我国工业机器人的现状与发展探究

左俊中

摘要：工业机器人技术的不断发展与应用，有利于打造中国制造的新优势，有利于推进我国工业转型升级，有利于加快我国制造强国建设，为我国的经济发展做出重要的贡献。结合行业发展，文章对我国工业机器人的现状、关键技术研制、未来发展趋势等方面进行了叙述。

关键词：工业机器人;关键技术;发展趋势;应对措施

0  引言

机器人既是先进制造业的关键支撑装备，也是改善人类生活方式的重要切入点。机器人的研发及其产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志之一。目前，机器人产业技术已经进入了全新的2.0时代，面向工业领域的工业机器人已经发展成为一种具备自感知、自决策和自执行能力的智能生产机器。工业机器人在制造业中发挥着巨大的作用，推动社会生产水平的提升，为社会的经济发展做出重要的贡献，被誉为“制造业皇冠上的明珠”。

1  我国工业机器人的现状

相比于西方发达国家而言，我国的工业机器人研究起步较晚，始于20世纪70年代，大致经历了以下5个发展时期：萌芽期（1970-1985）、技术研发期（1986-1990）、原型开发期（1991-2000）、初步工业化期（2001-2010）和快速发展期（2011-至今）。现阶段，由于全球经济的快速发展以及智能制造业的激烈竞争，我国对工业机器人的需求和应用开始猛增，当前已占全球工业机器人市场份额约三分之一，成为全球最大的工业机器人市场。

目前，我国的工业机器人应用领域主要分布于汽车制造行业、3C电子电气行业、金属加工行业、塑料及化学制品行业等众多领域，其中汽车制造行业约占33%，3C电子电气行业约占27%，两者约占据60%的市场份额。

在国家政策的大力扶持之下，经过高等院校、科研院所以及企业的不断努力，我国的工业机器人技术得到不断地发展，应用领域也不断地扩展，国产工业机器人正逐步获得市场认可。但是我国的工业机器人发展同样面临着巨大的挑战，一方面，我国在工业机器人控制器、伺服电机、减速机等核心零部件方面缺乏自己的核心技术，严重依赖进口。另一方面，发那科、安川、库卡和ABB四大工业机器人著名国际品牌，占据了国内工业机器人市场的约70%份额，使得国内品牌生存空间小，竞争激烈。

2  国外工业机器人的发展状况

世界上第一台工业机器人于1962年诞生于美国，经过50多年的发展，美国机器人技术雄厚，现已成为世界上的机器人强国之一。日本和德国虽然对工业机器人的研发晚于美国，但是日本和德国取得的成就不容小觑，在工业机器人核心技术方面，日本和德国几乎包揽了高端工业机器人领域。日本发那科（FANUC）、安川电机（YASKAWA）、德国库卡（KUKA）和瑞士ABB被称为全球工业机器人的“四大家族”，占据约50%的全球市场份额。

德国于2011年率先提出“工业4.0计划”，“工业4.0”时代的机器人不再是独立的单元，而是与物联网、大数据、云计算、人工智能紧密关联，需要具备与其他智能设备高度互联与实时交流、快速处理复杂信息等多种能力，具备柔性、安全、精确、高速、易操作等特点，实现人与机器更协调的合作。

日本于2015年1月发布了《新机器人战略》，提出了日本机器人包括强化易用性、柔性、简便性、自主化、信息化和网络化的新发展方向。为了发展下一代机器人，日本还在营造创新环境、加强应用型人才建设、推进技术和产品国际化等方面制定了一系列的重要举措。

德国工业4.0计划和日本新机器人战略，对我国工业机器人的发展具有十分积极的启示意义。

3  工业机器人的核心技术分析

对于工业机器人而言，减速机、伺服电机和驱动器、操作系统是工业机器人的关键零部件，对工业机器人的性能起着决定作用，也是国内外工业机器人的核心竞争力所在。

3.1 高精度RV减速机

高精度RV减速机具有微进给、零侧隙、高刚性、大扭矩和大减速比的特点，目前国内高精度RV减速机产品严重依赖进口。高精度RV减速机的主要关键技术包括：

3.1.1 严格的材料成型控制技术

高精度RV减速机对基本部件的材料有较高的要求，如：减速齿轮需要具备高耐磨性、高刚性和高精度等性能。因此，特别需要对材料的化学元素、元素含量、金相组织以及热处理工艺等予以严格控制，才能保证关键零件之一的减速齿轮具备高性能，满足使用要求。

3.1.2 精湛的特殊零件加工技术

非标且结构特殊的轴承是RV减速机不可或缺的组成部分，其间隙需要依据减速机零部件加工尺寸进行动态调整。因此，需要具备精湛的零件加工技术，能够对特殊的零部件做到精准地加工。

