工業機器人的昨天、今天和明天
時間:2016-04-25 01:42:23來源:本站
工業機器人是最典型的機電一體化數字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業的支撐技術和信息化社會的新興產業，將對未來生產和社會發展起著越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產業是繼汽車、計算機之后出現的一種新的大型高技術產業。
1.工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備，它涉及機械工程學、電氣工程學、微電子工程學、計算機工程學、控制工程學、信息傳感工程學、聲學工程學、仿生學以及人工智能工程學等多門尖端學科。工業機器人是機器人學的一個分支，它代表了機電一體化的最高成就。隨著科學技術的不斷發展，工業機器人已成為柔性制造系統（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系統（CIMS）的自動化工具。廣泛采用工業機器人，不僅可提高產品的質量與數量，而且對保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本，對促進我國制造業的崛起，有著十分重要的意義。
2.工業機器人在世界各國的的發展
1962年,美國AMF公司制造了世界上第一臺實用的示教再現型工業機路人。迄今為止，世界上對于工業機器人的研究、開發及應用已經經歷了50多年的歷程。日本、美國、法國、德國的工業機器人產品已日趨成熱和完善。隨著現代科技的迅速發。工業機器人技術已經廣泛地應用于各個生產領城。在制造業中誕生的工業機器人是繼動力機、計算機之后出現的，全面延伸人的體力和智力的新一代生產工具。工業機器人的應用是一個國家工業自動化水平的重要標志。在國外，工業機器人產品日趨成熟，已經成為一種標準設備而被工業界廣泛地應用，從而相繼地形成了一批具有影響力的著名的工業機器人公司。比如，跨國集團公司abb，日本發那科(fanuc)、安川電機(Yaskawa)，德國kuka ，美國Adept Technology、 American Robot、 Emerson Industrial Automation、 S-T Robotics，意大利comau，英國AutoTech Robotics，加拿大Jcd International Robotics，以色列Robogroup Tek公司等，這些公司已經成為它們所在國家和地區的支柱性產業。
工業機器人的發展過程可以分為以下三個階段：
第一代機器人為目前工業中大量使用的示教再現機器人，通過示教存儲信息，工作時讀出這些信息，向執行機構發出指令，執行機構按指令再現示教的操作，廣泛應用于焊接、上下料、噴漆和搬運等。
第二代機器人是帶感覺的機器人，機器人帶有視覺、觸覺等功能，可以完成檢測、裝配、環境探測等作業。
第三代機器人即智能機器人，它不僅具備感覺功能，而且能根據人的命令，按所處環境自行決策，規劃出行動。
目前，在工業上運行的90%以上的機器人都不具備智能。在FMS中，目前應用的為第一代和第二代機器人。
2.1 工業機器人在世界主要國家的發展
美國是工業機器人的誕生地，基礎雄厚，技術先進。現今美國有著一批具有國際影響力的工業機器人供應商，像Adept Technologe 、American Robot 、Emersom Industrial Automation 等。
德國工業機器人的數量占世界第三，僅次于 日本和美國，其智能機器人的研究和應用在世界上處于領先地位。目前在普及第一代工業機器人的基礎上，第二代工業機器人經推廣應用成為主流安裝機型，而第三代智能機器人已占有一定比重并成為發展的方向。
世界上的機器人供應商分為日系和歐系。瑞典ABB公司是世界上最大機器人制造公司之一。1974年研發了世界上第一臺全電控式工業機器人IRB6，主要應用于工件的取放和物料搬運。1975年生產出第一臺焊接機器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機器人公司后，其機器人產品趨于完備。ABB公司制造的工業機器人廣泛應用在焊接、裝配鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領域。
