中国工业机器人发展现状和趋势探讨

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翻新时间：2023-08-22

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中国工业机器人发展现状和趋势探讨

【摘要】本文首先对我国工业机器人市场及应用情况进行了介绍，对核心技术研究进展进行了汇总，分析了我国机器人发展中主要存在的问题和挑战，并对未来工业机器人的发展进行了展望，最后针对主要存在的问题和挑战给出发展建议。

【关键词】工业机器人；核心技术；产业链；产业政策

1.我国工业机器人应用情况介绍

工业机器人是先进制造业中不可替代的重要装备和手段，是衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。中国工业和信息化部的数据显示，2014年上半年，智能制造、高端轨道交通、海洋工程等高端装备制造业产值占装备制造业比重已超过10%。其中，以机器人为主的智能制造业广受关注。在新一轮科技革命和产业复苏的背景下，各国围绕科技与产业发展制高点的竞争日趋激烈。被誉为制造业皇冠上明珠的工业机器人，将带来制造业模式的巨大变革[1]。工业机器人未来的发展前景十分广阔。

然而，国产机器人远不能满足市场需求。在2013年中国市场销售工业机器人中，外资机器人普遍以6轴或以上高端工业机器人为主，几乎垄断了汽车制造、焊接等高端行业领域，占比96%。而国产机器人主要应用还是以搬运和上下料机器人为主，处于行业的低端领域。

2.核心技术研究现状

现在，我国已掌握了各种工业机器人设计与制造的基本技术，能够满足生产的一般要求。我国工业机器人核心技术研究现状和水平如下[3，4]：

2.1机器人技术基础研究

包括机器人运动学、动力学与构型综合，机器人运动控制算法与编程语言，机器人内外传感器开发，多传感器控制系统、离线编程技术、自诊断、安全保护技术等研究，基本掌握了工业机器人的各种关键技术。

2.2关键零部件的研发方面

我国研制出了交、直流伺服电机及其驱动系统、测速发电机、光电编码器、液压（气动）元部件、滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐波减速器、RV 减速器、十字交叉滚子轴承、薄壁轴承等，并涌现出了一批具有较强实力的专业厂家。在机器人控制装置研制方面，我国已经开发出了双CPU、多CPU和分级分层控制装置、模块化机器人控制器及相应控制单元等。

2.3机器人系统集成能力方面

中国企业具有很强的系统集成能力，这种能力在电子信息等高度模块化产业和高铁等复杂产品产业都得到体现。在机器人系统集成能力方面，我国设计与生产了平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人和AGV 自动导引车等一系列产品，其中一些品种实现了小批量生产，自动导引车不仅占据国内市场，而且已批量出口。

2.4行业技术开发和应用方面

设计建成多条机器人示范应用工程和关键工位机器人工作站。工业机器人已在汽车和工程机械、橡胶和塑料、电气和电子行业、金属及通用机械、食品和饮料、制药和化妆品等行业获得较多应用。

总体上看，我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、电焊、装配、搬运等机器人。但同全球主要机器人大国相比，目前我国机器人技术仍存在较大差距，还缺乏整体核心技术的突破，具有中国知识产权的工业机器人则很少，特别是在制造工艺与装备方面，高精密、高速与高效的关键部件仍依赖进口[2]。

3.主要存在问题与挑战

3.1核心技术需进一步突破

国产工业机器人尚无法进行大规模生产，绝大多数依靠进口。目前机器人技术相当于国外发达国家20 世纪80年代初的水平，特别是在制造工艺与装备方面，不能生产高精密、高速与高效的关键部件[4]。我国机器人关键零部件的研发与制造能力还比较薄弱、技术水平较低、性能质量不高，是目前制约我国工业机器人发展的主要瓶颈。在系统设计与控制技术方面，开放式、模块化、网络化的软伺服和全数字控制器开发与国际先进水平仍有差距[2]。我国工业机器人总体上还缺乏整体核心技术的突破，具有中国知识产权的工业机器人则很少。

3.2成本较高制约发展

工业机器人成本主要由控制器、伺服系统、减速机、机械本体部分四部分组成，其中能实现国产化的只有机械本体，只占全部成本的15%，其他大部关键部件依赖国外产品，这就使得国内机器人制作成本居高不下，同进口机器人整机的价格相差无几。这就使得国内机器人缺乏市场价格优势，无法形成良性市场规模。国外机器人厂家千方百计地阻止我国工业机器人的研发，在技术上严格封锁，在价格上采取低价诱惑和打压的策略，使得我国有限的几个工业机器人研发院校和企业相继沦为国外品牌的代理商和集成商[5]。 3.3位于产业链下游

首先，在整个机器人产业链上，主要的上游关键零部件、中游设备制造厂和下游行业应用这三大块中，国内企业目前主要集中为系统集成商，实现下游应用，即通过对国外采购的机器人，为下游客户进行相应的方案设计，实现利润。而产业链上游无核心零部件制造商支撑，关键零部件方面仍远远落后于外国企业，因此长期受制于人。上游是核心零部件，主要的是减速机和控制系统，这相当于机器人的‘大脑’，中游是机器人本体，就是机器人的‘身体’，下游是系统集成商，国内95%的企业都集中在这个环节上[6]。

4.未来发展趋势展望

4.1智能化成为新一代机器人的核心特征[7]

装配传感器和具备人工智能的机器人能自动识别环境变化，从而减少对人的依赖。未来的无人工厂能根据订单要求自动规划生产流程和工艺，在无人参与的情况下完成生产。

4.2机器人将成为物联网的终端和结点

随着信息技术的进步，工业机器人将更有效地接入网络，组成更大的生产系统，多台机器人协同实现一套生产解决方案成为可能；服务机器人和家庭机器人也能通过网络实现远程监控；多台机器人之间的协作能提供流程更多、操作更复杂的服务。

4.3机器人应用将扩展至整个工业领域

机器人最初应用于模块化程度较高的汽车、电子产业，随着智能化水平的提高，以及能完成更多的复杂动作，纺织、化工、食品行业也大量使用机器人。随着技术的不断成熟和劳动力成本提高，工业机器人的应用将扩展至整个工业领域。未来国防军工、智能制造、轨道交通等将是机器人重要应用领域。

5.思考与建议

5.1加强顶层设计完善机器人产业政策

加强对国际机器人技术的跟踪研究，把握信息网络技术条件下机器人的发展趋势，发展和完善符合我国发展实际的“机器人技术路线图”，明确技术发展的步骤、重点突破的关键核心技术、工艺与零部件以及产业化路径，为我国机器人产业的发展进行宏观指导，制定机器人产业标准，规范行业发展。

5.2加快核心技术突破与创新

核心技术是我国机器企业生存和发展的关键所在。加快核心技术突破与创新，降低生产成本增强核心竞争力，努力使我国机器人企业实现全产业链布局。大力发展机器人集成应用，与此同时应该注重核心部件攻关与成套应用示范。瞄准世界前沿发展趋势，研发高端科技集成平台，注重未来战略性新兴产业的培育，抢占世界科技的制高点。