工业机器人的现状及发展趋势_马光

1 引言
机器人学是一门综合性的新兴学科, 它涉及机械 工程学、电气工程学、微电子工程学、计算机工程学、控 制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及 人工智能工程学等多门尖端学科。工业机器人是机器 人学的一个分支, 它代表 了机电一体化的最 高成就。 随着科学技术的不断发展, 工业机器人已成为柔性制 造系统( FM S) 、自动化工厂( FA) 、计算机集成制造系 统( CIMS) 的自动化工具。广泛采用工业机器人, 不仅 可提高产品的质量与数量, 而且对保障人身安全, 改善 劳动环境, 减轻劳动强度, 提高劳动生产率, 节约原材 料消耗以及降低生产成本, 对促进我国制造业的崛起, 有着十分重要的意义。
2 工业机器人的发展现状
2. 1 国外工业机器人的发展现状 自 1962 年美国推出世界上第一台 Unim at e 型和
Versat ra 型工业机器人以来, 机器人在工业发达国家 得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会( IFR) 前几年的预测, 到 2000 年全世界工业机器人的总数将 达到 82 万台, 比 1996 年增加 24% 。其中, 日本将拥 有 42 万台, 占全世界机器人总数的 50% 左右, 继续保 持 机器人王国 地位。除日本外, 世界上还有许多工 业发达国家, 如美国、前苏联和西欧一些国家的机器人 产业也发展得很快。例如, 在美国, 1970~ 1980 年间
The present situation and developing trend of industrial robot MA Guang SHEN Guiy ing
Abstract: Industrial robot plays an ver y important rule in the mo dern manufacturing pro cess. T he paper summarizes the present situation of the industrial robo t, put forwards the affecting factors and t he implementing tactics of the industrialization about the industrial robot in our country , forecast the trend of its development. Key words: Industr ial robot; Industrializat ion; FM S; CIM S; Ag ile manufacturing
2. 2 国内工业机器人的发展现状 我国工业机器人起步于 20 世纪 70 年代初期, 经
过 30 多年的发展, 大致可分为 3 个阶段: 70 年代的萌 芽期, 80 年代的开发期, 90 年代的实用化期。在高技 术发展的推动下, 随着改革开放方针的实施, 我国机器
组合机床与自动化加工技术
人技术的发展得到政府的重视和支持。在 80 年代中 期, 国家组织了对工业机器人需求的行业调研, 结果表 明, 对第一代工业机器人的需求主要集中在汽车行业 ( 占总需求的 60% ~ 70% ) 。在众多专家的建议和规 划下, 于 七五 期间, 由机电部主持, 中央各部委、中科 院及地方科研院所和大学参加, 国家投入相当资金, 进 行了工业机器人基础技术、基础元器件、几类工业机器 人整机及应用工程的开发研究。经过五年攻关, 完成 了示教再现式工业机器人成套技术( 包括机械手、控制 系统、驱动转动单元、测试系统的设计、制造、应用和小 批量生产的工艺技术等) 的开发, 研制出喷漆、弧焊、点 焊和搬运等作业机器人整机, 几类专用和通用控制系 统及几类关键元部件的主要性能指标达到 80 年代初 国外同类产品的水平, 并且形成小批量生产能力。经 过 80 年代尤其是后 5 年的努力, 我国的工业机器人技 术发展基本上可以立足于国内。90 年代中期, 国家已 选择以焊接机器人的工程应用为重点进行开发研究, 从而迅速掌握焊接机器人应用工程成套开发技术、关 键设备制造、工程 配套、现场 运行等技术。目前已有 500 台左右的焊接机器人分布于大陆各大中城市的汽 车、摩托车、工程机械等制造业, 其中 55% 左右为弧焊 机器人, 45% 左右为点焊机器人, 已建成的机器人焊接 柔性生产线 5 条, 机器人焊接工作站 300 个。90 年代 后半期是实现国产机器人的商品化, 为产业化奠定基 础的时期。目前, 我国( 指大陆地区, 不包括港、台、澳) 工业机器人数量只有约 2500 台, 还没达到 1997 年新 加坡( 3000 多台) 和我国台湾省( 5000 多台) 的水平。
