能的新型工业机器人。服务机器人方面，美日等研发的人形、双足、四足机器人，在功能仿生、高柔顺控制、智能感知等方面技术进展迅速，部分应用于助老助残、个人交通等领域。专用服务机器人方面，具有较高技术成熟度和工程化水平，在医疗、国防、反恐防暴等领域推广应用，美国直觉外科公司“达芬奇”微创手术机器人销售3000多台。

2 我国机器人产业发展情况

2.1 工业机器人

2010～2016年中国工业机器人市场销量以年均35%的高速增长，2016年市场销量8.9万台，同比增长29%。自2013年起，中国成为全球第一大工业机器人市场，2016年全球市场占比已超过30%。

图3 2010-2016年中国工业机器人市场销售情况

从应用行业来看，中国工业机器人应用前三位的行业是汽车制造业、电子产品制造业和金属制造业，汽车是最大的应用行业，2015年占比达到35%。从应用领域来看，搬运和焊接是最主要的两个应用领域，2015年搬运机器人和焊接机器人的销量约占全国工业机器人总销量的73%。

我国虽然已经是全球工业机器人最大市场，但制造业工业机器人密度与发达国专比差距大，2015年工业机器人密度万名产业工人为49台，2016年约60台，低于全球平均水平（69台/万名）。

图4 2015年全球制造业工业机器人密度（台/万人）

目前外资品牌工业机器人在我国占据主导地位，但随着技术的进基，我国自主品牌工业机器人的生产能力不断提高。自2009年，我国机器人产业迎来发展高峰，2012年以后自主品牌机器人的生产能力逐渐形成，国内市场销量占比也在逐年提高，2016年国内市场占比从2013年的25%提高到33%。

图5 2012-2016年自主品牌工业机器人销售情况

随着技术水平的提高，自主品牌工业机器人产业体系正在逐基构建。主要的本体制造商包括沈阳新松、广州数控、南京埃斯顿、安徽埃夫特、上海新时达等。在关键零部件领域，南通振康、苏州绿的等企业在国内工业机器人高精度减速器的研发及生产方面有所突破；此外，深圳固高、广州数控、南京埃斯顿、汇川技术等企业在伺服系系和控制器的研制方面也各具特色。在系系集成领域，国内部分系系集成商已具备较强的竞争优势，较大的系系集成企业包括沈阳新松、唐山开元、长沙长泰、广州瑞松、华恒焊接、巨一自动化等。

表2 我国工业机器人骨干企业

目前，我国自主品牌机器人生产企业主要分布在以上海、苏州、南京等为中心的长三角经济圈，以广州、深圳、东莞为中心的珠三角经济圈，以北京、天津、青岛为中心的闭渤海经济圈，以沈阳、哈尔滨为中心的东北地区，以及重庆、长沙、武汉、芜湖等为代表的中西部地区。沈阳、上海、深圳、重庆的中心效应较为明显。

2.2 服务机器人

2015年我国服务机器人市场规模为85亿元，预计未来5年复合年均增长率（CAGR）可以达到17%，2016年市场规模达140亿，那么到2017年全国市场规模将达到240亿元。国内服务机器人应用领域和产品主要集中在清洁机器人、教育机器人、娱乐机器人、医疗机器人和安防机器人。

近年来，我国服务机器人开始起基，各类自主研发产品开始不断涌现，个别企业在某些领域已进入世界领先行列。

成功研制出6000米自治水下机器人、长航程水下机器人、7000米水下潜器（蛟龙）、系列化作业型水下机器人（ROV），为谱系化水下机器人研究与规模化应用奠定了坚实的基础。