德國的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級工業機器人制造商之一。1973年研制開發了KUKA的第一臺工業機器人。年產量達到一萬臺左右。所生產的機器人廣泛應用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫學、鑄造、塑料等工業，主要用于材料處理、機床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領域。
意大利COMAU公司從1978年開始研制和生產工業機器人，至今已有30多年的歷史。其機器人產品包括Smart系列多功能機器人和MASK系列龍門焊接機器人。廣泛應用于汽車制造、鑄造、家具、食品、化工、航天、印刷等領域。
日系是工業機器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等國際知名公司。
FANUC是世界上最大的機器人制造商之一。FANUC的前身致力于數控設備和伺服電機系統的研制和生產。1972年從日本富士通公司的計算機控制部門獨立出來成立了FANUC公司。FANUC公司的主要業務分為兩部分：工業機器人和工廠自動化。據統計，截至2008年6月末，其生產的機器人突破20萬臺。FANUC最新研發的工業機器人產品有：R-2000iA系列多功能智能機器人。具有獨特的視覺和壓力傳感器，可以將隨意堆放的工件撿起并完成裝配Y44CCLDiA高功率LD YAG激光機器人。研制安裝的4.4kwLD YAG激光振蕩器，提高了效率和可靠性。
安川公司于1977年研制出第一臺全自動工業機器人，旗下擁有Motoman美國、瑞典、德國以及Synetics Solutions美國公司等子公司。其核心的工業機器人有點焊和弧焊機器人，油漆和處理機器人，LCD玻璃板傳輸機器人和半導體晶片傳輸機器人等。近年來安川生產的新型液晶玻璃板搬運機器人受到市場歡迎。此外，安川還是將工業機器人應用于半導體領域最早廠商之一。
川崎公司生產出了日本第一臺工業機器人，對工業機器人產業做出了不可磨滅的貢獻。川崎生產的噴涂機器人、焊接和組裝機器人、半導體工業用機器人也很受市場歡迎。
2.2 工業機器人在日本發展
與此同時，十九世紀七十年代的日本正面臨著嚴重的勞動力短缺，這個問題已成為制約其經濟發展的一個主要問題。毫無疑問，在美國誕生并已投入生產的工業機器人給日本帶來了福音。1967年日本川崎重工業公司首先從美國引進機器人及技術，建立生產廠房，并于1968年試制出第一臺日本產unimate機器人。經過短暫的搖籃階段，日本的工業機器人很快進入實用階段，并由汽車業逐步擴大到其它制造業以及非制造業。1980年被稱為日本的“機器人普及元年”，日本開始在各個領域推廣使用機器人，這大大緩解了市場勞動力嚴重短缺的社會矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵政策，這些機器人收到了廣大企業的歡迎。1980年~1990年日本的工業機器人處于鼎盛時期，后來國際市場曾一度轉向歐洲和北美，但日本經過短暫的低迷期又恢復其昔日的輝煌。
1993年末，全世界安裝的工業機器人有61萬臺，其中日本占60%，美國占8%，歐洲占17%，俄羅斯和東歐占12%。是什么使得日本的工業機器人產業有如此快速的發展，現理出幾點原因：
（1）根本原因是日本的基本國情，人口少，勞動力嚴重短缺。日本每年的人口增長率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育導致其勞動力的增長速度卻始終停留在0.7%。為了滿足國民經濟3%的增長要求，必須提高生產效率。
（2）1973年十月爆發的第一次石油危機提高了勞動力成本，日本政府不得不鼓勵私營企業向自動化領域投資，提高生產效率，以抑制由石油危機帶來的成本型通貨膨脹。
（3）工業機器人可以代替勞動者從事可能危害身體健康的勞動，避免了大量的工傷事故和職業病，受到了人們的歡迎。
（4）日本自80年代起就采用推動工業機器人的普及和促進研究與發展的政策。