3.2 高精度电机和驱动器

工业机器人的精准控制离不开高精度伺服电机和驱动器，需要注重以下主要关键技术：

3.2.1 快速响应伺服控制技术

利用綜合性能指标优化的预测控制方法，建立电机的内部预测模型及其闭环优化设计，对电机的电流环直接进行控制，实现快速稳定的响应控制技术。

3.2.2 在线参数自整定技术

利用在线优化算法，辨别系统参数，在线进行参数优化。另外通过惯量辨识算法，伺服驱动器可以自动调整控制参数以适应实际工况的变化，实现参数自适应调整功能。

3.3 工业机器人控制系统

工业机器人的运动学控制对系统的实时性要求很高，通用的操作系统消息处理机制会导致实时性难以满足运动控制的要求。目前，主流的工业机器人采用专门定制的运动控制卡，配以使用实时操作系统，实现对数据的实时传输和运动的精确控制。

4  工业机器人的发展趋势

4.1 智能化程度更高

在信息化时代下，人工智能是大势所趋，未来工业机器人将会拥有更高程度的智能化。随着物联网、大数据、云计算和人工智能技术的不断发展，增强了工业机器人的学习能力和解决问题的能力，促进了工业机器人视觉、力觉、触觉等感官功能的提升，使机器人具备了感知环境变化并作出自主调整的能力。未来的工业机器人与人、环境的关系能够更加协调。

4.2 整体性能更强，控制系统更完善

计算机技术水平的不断提升，使机器人的整体性能不断增强，控制系统得到不断地优化与完善，作为工业机器人核心构成的控制系统呈现出统一化、标准化和网络化的特征。未来工业机器人的操作使用将更加方便快捷，模块化功能将更容易调整和维护。

4.3 应用范围更加广泛

工业机器人的应用范围不再局限于工业领域，会不断向着服务领域方向发展，如清扫机器人、早教机器人、娱乐机器人、引导机器人等。还有一些机器人用于特殊环境和场合，如救灾机器人、国防机器人、探测机器人等。另外，仿生类机器人也越来越多的得到研制应用，如仿生宠物狗，它不仅可爱会叫，而且会撒娇，给人们带来了乐趣还避免了不少的麻烦。

5  我国如何应对工业机器人发展的建议

首先，我们应该加快制订完善工业机器人产业各项国家标准和行业标准，进一步完善我国的标准化体系，积极参与国际交流与合作，实现同国际工业机器人产品标准的协调对接，加强规范国家对工业机器人产业及技术创新方面的政策扶持。为我国工业机器人产业的健康持续发展提供必要的依据与支持。

其次，对工业机器人核心技术进行攻关，突破原材料、减速机、控制器、伺服电机等技术瓶颈问题，推进核心零部件国产化，降低产品制造成本。进一步推动机器人市场需求，拓展应用领域，目前我国的工业机器人，在一些危险、有毒等特殊领域的应用相对不足。拓展应用领域，促进我国工业机器人的产业发展。

最后，注重应用型人才的培养。加强力度培养工业机器人应用型人才不能仅仅依靠职业院校培养应用型人才的方式，需要鼓励推进高校、科研院所和企业之间加强合作，联合培养多层次应用型人才，实现人才的培养与社会的需求更好地衔接。培养人才，为工业机器人的健康持续发展提供重要的保障。

6  结束语

全球工业机器人产业的蓬勃发展，将会带来一次新的技术变革。我国应该积极抓住机遇，勇于面临挑战，推动我国工业机器人产业的发展，推进我国由制造大国向制造强国的转变。工业机器人技术的不断发展，必将为我国的经济发展做出巨大的贡献。然而，我们也不能忽视机器人的发展可能带来的负面影响，比如：失业问题、珍贵资源浪费问题、智能机器人失控问题等不利影响，我们需要做到三思而行、权衡利弊，做到防患于未然，保证我国经济社会能够朝着持续、健康、快速的道路发展。

参考文献：

[1]刘春春.工业机器人产业：现状、产业链及发展模式分析[J].互联网经济，2019（1）.

[2]刘思玮.工业机器人国际产业格局[J].互聯网经济，2019（1）.

[3]骆敏舟，方健，赵江海.工业机器人的技术发展及其应用[J].机械制造与自动化，2015（1）.

[4]高冲.我国工业机器人现状及发展趋势研究[J].现代信息技术，2019（9）.

[5]柴彦玲.人工智能时代工业机器人的发展趋势[J].科技创新与应用，2018（30）.

[6]王金涛.从新松看工业机器人关键技术[J].互联网经济，2019（1）.