解读“绿皮书”之我国工业机器人发展重点

□文/陈 丹、赵军平

解读“绿皮书”之我国工业机器人发展重点

□文/陈 丹、赵军平

工业机器人是自动化技术高度发展的产物，综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备，它的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。

工业机器人是我国制造业转型升级、提质增效必不可少的高端装备，是《中国制造2025》提出的重点发展领域之一。为贯彻落实习近平总书记2014年在两院院士大会上的讲话中关于机器人产业发展的重要精神——“不仅要把我国机器人水平提高上去,而且要尽可能多地占领市场”，《中国制造2025》重点领域绿皮书中机器人产业的发展重点明确提出要“实现多关节工业机器人、并联机器人、移动机器人的本体开发及批量生产，使国产工业机器人在焊接、搬运、喷涂、加工、装配、检测、清洁生产等方面实现规模化集成应用”。

工业机器人产业发展迎来重要机遇期

当前全球制造业正经历一个新的变革，即“再工业化”过程，信息化、智能化、绿色化将是未来制造业的重要发展方向，以工业机器人等为主体的技术与装备将成为未来制造强国的重要标志。工业机器人作为智能制造的基础装备，对制造业具有30%的直接支撑贡献，尤其是对汽车、电子、机械、建材及食品等行业的转型升级具有不可替代的作用。

在我国人口红利减弱的背景下，随着产业转型升级的不断深入和工业机器人技术水平的不断提升，工业机器人的应用范围愈发广泛，我国工业机器人产业迎来了重要的发展机遇期。

我国工业机器人市场需求快速增长

近年来，中国工业机器人市场需求快速增长，已成为全球机器人产业重要市场。2014年我国工业机器人市场销量达5.7万台，继2013年再次成为全球第一大工业机器人市场，2009~2014年我国工业机器人市场销量年均增速达59%。

我国工业机器人市场需求潜力巨大

我国虽然已经是全球工业机器人最大的市场，但制造业工业机器人的密度仍然很低，2013年我国工业机器人密度仅为30台/万名产业工人，不足全球平均水平的一半，与工业自动化程度较高的韩国、日本和德国相比差距更大。我国是传统制造业大国而非制造强国，国内外经济环境的变化倒逼我国产业转型升级，我国制造业将从依靠人力、资源的比较优势向依靠全要素生产率提高转变，同时，老龄化社会的到来，人口红利的持续减弱，都将带动工业机器人需求的释放。

国家政策推动产业发展

在国家促进工业转型升级、大力发展智能制造的战略背景下，国务院及中央各部委陆续出台了一系列涉及工业机器人领域的政策措施，力推机器人产业的发展。从2012年科技部发布的《智能制造科技发展“十二五”规划》，到2013年工信部发布的《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》，再到2015年国家发改委发布的《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2015-2017年）》，各部门从顶层设计、财税金融、示范应用、人才培养等多角度发力支持我国工业机器人产业的发展。国内各地政府部门也陆续出台相关扶持政策，推动“机器换人”，争相打造机器人产业基地。在产业政策的推动下，我国机器人市场持续升温，工业机器人产业加速发展，众多企业进入机器人行业，国产工业机器人销量逐年攀升，产品类型不断丰富。

国产工业机器人的应用范围不断扩大

随着我国工业机器人产业的加速发展，工业机器人核心技术不断突破，智能化水平进一步提高，国产工业机器人的应用范围越来越广。2014年国产工业机器人已广泛地服务于国民经济29个行业大类，67个行业中类，比上年分别增加4个行业大类，15个行业中类，为我国制造业转型升级发挥出越来越积极的促进作用。随着技术的进步和应用示范的推广，未来国产工业机器人必将在更广泛的领域展开应用。

提升产业化能力和应用水平

虽然我国的工业机器人产业在不断进步中，但和国际同行相比，差距依然明显。我国技术创新能力较弱，工业机器人核心技术尚存差距，关键零部件对外依存度高，国内企业规模普遍偏小，国内市场大部分被外资品牌占据。要推动我国工业机器人产业发展，现阶段的首要任务是要提升国产工业机器人的产业化能力，推动国产工业机器人的大规模应用。攻克制约国产工业机器人性能指标提升的关键技术，形成6kg-500kg工业机器人系列化产品设计、生产能力，研发工业机器人数字化加工制造、生产线集成制造等技术，提高工业机器人的可靠性和稳定性。建设工业机器人系列产品制造数字化车间，扩大工业机器人生产能力。选择重点领域，以示范应用为突破口，推进国产工业机器人规模化应用。

