工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的代表，是國(guó)家工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的集中體現(xiàn)，目前，中國(guó)已然成了工業(yè)機(jī)器人最大的市場(chǎng)。但是總體上看，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)在世界上還比較落后，很多關(guān)鍵部件還需要依賴進(jìn)口。如何在新時(shí)期發(fā)展我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人，縮小與其他國(guó)家間的差距甚至實(shí)現(xiàn)技術(shù)超越？李教授將為我們分析國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，找到我國(guó)與他國(guó)的差距所在，并在分析未來工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，為我國(guó)未來工業(yè)機(jī)器人發(fā)展指明方向。 1世界工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)構(gòu)成分為上游、中游、下游。上游包括一些關(guān)鍵的核心部件，中游主要是指本體以及集成技術(shù)，下游包括二次開發(fā)以及周邊設(shè)備的開發(fā)。 權(quán)威報(bào)告！中國(guó)工業(yè)機(jī)器人四大瓶頸與突破點(diǎn) 現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)可以說基本集中在了日本和歐洲。在日本，它的關(guān)鍵性部件——減速器是遙遙領(lǐng)先的，并且已經(jīng)形成了很強(qiáng)的技術(shù)壁壘；德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人原材料、本體零部件具有很大的優(yōu)勢(shì)；在中國(guó)，我們現(xiàn)在的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是處在產(chǎn)業(yè)鏈的下游，主要是系統(tǒng)集成、二次開發(fā)、定制性部件和售后服務(wù)。也就是說，我們的技術(shù)還處在低端。 
由于發(fā)達(dá)國(guó)家的勞動(dòng)力出現(xiàn)地比較早，環(huán)境的因素也促使他們很早就開始發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，從而形成了先發(fā)的優(yōu)勢(shì)。比如美國(guó)，從上世紀(jì)50年代已經(jīng)提出了“工業(yè)機(jī)器人”的概念；而日本在70年代就已經(jīng)形成了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。他們有深厚的技術(shù)積累，包括一些關(guān)鍵部件的核心技術(shù)。從現(xiàn)在的產(chǎn)能和保有量來看，日本的產(chǎn)能達(dá)到66%，它的保有量大概每萬人300多臺(tái)；而中國(guó)的保有量還是比較低的，可正因?yàn)榈停栽谥袊?guó)有更大的市場(chǎng)。 近年來，從全球工業(yè)機(jī)器人的銷售數(shù)據(jù)來看，中國(guó)是年年遞增，2016年達(dá)到29萬臺(tái)，到2019年可能將會(huì)突破40萬臺(tái)。工業(yè)機(jī)器人的社會(huì)需求還是非常旺盛的，并且它保持了比較高的增長(zhǎng)速度，未來十年，全球工業(yè)機(jī)器人的銷量平均增長(zhǎng)將會(huì)保持在12%左右。 現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也非常集中，集中在這樣五個(gè)國(guó)家：中國(guó)、韓國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)。這些國(guó)家工業(yè)機(jī)器人的銷量占到了75%。而從2013年以后，中國(guó)就成了全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。 在應(yīng)用行業(yè)上來說，最大的應(yīng)用行業(yè)在汽車制造領(lǐng)域，它占了38.7%，其實(shí)在國(guó)內(nèi)這個(gè)數(shù)量還要大的多，接近50%都是用在汽車制造領(lǐng)域。電力/電子行業(yè)這幾年的應(yīng)用量增長(zhǎng)非常快，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了21%左右，并且這個(gè)比例還會(huì)進(jìn)一步提高。尤其是在我們國(guó)家，我們國(guó)家的電子產(chǎn)品的生產(chǎn)能力占全球的大概百分之六七十。在中國(guó)，電力/電子行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用將會(huì)有更大的市場(chǎng)。 從品牌來講，現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額被四大品牌所占有：kuka20%，fanuc15%，YASKAWA15%，abb10%，他們加起來超過了60%。