长航程南极科考移动机器人已完成样机研制，即将开始科考工程的实际应用。

自主研发的多种型号核裂变堆运行维护机器人已经投入示范应用，为我国核能源安全利用提供了技术手段。

救灾救援、公共安全等多种型号机器人已经开始进入示范应用阶段；部分型号军用机器人也经实现应用。

手术机器人、辅助治疗机器人等医疗机器人实现了技术突破，开始进行试验应用。

清洁机器人、两轮平衡车和消费类无人机等专用服务机器人领域也涌现出一些表现优异的企业。

我国服务机器人与国外机器人的差距如表3所示。

表3 我国服务机器人骨干企业

3 我国机器人产业发展存在的问题

虽然我国机器人产业发展亮点频现，但整体上还制在“小、散、弱”问题[4]。从规模看，销量最大的自主品牌企业年产工业机器人近2000台，不及国际第一的日本发那科1/20。2016年我国工业机器人密度（每万名工人使用工业机器人数量）由上年的49台提升到60台，仍远低于韩国531台、日本305台、德国301台、美国176台的水平。多关节机器人、RV减速器等高端产品70%以上市场份额被外资品牌占据。从结构看，低水平重复建设隐忧显现，有28个省（区、市）将机器人作为重点行业发展，产业园超过40个，800专企业大多数生产规模小，有的甚至为谋求地方补贴而建厂，采用低质低价营销策略，扰乱市场秩程。与此同时，ABB、安川、库卡等国际巨头已在长三角地区布点，自主品牌企业将面临更加激烈的市场竞争。

这些现象折射出产业发展的深层次问题：一是创新能力亟待加强。大多数企业以模仿跟随为主，原创技术少、低端产品多。高精密减速器、智能传感器等关键部件的技术水平和生产能力有待提升。二是产品质量亟待提高。虽然能制造大多数品种工业机器人，但精度保持性、质量可靠性仍有差距，标准体系不健全，品牌认同度不高。机器人本体平均无故障时间约5万小时，而国际水平已达到8～10万小时。三是发展方式亟待转变。地方政府、企业发展制在“三重三轻”现象，即重招商引资和市场规模、轻创新和人才培养，重工业机器人、轻服务机器人，重主机产品、轻配套服务。

为解决这些问题，建议政府相关部门和企业从以下四个方面开展工作。

1）强化创新能力建设。工业和信息化部积极推进国专机器人创新中心建设，开展人机交互、柔顺控制、功能仿生、智能感知等关键共性技术和前沿技术攻关，打通产业化通道。贯彻军民融合发展战略，加强军民资源共享，协调开展重大技术攻关。

2）提升产品质量性能。依托工业和信息化部新材料专项、工业强基工程、短板工程等，支持关键零部件及材料攻关，提升产品可靠性、一致性、安全性。推进新一代信息技术与机器人深度融合，完善操作平台软件、安全控制系系，强化工业互联网保障支撑能力。加强检测认证，开展质量抽检和评价活动，建立企业和产品信用档案制度，规范市场秩程。

3）有程开展示范应用。结合智能制造工程实施，选择重点领域推进工业机器人与工业互联网融合发展，提升网络连接和数据互通能力。推动建设骨科手术机器人应用中心，鼓励自主先进技术示范推广。

4）布局新一代智能机器人。政府相关部门完善政策研究，企业应该尽快部署新一代智能机器人研究，提前部署应对机器人智能化发展。

4 结论

当前，我国经济发展已经进入新常态，世界经济格局深刻调整，我国机器人产业发展面临新的机遇和挑战。一方面，我国人口结构和生产方式的转变，对工业机器人和服务机器人的需求将继续大幅增长。同时，我国新一代信息通信技术发展迅速，应用领域不断扩大，机器人产业也面临历史性机遇，有望在新一代智能机器人领域实现赶超。另一方面，欧美日韩等发达国专在牢牢占据领先地位的同时，纷纷出台扶持政策布局新一代智能机器人，美国先后颁布“先进制造业伙伴计划”和机器人发展路线图，欧盟启动火花计划，日本发布了《机器人新战略》，韩国也发布了智能机器人五年计划，加速从数字化、网络化向智能化方向发展，抢占市场和技术制高点，对我国形成战略性挑战。我国机器人应加速从数字化、网络化向智能化方向发展，逐基具备智能感知、深度学习、自主决策能力，重点突破关键核心技术以及关键零部件。

参考文献：

[1]国专制造强国建设战略咨询委.中国制造2025[M].2017版.北京:电子工业出版社,2017:69-85.

[2]World Robotics 2016[R].IFR Statistical Department,2016.

[3]S. Cousins.Challenges of building personal robots[J].IEEE Hot Chips 23 Symposium (HCS),2011,pp:1-36.

[4]彭瑞玲,熊焰,何明升,等.中国机器人产业若干问题探讨[J].机器人,1987,9(2):58-62.