焊接机器人

焊接机器人是可以完成焊接作业的工业机器人，是目前我国应用量最多的工业机器人，主要包括点焊机器人、弧焊机器人、激光焊接机器人和复合焊接机器人等。目前，焊接机器人的应用主要集中在汽车及零部件等少数几个典型行业中，未来船舶等行业及特种焊接应用对于焊接机器人具有较大需求。但在焊接工艺、智能传感技术和焊接控制技术等方面仍存在挑战，焊接机器人智能化、多样化是其未来的发展方向。

“十三五”时期，要重点突破焊缝跟踪技术，实现初始焊位识别与自动导引、焊缝实时纠偏与跟踪，以及焊接熔池动态特征信息获取、工艺参数自适应调节和焊缝成形的实时控制；突破多机协调、本体优化和新焊接工艺与集成等技术，实现产品高质量、高效率的焊接；提高焊接机器人的柔性制造能力，实现多品种、小批量工件的焊接需求。在巩固焊接机器人在汽车及零部件、工程机械等行业应用的基础上，重点在船舶、管道、石油、化工等行业进行推广应用，实现焊接机器人在国内制造行业中的大批量应用。到2030年，通过采用专家系统、新型视觉传感系统与新型焊接工艺的结合，在高决策能力、高智能化的焊接机器人研制方面取得突破。

搬运机器人

搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人，是目前我国应用量位列第二的工业机器人。搬运机器人可以安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和姿态工件的搬运工作，从而大大减轻人类繁重的体力劳动。搬运机器人的种类较多，包括关节型机器人、并联型机器人、直角坐标型机器人、圆柱型机器人、移动型机器人等。随着制造模式的改变以及人力成本的上升，采用搬运机器人代替人工实现物料、工件的搬运、分拣、上下料等作业将成为未来发展的趋势。目前，对于复杂、不规则、不同规格、杂乱物料的智能化、柔性化以及高速搬运仍存在挑战。

“十三五”时期，要突破新型视觉传感技术与视觉智能识别技术，实现不同规格、不同种类、杂乱放置工件的准确识别；突破大负载机器人本体优化技术、高速高精度伺服控制技术，实现大负载搬运机器人高速、稳定的作业；突破末端灵巧作业工具设计技术，实现对复杂工件的准确抓取；实现搬运机器人在机床加工、食品加工、医药、物流等行业的大批量应用。到2030年，力争实现机器人手把手示教作业，提高搬运机器人智能化程度，提高搬运机器人可靠性，采用多传感器融合技术实现搬运机器人的柔性控制与碰撞检测，实现机器人与人在同一环境下协同作业的“伙伴型”机器人。

装配机器人

装配机器人是工业生产中用于装配生产线上对零部件进行装配的工业机器人，是柔性自动化装配系统的核心设备，目前在我国的应用量位列第三。装配机器人可分为直角坐标型、SCARA型、垂直多关节型和移动装配机器人，其中直角坐标型、SCARA型、垂直多关节型装配机器人一般应用于电子电气、汽车零部件等行业，移动装配机器人主要应用于汽车行业。近年来，随着机器人技术的发展，并联机器人也在装配系统中广泛应用。

“十三五”期间，重点突破复杂工件视觉识别技术、“力/位强耦合实时力反馈技术”、“手-手示教技术”、多传感器信息融合技术、自主定位导航技术、自主充电技术等关键技术，实现多品种、小批量工件的装配需求，在汽车及零部件、电子电气等行业大批量应用。到2030年，解决智能装配、协作装配等技术问题，扩大装配机器人在汽车及零部件、电子电气等行业的应用范围，并扩展到航空航天、仪器仪表、船舶等行业应用。

喷涂机器人

喷涂机器人是可进行自动喷漆或上釉作业的工业机器人。喷涂机器人多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，目前主要应用于汽车、船舶、模具制造等行业中。喷涂是一个较为典型的表面处理过程，喷涂工艺的精度和效率是生产中的重要制约因素，涂层的均匀性是评判产品质量好坏的一个重要标准。随着航天航空、造船、汽车、家具和模具工业的飞速发展，生产中对工件表面处理技术要求越来越高，采用喷涂机器人实现高质量喷涂及绿色喷涂是未来发展的方向。