日本工業機器人協會成立于1972年10月, 是世界上第一個工業機器人組織。它的宗旨是加速發展工業機器人制造業, 推動工業自動化和安全生產。1992年, 日本工業機器人協會歡度了它的20歲生日。在過去的20年中, 它得到了政府和大專院校的支持和幫助, 與工業機器人制造商及用戶進行了合作。正是這一切使日本工業機器人協會有效地推動了工業機器人的生產, 使自己站在提高工業各個領域的生產率及雇員福利的前列。
2.3 政策扶持，起步發展神速
日本在20世紀60年代末正處于經濟高度發展時期，年增長率達11%。第二次世界大戰后，勞動力趨于緊張的日本，因高速度的經濟發展更加劇了勞動力嚴重不足的困難。而此時，美國研制成功的工業機器人無疑為日本的工業發展帶來了最大的福音，1967年日本由川崎重工業公司從美國Unimation公司引進機器人及其技術，建立起生產車間，并于1968年試制出第一臺川崎的“尤尼曼特”機器人。
極大地緩解日本勞動力不足的工業機器人，受到了日本企業“救世主”般的歡迎。再加上日本政府在經濟上所采取的積極扶植政策，進一步鼓勵發展和推廣應用機器人，激發了企業從事機器人產業的積極性。尤其是政府對中、小企業的一系列經濟優惠政策，如由政府銀行提供優惠的低息資金，鼓勵集資成立機器人長期租賃公司，公司出資購入機器人后長期租給用戶，使用者每月只需付較低廉的租金，大大減輕了企業購入機器人所需的資金負擔；政府把由計算機控制的示教再現型機器人作為特別折扣優惠產品，企業除享受新設備通常的40%折扣優惠外。還可再享受13%的價格補貼。此外，國家還出資對小企業進行應用機器人的專門知識和技術指導等等。
這一系列扶植政策，使日本機器人產業迅速發展起來，經過短短的十幾年。到80年代中期，已一躍而為“機器人王國”。其機器人的產量和安裝的臺數在國際上躍居首位。按照日本產業機器人工業會常務理事米本完二的說法：“日本機器人的發展經過了60年代的搖籃期。70年代的實用期。到80年代進人普及提高期。”并正式把1980年定為產業機器人的普及元年”。開始在各個領域內廣泛推廣使用機器人。
3工業機器人的產業發展趨勢
3.1工業機器人的技術發展趨勢
從近幾年世界機器人推出的產品來看，工業機器人技術正在向智能化、模塊化和系統化的方向發展，其發展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環境設計的優化和作業的柔性化以及系統的網絡化和智能化等方面。
3.2工業機器人的產業發展趨勢
全球多用途工業機器人銷售從2003年開始恢復增長，預計在2005年到2008年間，全球工業機器人銷量預計年均增長6.1％，到2008年增至12.1萬臺。
以具體地區而言，亞太地區仍將是工業機器人使用量最高的地區，預計日本的工業機器人銷量將由2004年的3.71萬臺增至2008年的4.59萬臺。而整體亞太地區的工業機器人銷量將由2004年的5.2萬臺增至2008年的7.04萬臺。北美地區的工業機器人銷量也將穩定增加，預計將由2004年的1.34萬臺增至2008年的1.65萬臺。而歐洲地區的工業機器人銷量預計到2008年將增至3.37萬臺。
4我國工業機器人的發展歷程與現狀
我國工業機器人起步于20世紀70年代初期，經過20多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期、80年代的開發期和90年代的適用化期。目前，我國研制的工業機器人已達到了工業應用水平。現在，國家更加重視機器人工業的發展，也有越來越多的企業和科研人員投入到機器人的開發研究中。
經過五十多年的發展，工業機器人已在越來越多的領域得到了應用。在制造業中，尤其是在汽車產業中，工業機器人得到了廣泛的應用。如在毛坯制造(沖壓、壓 鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業中，機器人都已逐步取代了人工作業。 隨著工業機器人向更深更廣方向的發展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業推廣到其他制造業，進而推廣到諸如采礦機器人、建筑業機器人以及水電系統維護維修機器人等各種非制造行業。此外，在國防軍事、醫療衛生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多，如無人偵察機 (飛行器)、警備機器人、醫療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器人正在為提高人類的生活質量發揮著重要的作用。 工業機器人在許多生產領域的使用實踐證明，它在提高生產自動化水平，提高勞動生產率和產品質量以及經濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀，機器人工業必將得到更加快速的發展和更加廣泛的應用。