四大品牌基本上可以分為兩系：歐系和日系。ABB、庫(kù)卡是歐系的代表，他們的主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車制造，在3C、汽車加工等方面也有一些新的應(yīng)用；對(duì)日系來說，它的主要應(yīng)用領(lǐng)域也是汽車工業(yè)，而且日系在電子行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用技術(shù)做得也比較好。這兩年的用量增加地也非?？?，因?yàn)樗麄兊墓I(yè)機(jī)器人和視覺系統(tǒng)相結(jié)合，形成比較精密的裝備。 2我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 從2013年以來，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展也非?？?，主要得益于國(guó)家政策保障、宏觀經(jīng)濟(jì)促進(jìn)、社會(huì)環(huán)境推動(dòng)、技術(shù)發(fā)展支撐這四個(gè)方面。 勞動(dòng)力的成本增加之后，也迫使人們用機(jī)器人來代替人進(jìn)行生產(chǎn)。同時(shí)，我們的一些關(guān)鍵性的核心部件逐漸國(guó)產(chǎn)化，對(duì)于低端的機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了核心部件的國(guó)產(chǎn)化，但是高端還不行；隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，將會(huì)促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的銷售量這幾年逐年提升，2013年是3.7萬臺(tái)左右，到2016年接近9萬臺(tái)。 從技術(shù)層次度上來說，從2015年已經(jīng)開始進(jìn)入了市場(chǎng)的啟動(dòng)期，我們現(xiàn)在正處在一個(gè)技術(shù)的快速發(fā)展期。大概在2025年左右，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將會(huì)在我們國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)大發(fā)展。 截止2016年全國(guó)已建和在建的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)近50家；有影響力的機(jī)器人公司預(yù)計(jì)有800多家；上市公司涉及機(jī)器人業(yè)務(wù)的公司超過50家；中國(guó)內(nèi)地機(jī)器人企業(yè)2015年增長(zhǎng)了30%?，F(xiàn)在，大家都充分認(rèn)識(shí)到了機(jī)器人的重要性，各地都在積極發(fā)展機(jī)器人。 具有代表性的我國(guó)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)包括新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司、南京埃斯頓自動(dòng)化有限公司。 我們國(guó)家非常重視減速器、伺服器、控制器這三項(xiàng)關(guān)鍵零部件研發(fā)，這三大關(guān)鍵零部件占工業(yè)機(jī)器人成本比重超過70%。這些在過去基本依靠國(guó)外技術(shù)，我們現(xiàn)在也逐漸有了自己的產(chǎn)品。 精密減速機(jī)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)代表性企業(yè)有南通振康、蘇州綠的。 RV減速器企業(yè)：南通振康、秦川發(fā)展、山東帥克，他們也都有了自己的產(chǎn)品，而且產(chǎn)品的性能與日本的相比也差不了多少。 現(xiàn)在減速器性能好的可以很好，但是在很多時(shí)候我們的原材料還達(dá)不到要求，在這方面還需要進(jìn)一步努力。 諧波減速機(jī)來說，蘇州綠的做得比較好，他們攻克了核心技術(shù)，有別于其他國(guó)家的產(chǎn)品，它的性能指標(biāo)也基本上達(dá)到了國(guó)外的性能指標(biāo)，但是產(chǎn)品的一致性和量化方面還有待于提升。 伺服系統(tǒng)分為歐美系和日系，歐系有西門子、Lust、博世力士樂、倍福等；日系主要有安川、松下、三菱等。
控制器：國(guó)外的四大家族都有自己的控制器，而我們國(guó)內(nèi)的固高驅(qū)控一般用在低端產(chǎn)品上。 他們?cè)陉P(guān)鍵部件上的研發(fā)為工業(yè)機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化作出了巨大貢獻(xiàn)。 3我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展瓶頸
發(fā)展瓶頸1：國(guó)際廠商先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人市場(chǎng)份額低。 要進(jìn)行市場(chǎng)份額的突破，就得占領(lǐng)高端市場(chǎng)，我們現(xiàn)在基本上是走低端市場(chǎng)，我們要想辦法走高端市場(chǎng)。 發(fā)展瓶頸2：減速器、伺服機(jī)等核心零部件性能有待提高。 比如精密減速機(jī)在額定扭矩和傳動(dòng)效率等方面需要進(jìn)一步提升。 伺服系統(tǒng)的電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、過載能力、效率等方面存在差距；工業(yè)機(jī)器人需要15個(gè)系列，而我們現(xiàn)在還達(dá)不到這樣一個(gè)水平。 控制器硬件方面差距較??；軟件實(shí)現(xiàn)的構(gòu)建、控制算法、二次開發(fā)方面存在差距；動(dòng)力學(xué)性能有待完善；工藝軟件包、工藝應(yīng)用上尚有差距。 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)：核心技術(shù)缺失、產(chǎn)業(yè)空心化，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨性能與成本的雙重壓力；產(chǎn)品低端化、低水平重復(fù)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)需求與現(xiàn)有產(chǎn)品性能之間的矛盾突出；前沿技術(shù)研究零散，系統(tǒng)性支持缺失，占領(lǐng)機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)國(guó)際制高點(diǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻。 發(fā)展瓶頸3：原材料缺失，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本上升。 今后的工業(yè)機(jī)器人會(huì)使用碳纖維、尼龍等復(fù)合材料。 