“十三五”时期，要研究采用视觉传感方式实现对工件表面快速建模、拼接，获取工件三维模型；研究大型复杂自由曲面路径规划方法，提升智能规划能力；建立面向典型行业的喷涂工艺数据库和工艺知识库，逐步积累专家知识和经验，实现工艺参数和作业任务的多目标优化。实现喷涂机器人在汽车及零部件、电子、家具、船舶、航空航天等行业的大批量应用。到2030年，利用先进的数字化计算机管理技术实现无人化机器人涂装工作站，实现工件的无人化喷涂作业；实现绿色化涂装生产，提高机器人涂装工作站的工艺效率、能源和材料利用率、排放净化效率、空间利用率、柔性化效率。

加工机器人

加工机器人是一种在其末端集成了加工类作业工具并可实施加工作业的工业机器人，可根据设定的工艺参数自动完成工件的打磨、抛光、修边、去毛刺、钻孔、攻丝等作业任务。目前，加工机器人主要应用于航空零部件、汽车及零部件、木制品加工、洁具制造及塑料制品等行业中。随着技术的发展、人力成本的上升以及企业对产品加工质量及效率的追求，加工机器人在航空航天、汽车及零部件、洁具制造、木制品复合加工、塑料制品加工以及其他相关行业中的应用将越来越广泛。

“十三五”时期，国内企业要开发出加工机器人系列化产品，实现在航空制造、汽车及零部件、洁具、木制品等行业的集成应用，形成机器人打磨、抛光工作站、机器人钻孔工作站、机器人切割加工工作站等典型的加工机器人工作站。到2030年，开发出更加智能化的加工机器人产品，满足大型复杂曲面零件及多工序复合加工的智能加工需求，实现智能加工机器人在汽轮机叶片打磨、汽车曲面零件钻孔等领域的应用。

检测机器人

检测机器人是一种携带专用检测设备、能够自动实现对目标进行在线测量、检查、监控等功能的自动化设备，主要包括外观及杂质检测、复杂曲面测量建模、焊缝质量检测、在线测量及质量监控和管道机器人五类。外观及杂质检测机器人广泛应用于液体食品生产线的自动检测领域；复杂曲面测量建模机器人主要针对大型、复杂曲面，进行自动三维测量、建模；焊缝质量检测机器人主要应用于航空航天制造业、汽车行业等对焊接质量有较高要求的领域；在线测量及质量监控机器人在汽车车身领域的检测中发挥巨大作用；管道机器人广泛应用于狭小空间、有辐射和腐蚀等恶劣环境中的检测。

随着工业机器人、特种机器人技术的发展，以及先进传感器、激光技术、立体机器视觉技术和射线检测技术等的成熟，加之工业生产中对质量的严格要求，有些检测和监控根本是人力无法实现的，将使检测机器人拥有巨大的应用空间。

“十三五”时期，要突破高精度伺服控制技术、杂质跟踪与识别技术，实现小型甚至微型杂质、不明显外观缺陷的快速识别与锁定；突破图像处理与快速定位技术、传感器检测与信息融合技术，提高检测的准确性和可靠性；突破抗辐射、电磁干扰、耐湿、耐腐蚀技术，使检测机器人具有更好的环境适应性，检测精度不受外界影响，稳定、可靠。到2030年，降低检测机器人的成本，使应用普及化。

洁净机器人

洁净机器人是在洁净环境中使用的工业机器人，联结前后段制程，并在各制程中实现物料的交换与传递，是自动传输系统的核心，被广泛应用于半导体、平板显示、LED、太阳能、医药、以及食品加工与包装等多行业领域。我国半导体、平板显示、LED、太阳能等行业市场容量大，发展非常迅速，对于洁净机器人的需求量大，其生产具有加工超精密化、超洁净环境的特点，对于洁净机器人产品在控制精度、运动平滑度以及材料洁净度等方面提出了很高的要求。

“十三五”时期，要攻克高速平滑控制、振动抑制、碰撞检测保护、动态偏差检测与修正等洁净机器人本体关键技术以及热辐射热传导控制、空气非接触搬运、曲面跟踪控制等机器人应用技术；通过具有自主知识产权的本体优化设计以及模块化设计，形成大规模、系列化的国产洁净机器人产品，使机器人可以胜任高温、重载、腐蚀性液体等苛刻洁净环境下的高速、高精度搬运工作。到2030年，研发出完全具有自主知识产权的直驱、伺服电机、减速器等核心零部件，使洁净机器人的国产化达到70%，提升其市场竞争力；并完善洁净自动化传输、检测、物流、仓储等整套洁净自动化装备，实现国产洁净机械手及成套洁净传输生产线装备市场占有率达50%，实现洁净生产车间无人化操作、数字化管理、柔性化作业。

陈 丹 中国机器人产业联盟 处长助理

赵军平 中国机器人产业联盟 研究员