從近幾年世界機器人推出的產品來看，工業機器人技術正在向智能化、模塊化和系統化的方向發展，其發展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環境設計的優化和作業的柔性化以及系統的網絡化和智能化等方面。 機器人技術是高技術的重要組成部分，其產業化的進程在我國剛剛起步，雖然取得了一定的成績，但仍然存在很多困難和不足，因此更需要多方面的關心和支持。 國家政策支持，是加速高新技術產業化的重要前提。根據我國政府有關部門應組織力量進行充分地調查研究，在此基礎上，制定切實可行的推廣、應用機器人和促進機器人研究開發的傾斜政策。如在稅收、投資和貸款方面對機器人產業實行扶持政策。日本政府通過制定政策，采取一系列措施鼓勵企業應用機器人，為日本機器人 在國內開拓市場的經驗值得我們借鑒。另外，對機器人用戶，可以考慮給予一定的資金補貼，以鼓勵購買．為了避免危險惡劣的工作環境導致的工傷事故和職業病，保護工人的身心安全，對一些特殊工種，如噴涂，鑄造等通過勞動法強制采用工業機器人來代替．這樣可以大大增加工業機器人的需求數量。 我國的機器人產業化必須由市場來拉動。機器人作為高技術，它的發展與社會的生產、經濟狀況密切相關。機器人的研制、開發只有從技術上實現可能性大為原則選擇機器人優先應用的領域，并以此為突破口，向其他領域滲透、擴散至為重要。 我國機器的應用人要順利走上市場，實現產業化，還是需要各方面的共同努力。
5我國工業機器人發展形勢與問題的解決措施
5.1我國工業機器人產業發展形勢
工業機器人多種先進制造于一體，數字化裝備，成為衡量一個國家制造業水平的重要標志之一。近年來，工業機器人實現了飛速發展，并將從示范性應用逐步走向大規模推廣，從而大幅降低制造過程對于勞動力的依賴程度。中國是全球工業機器人增長最快的市場，據統計，十一五以來我國工業機器人市場年均增長率達到30%左右，目前我國工業機器人的年安裝量排名第三，累計安裝量超過5萬臺，位居世界第六。在市場快速發展同時，在產品和技術研發方面，經過十幾年研制應用，我國在工業機器人技術攻關設計水平方面有了長足的進步。目前在噴涂機器人搬運機器人方面，基本掌握機器人操作機構設計技術，關鍵部件和裝置有關有一定突破。在產業發展方面，我國不僅有合資機器人企業，也誕生一批具有自主知識產權機器人產業，他們產品填補工業機器人空白，形成一定市場競爭力。由于我國制造業正處在產業結構升級轉型期，汽車業為主重點行業對工業機器人需求保持高速增長態勢。
面對如此良好的市場發展空間，我國的工業機器人產業還有大量的問題需要解決。
5.2我國工業機器人產業發展主要問題
總結主要問題表現在幾個方面：
第一，創新能力薄弱，核心技術和核心關鍵部件受制于人，整機面臨空殼化。我國基礎零部件制造能力差，隨著我國在相關零部件有了一定基礎，但是無論從質量產品系列方面還是批量化供給方面，與國外存在較大差距。精密監視器方面尤其明顯，影響產業機器人發展。第二，產業規模小，市場滿足率低，相關基礎設施服務體系建設明顯滯后。中國工業機器人企業還沒有形成自己品牌，雖然有一批企業從事機器人開發，但是沒有形成較大規模。第三，行業歸口，產業規劃需要進一步明確。目前工業機器人還沒有建立起自己行業體系，行業管理缺失，導致這個行業產業規劃行業政策研究標準體系建設等行業重點工作還存在著缺位。相關制造企業科研院所高校無法發揮集中力量辦大事優勢和特點。
5.3推動我國工業機器人發展下一步主要措施
充分認識到，中國正從制造大國邁向制造強國，在實現裝備業產業機構升級過程當中，工業機器人發展可以在當中發揮重要作用。而目前我國工業機器人發展也正處于關鍵轉折點，需要社會各界大家一起齊心協力共同推動我國機器人產業發展跨向新臺階，進入快速發展階段。今年5月工業和信息化部發布智能裝備十二五發展規劃，工業機器人至以優先發展地位，智能制造裝備“十二五”規劃指出攻克工業機器人本體，電機控制器核心部件，實現工業機器人及其核心部件產業化。我們和財政部多次協商，也拿出專項資金支持智能制造裝備。2012年智能制造裝備專項也支持多項工業機器人研發項目，2013年乃至2015年前，裝備制造支持渠道，還是要工業機器人發展作為支持領域。