發(fā)展瓶頸4：缺少高端技術(shù)人才，與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距。 現(xiàn)在國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到了這個(gè)問題，目前全球一共有28家高校建立了機(jī)器人工程的專業(yè)，有一些學(xué)校像湖南大學(xué)、東南大學(xué)、東北大學(xué)甚至都成立了機(jī)器人學(xué)院來培養(yǎng)機(jī)器人的專業(yè)人才。 4工業(yè)機(jī)器人未來發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè)機(jī)械手、工業(yè)機(jī)械臂，它所做的工作是要求有速度、精度、重載的，但是靈活性還不夠。 人類工作分工比例：胳膊為主20%，雙手為主80%。富士康有百萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用計(jì)劃，但最后并沒有達(dá)到它的目標(biāo)，因?yàn)樗暮芏喙ぷ餍枰植康牟僮?，而不是臂的問題。 現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人可以講還是殘疾的機(jī)器人，還需要進(jìn)一步完善。 對(duì)于現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人要擴(kuò)展它的功能、提高它的性能，使它變成一個(gè)智能設(shè)備。新型機(jī)器人研發(fā)上，我們希望研發(fā)靈巧性的機(jī)器人，包括雙臂機(jī)器人、柔性機(jī)器人、靈巧手、智能傳感機(jī)器人等。 以前的機(jī)器人只是一個(gè)“機(jī)器”人，能做的都是一些簡(jiǎn)單的、低級(jí)的任務(wù)，相對(duì)來說對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力比較差。我們希望通過技術(shù)的進(jìn)步，提升機(jī)器人的性能，真正讓“機(jī)器”變成人，使它能夠完成復(fù)雜、高級(jí)的任務(wù)，適應(yīng)環(huán)境的變化。
機(jī)器人現(xiàn)在正在進(jìn)行著由“機(jī)器”向人進(jìn)化的過程中。 現(xiàn)在的機(jī)器人只是一個(gè)傳統(tǒng)的特殊設(shè)備，它在一些關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)上進(jìn)行應(yīng)用，與人之間是互補(bǔ)的關(guān)系，但可以滿足市場(chǎng)對(duì)質(zhì)量和效率的要求。新一代機(jī)器人才可以叫“機(jī)器人”，它的應(yīng)用更加普遍，可以實(shí)現(xiàn)與人的替代關(guān)系，可以滿足市場(chǎng)對(duì)新制造模式的需求，減人力、降成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。 除此之外，還需要考慮機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景，我們不要只是盯著高端應(yīng)用，也要注意低端應(yīng)用。比如衛(wèi)浴五金（打磨拋光），看似簡(jiǎn)單的工作，如果要讓機(jī)器人來做，它要有一些力的感知等要求，它的應(yīng)用要求甚至要比用在汽車生產(chǎn)線上的還要高，比如它要防水、防塵、防爆；力控制、離線編程、曲面規(guī)劃、打磨工藝。這個(gè)行業(yè)對(duì)價(jià)格也非常敏感，如何做低成本的系統(tǒng)，這是大家要考慮的。 對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來講，一定要和傳感相結(jié)合，尤其是與視覺相結(jié)合，來擴(kuò)展工業(yè)機(jī)器人新的應(yīng)用，同時(shí)也使得工業(yè)機(jī)器人更加適應(yīng)于環(huán)境的變化、任務(wù)的變化。 工業(yè)機(jī)器人今后也不再只是做一些單元性的機(jī)器人單元，要走向“數(shù)字化工廠”。 這是現(xiàn)有的機(jī)器人，我們希望做到下一代工業(yè)機(jī)器人，包括柔性臂、雙臂人機(jī)協(xié)同，要具有安全性、交互性。 要做到這一點(diǎn)必須挑戰(zhàn)四個(gè)任務(wù)：環(huán)境挑戰(zhàn)、任務(wù)挑戰(zhàn)、行為方式挑戰(zhàn)、自然交互挑戰(zhàn)。 針對(duì)上面的這幾個(gè)挑戰(zhàn)，我們要重點(diǎn)研究的問題包括： （1）環(huán)境理解問題：研究機(jī)器人在自然、不可預(yù)知、動(dòng)態(tài)環(huán)境中的感知。 （2）行為方式及安全問題：研究機(jī)器人和人在緊密接觸、密切配合行為過程中確保人-機(jī)-物安全的技術(shù)。 （3）交互問題：研究機(jī)器人作為“人類助手”、乃至進(jìn)入普通人生活相適應(yīng)的友好、智能、自然的人機(jī)交互技術(shù)。 過去都是以機(jī)器為中心，人推動(dòng)搖控器、手把手教機(jī)器人怎么干活；今后應(yīng)該以人為中心。機(jī)器人來適應(yīng)人，比如人打個(gè)手勢(shì)，機(jī)器人就知道干什么；人說一句話，機(jī)器人就能理解這句話從而做出行動(dòng)；這是一個(gè)根本的改變。 （4）學(xué)習(xí)與進(jìn)化問題：研究基于反饋思想的在線學(xué)習(xí)方法，通過不斷的在線學(xué)習(xí)和吸收他人的觀點(diǎn)，提高自身能力，實(shí)現(xiàn)進(jìn)化，使其能夠適應(yīng)外界不斷變化環(huán)境和復(fù)雜多變的作業(yè)任務(wù)。在這個(gè)問題中，要研究自主學(xué)習(xí)、協(xié)同進(jìn)化、機(jī)器思維、成長(zhǎng)發(fā)育等內(nèi)容。 這是新一代機(jī)器人的典型代表，包括庫(kù)卡、ABB。它們希望機(jī)器人能和人在同一個(gè)空間當(dāng)中進(jìn)行作業(yè)，而不至于損傷人或者損傷自身。 我們希望利用新一代機(jī)器人構(gòu)造“智慧的工廠”，這就是工業(yè)4.0提出來的發(fā)展方向。 以上來源于山東大學(xué)李貽斌教授在機(jī)器人大講堂三晉行中的講座內(nèi)容精選。
|
