我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略-機(jī)械工程學(xué)報(bào)2014.9

第50卷第9期 機(jī)械工程學(xué)報(bào) V01．50 NO．9
2014年5月 JOURNAL OF MECHANICALENGINEERING May 2014
DoI：10．3901／JME．2014．09．001
我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略木
王田苗 陶 永
(北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京 100191)
摘要：隨著工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展，其在汽車制造、機(jī)械加工、焊接、上下料、磨削拋光、搬運(yùn)碼垛、裝配、噴涂等作業(yè)中
得到越來越多的應(yīng)用。結(jié)合在機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)工作，在分析國內(nèi)外關(guān)于工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，就工業(yè)機(jī)器人目前
涉及的靈巧操作、自主導(dǎo)航、環(huán)境感知、人機(jī)交互與安全性等前沿技術(shù)的研究做簡要的綜述。提出我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展
的若干思考和建議，希望能夠在把握國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人前沿技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)的同時(shí)，為發(fā)展我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)提供相
關(guān)戰(zhàn)略思考與建議。
關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；輕巧操作；自主導(dǎo)航；環(huán)境感知；產(chǎn)業(yè)化；發(fā)展戰(zhàn)略
中圖分類號(hào)：TP242
Research Status and Industrialization Development Strategy of
Chinese Industrial Robot
WANG Tianmiao TAO Yong
(College ofMechanical EngineeringandAutomation，Beihang University,Beijing 100191)
Abstract：With the rapid development of industrial robots，more and more robots are applied in the automobile manufacturing，
mechanical processing，welding，loading and unloading，grinding and polishing，handling and palletizing，assembling，painting and
other operations．Combining the relevant work in the field of robotics，the domestic and international present and developing
condition of industrial robots are discussed，and then a brief review on researches ofcutting·edge technology is proposed，such as
dexterous manipulation，amonomous navigation，environmental perception，human-robot interaction and security．Thinking and
suggestionof Chinese industrialrobot development are proposed，whichkeeps track of the latest developments in industrial robots，
and helpsto develop the theory,methodand suggestion for Chinese roboticstechnology andindustries．
Key words： industry robot；dexterous manipulation； autonomous navigation； environmental perception； industrialization；
development strate：gY
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for
0前言
Standardization，ISO)對(duì)機(jī)器人的定義為“機(jī)器人是
一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能
國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(International Federation of 機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編
Robotics，IFR)將機(jī)器人定義如下：機(jī)器人是一種半 程序操作處理各種材料、零件、工具和專用裝置，
自主或全自主工作的機(jī)器，它能完成有益于人類的 以執(zhí)行種種任務(wù)”【2J。按照ISO定義，工業(yè)機(jī)器人
工作，應(yīng)用于生產(chǎn)過程稱為工業(yè)機(jī)器人，應(yīng)用于特 是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器
殊環(huán)境稱為專用機(jī)器人(特種機(jī)器人)，應(yīng)用于家庭 人，是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和
或直接服務(wù)人稱為(家政)服務(wù)機(jī)器人¨J。這種內(nèi)涵廣 控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器pJ；它接受人
義的理解是機(jī)器人自動(dòng)化機(jī)器，而不應(yīng)該理解為如
類的指令后，將按照設(shè)定的程序執(zhí)行運(yùn)動(dòng)路徑和作
翻譯的像人一樣機(jī)器。 業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用包括焊接、噴涂、組裝、
采集和放置(例如包裝和碼垛等)、產(chǎn)品檢測和測試
+國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)1；I(863計(jì)劃，2013AA040501)。20130729 等【4】o
收到初稿，20140211收到修改稿
萬方數(shù)據(jù)2014年5月 王田苗等：我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略
年)資助約1 000萬人民幣，先進(jìn)機(jī)器人單元技 備將成為未來制造強(qiáng)國的重要標(biāo)志，在促進(jìn)我國智
術(shù)戰(zhàn)略開發(fā)計(jì)劃(2006--2010年)預(yù)算5 447萬人 能制造的發(fā)展，推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化突破方面具