另外，推動機器人產業發展方面，未來可以準備在以下幾個方面做好工作：
一、為我國工業機器人發展創造良好政策環境。作為裝備制造業行業主管部門，實現我國工業機器人貿易各項政策協調胡同，全方位系統促進我國工業機器人技術創新工作。
二、積極推進工業機器人行業組織建立，推動行業形成合力。提出符合我國市場和技術發展特點產業規劃，建立運行檢測及信息發布與分析評價體系，建立完善行業技術標準體系。持續推進工業機器人產業化工作，我國工業機器人產業已經有了一定規模，但是還遠沒有達到百億元關口。我們將充分發揮市場配置資源基礎性作用，抓住幾個重點產品集中突破，集中主要技術力量和資金，重點推進兩到三種工業機器人產業化開發，實現規模應用和總體技術突破，形成以國際品牌工業機器人局部競爭能力，為工業機器人產業發展打好基礎。優先鼓勵由用戶企業制造企業組成產業聯盟參與工程招投標，共同開發工業機器人。鼓勵金融機構開展多種形式首抬套保險業務，積極引入風險投資機制，全力落實好政策。
三、立足長遠夯實基礎。工業機器人以關鍵技術發展為主攻方面，加強基礎技術研究，著力推進產品質量可靠性和壽命升級。加大先進技術推廣和應用和產業化力度，營造有利于技術制造產業向高端發展環境。把長期形成的以整機帶動零部件發展思路，轉變到優先發展基礎技術和零部件上，提升工業機器人基礎技術和零部件產業整體水平和國際競爭力。
四、進一步加強國際交流合作，多層次多渠道多形式推進國際交流。鼓勵境外企業和科研機構進一步加強與國內的企業和科研機構研發合作，支持企業積極參與技術標準完善出口信貸保險政策，促進工業機器人制造技術裝備及工程服務出口。我們希望在全球化大背景下，更多發揮中國裝備制造業比較優勢，和在座各位朋友共同推進見證我國工業機器人產業發展。
6我國工業機器人發展趨勢
（1）示教再現型工業機器人產業化技術研究
這些研究主要包括:關節式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產品的標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機器人開發；焊接機器人產品的標準化、通用化、模塊化、系列化設計；弧焊機器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發；焊接機器人的離線示教編程及工作站系統動態仿真；電子行業用裝配機器人產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；批量生產機器人所需的專用制造、裝配、測試設備和工具的研究開發。
（2）智能工業機器人的開發與研究
這些研究主要包括:遙控加局部自主系統構成和控制策略研究；智能移動機器人的導航和定位技術研究；面向遙控機器人的虛擬現實系統；人機交互環境建模系統；基于計算機屏幕的多機器人遙控技術。
（3）機器人化機械研究開發
這些研究開發主要包括:并聯機構機床（VMT）與機器人化加工中心（RMC）開發研究；機器人化無人值守和具有自適應能力的多機遙控操作的大型散料輸送設備。
（4）以機器人為基礎的重組裝配系統
這些系統主要包括：開放式模塊化裝配機器人；面向機器人裝配的設計技術；機器人柔性裝配系統設計技術；可重構機器人柔性裝配系統設計技術；裝配力覺、視覺技術；智能裝配策略及其控制技術。
（5）多傳感器信息融合與配置技術
該技術主要包括:機器人的傳感器配置和融合技術在水泥生產過程控制和污水處理自動控制系統中的應用；機電一體化智能傳感器的設計應用。
7結語
中國人口眾多，勞動力資源豐富，但是隨著近年來人口紅利的不斷衰退，我們的企業必須盡可能地采用高新技術來更高效率的生產，以高競爭力取勝，這就需要很多的機器人，人是沒有機器人那樣的精確率，準確率和高效率的。可能會有人失業，但創造的就業機會更多，社會所得的利益會更多。我相信在不久將來，機器人產業會如同汽車一樣成為國家的經濟支柱產業，美國是“汽車上的國度”，中國可以成為“站在機器人肩膀上的國家”。