民幣【31—321。 有重要的意義…J。
歐洲相關(guān)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展計(jì)劃。歐盟第七研發(fā) 隨著我國勞動(dòng)力成本的逐年增加，老齡化社會(huì)
框架計(jì)劃(2007--2013年)投入機(jī)器人研究經(jīng)費(fèi)達(dá)6 的到來【4¨J，可進(jìn)行傳統(tǒng)加工制造業(yè)的一線工人將保
億歐元，未來的研究計(jì)戈1J(2013--2020年)對(duì)機(jī)器人 持逐年減少的趨勢，同時(shí)社會(huì)服務(wù)的成本將增加，
研究的經(jīng)費(fèi)投入將達(dá)到140億歐元【j扣"J，另外還提 我國對(duì)工業(yè)機(jī)器人及自動(dòng)化加工裝備的需求將逐步
出了2002--2022年歐洲機(jī)器人研究與應(yīng)用的路線 增加。國際制造環(huán)境競爭的日益激烈，客戶可定制、
剛351。 柔性加工制造、成本投入與效率提高、整合全球資
韓國相關(guān)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展計(jì)劃。韓國工業(yè)機(jī)器 源逐漸成為制造業(yè)競爭力的核心要素ⅢJ。
人產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展速度較快。韓國于20世紀(jì) 因而，我國工業(yè)機(jī)器人的市場需求是剛性與持
80年代末開始大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，在政府的 續(xù)的，期望一個(gè)新時(shí)代到來，廠廠都有機(jī)器人m1。
資助和引導(dǎo)下，由現(xiàn)代重工集團(tuán)牽頭，用了10年的 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的臨界點(diǎn)已經(jīng)到來，工業(yè)機(jī)器人發(fā)
時(shí)間形成其工業(yè)機(jī)器人體系，目前韓國的汽車工業(yè) 展將是中國制造業(yè)歷史上一次機(jī)遇與革命。
大量應(yīng)用其本國的機(jī)器人。韓國將機(jī)器人與互聯(lián)網(wǎng)
相結(jié)合，提出了“839”戰(zhàn)略計(jì)劃【j6I，其中智能機(jī) 2 國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展
器人是其提出的九項(xiàng)核心技術(shù)之一。韓國在2003 現(xiàn)狀
年提出了“十大未來發(fā)展動(dòng)力產(chǎn)業(yè)”計(jì)劃，2004年
韓國信息通信部提出“IT839”計(jì)劃Lj¨，及其“無
2．1 國外工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
所不在的機(jī)器人伙伴”項(xiàng)目，2008后每年4 000億
自從20世紀(jì)60年代開始，經(jīng)過近六十年的迅
韓元(約合22億人民幣)p引；2009年韓國政府提出
速發(fā)展，隨著對(duì)產(chǎn)品加工精度要求的提高，關(guān)鍵工
了“第一次智能型機(jī)器人基本計(jì)劃”，計(jì)劃在2013
藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)逐步由工業(yè)機(jī)器人代替工人操作，再加
年以前投入1萬億韓元(約合55億人民幣)p圳。
上各國對(duì)工人工作環(huán)境的嚴(yán)格要求，高危、有毒等
世界工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展模式。世界各國的工業(yè)
惡劣條件的工作逐漸由機(jī)器人進(jìn)行替代作業(yè)，從而
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程，分為三種不同的發(fā)展模式，
增加了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的市場需求。
即日本模式、歐洲模式和美國模式【4…。
在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人及自動(dòng)化生產(chǎn)
日本模式為基于完善的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分
線成套裝備己成為高端裝備的重要組成部分及未來
工進(jìn)行發(fā)展，日本機(jī)器人制造廠商以面向開發(fā)新型
工業(yè)機(jī)器人和批量化生產(chǎn)的機(jī)器人產(chǎn)品為發(fā)展目 發(fā)展趨勢，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車及汽車
標(biāo)，并由應(yīng)用工程集成公司針對(duì)不同行業(yè)的具體工 零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡
藝與需求，開展工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線成套系統(tǒng)的集成 膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流、制造業(yè)等領(lǐng)域mJ，
應(yīng)用。 工業(yè)機(jī)器人在主要領(lǐng)域的年度供應(yīng)量如圖l所示
歐洲模式為用戶單位提供一攬子的系統(tǒng)集成 (數(shù)據(jù)來源：IFR)。
解決方案，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)、應(yīng)用工藝的系統(tǒng) 歐洲、日本在工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)與生產(chǎn)方面占
設(shè)計(jì)與集成調(diào)試，均有工業(yè)機(jī)器人的制造商承擔(dān)和 有優(yōu)勢，其中知名的機(jī)器人公司包括ABB、KUKA、
完成。 FANUC、YASKAWA等，這四家機(jī)器人企業(yè)占據(jù)的
美國模式為集成應(yīng)用，在全球范圍內(nèi)采購工業(yè)
工業(yè)機(jī)器人市場份額達(dá)到60％'-'80％mJ。美國特種
機(jī)器人主機(jī)及成套設(shè)計(jì)的配套設(shè)備，由工程公司進(jìn)
機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新活躍，軍用、醫(yī)療與家政服務(wù)機(jī)器
口，在進(jìn)行集成生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、外圍設(shè)備的研發(fā)與
人產(chǎn)業(yè)占有絕對(duì)優(yōu)勢，占有智能服務(wù)機(jī)器人市場
集成調(diào)試應(yīng)用。
60％14川。我國工業(yè)機(jī)器人需求迫切，以每年25％～
大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的意義及未來空間。新一
30％的速度增長，年需求量在2萬～3萬臺(tái)套，國
輪工業(yè)革命呼喚著工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場激
產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化剛剛開始；在區(qū)域分布上，沿