德国 60000 意大利 25494
法国 14784 英国 8751
66817 28386 15632 9958
73200 31500 16200 10800
80200 33400 17200 12100
88400 36100 18000 13100
95700 39100 19000 14200
103800 47400 20000 15000
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恶劣的环境中, 人无法取代机器人, 市场日益全球化, 不使用机器人, 难以提高竞争力。中国人口众多, 劳动 力廉价, 不需要机器人的观念正在改变。 3. 2 产业化的发展策略
1) 政府给予支持 开拓国内机器人市场的一个重要举措是出台扶植 机器人产业的优惠政策。这些政策包括在新生产线建 设、旧设备技术改造、贷款和税收方面的政策和法规, 这样机器人的推广应用环境就会宽松得多。同时, 经 济发达地区的地方政府应加强在机器人技术方面的宣 传和引导, 普及机器人的知识, 以便更多的企业了解机 器人的作用, 更多的采用 机器人来提高市场 竞争力。 注意让那些希望采用机器人的企业得到政策和技术咨 询, 以避免花高昂的代价买来不合适的设备, 让现有的 机器人发挥更好的作用。 2) 建立示范工程 我国目前的机器人市场不大, 但其潜在市场很大。 建立几个具有代表性的工业机器人示范工程, 真正起 到示范和引导的作用。只要用得成功, 就比较容易推 广应用。扩大机器人的应用领域是开拓国内机器人市 场的必要举措之一。 3) 国际技术合作 北京、上海、沈阳等与国外的工业机器人制造商已 经有了实质性的合作, 这种合作的深度和广度还有很 大的潜力。通过国际合作, 能够提高我国开发和生产 工业机器人及其系统的能力, 提高国产工业机器人的 性能和可靠性, 降低生产成本和销售价格, 建立国际水 准的我国机器人产业, 让高性能低成本的国产机器人 占领国内市场。 4) 重视基础研究 为加大技术储备, 要加强机器人学基础研究, 重视 基础件的开发。在跟踪国际先进机器人技术的同时, 要注意自主创新, 建立知识产权。把重点放在工业机 器人上, 先进行应用和推广, 再进行简单有市场的产品 开发, 对一切都考虑经济效益, 用机器人市场去带动机 器人产业, 机器人产业带动机器人研究。 5) 形成规模生产 我国应选择工业发达、交通方便和技术密集的一 些地区, 重点扶植在机器人开发和生产方面有优势的 单位, 建立几个机器人工程公司, 从事工业机器人的批 量生产和实施机器人应用工程, 使我国的机器人生产 和应用向产业化、集团化方向发展。
2002年 第 3期
化和不断发展创新, 要求许多行业必须使用机器人和 机械手才能参与国际市场的竞争, 包括汽车、工程机 械、摩托车、电子、电机、金属加工、家用电器制造业等 行业。这些行业目前使用的机器人太少, 将成为机器 人未来潜在的巨大市场。另外, 机器人价格将大幅度 降低。最近几年, 机器人本身的价格下降了 30% , 随 着高速处理器、大功率晶体管和永磁电机的高速发展, 机器人同计算机一样, 功能越 来越强, 结 构越来越简 单, 而价格越来越低, 机器人日益成为大众化的具有广 泛用途的机器, 低价高性能使机器人在我国将具有非 常广泛的前景。
工业机器人的现状及发展趋势
马 光 申桂英
温州大学 机械工程学院, 浙江 温州 325027
摘要: 工业机器人在现代制造技术中起着举足轻重的作用。本文介绍了国内外工业机器人的发展现状, 指出了我国工业机器人产业化发展的影响因素和实施策略, 阐述了工业机器人技术的发展趋势。 关键词: 工业机器人; 产业化; F MS; CIM S; 敏捷制造 中图分类号: T P 242. 2 文献标识码: A 文章编号: 1001- 2265( 2002) 03- 0048- 04
1) 市场方面 我国大力推行国企改革, 推行市场经济, 工业企业 大都在进行重组, 并正用先进制造技术来改造传统的 生产方式, 提高基层的柔性生产水平是技术改造的重 点。大量的企业进行产品转型生产夏改造与扩建为机 器人提供了市场, 企业可毫无顾虑的在人与机器人之 间做出选择, 以获得高质 量、高效 率、低成本 的产品。 同时, 生产的全球化和竞争的国际化, 以及产品的个性
2) 技术方面 我国于 1972 年开始研究工业机器人, 上海、天津、 北京、沈阳、哈尔滨、广州、昆明等研究单位和院校分别 开发了固定程序、组合式、液压伺服型通用机器人, 并 开始了机构学、计算机控制和应用技术的研究。我国 的机器人研究开发工作虽然起步较晚, 但在国家有关 部门的支持和广大机器人学科技和教育工作者的努力 下, 进展较快。已在工业机器人、特种机器人和智能机 器人各方面取得明显成绩, 其中, 国家 863 计划智能 机器人主题的研究更是令人瞩目, 成果层出。这些成 就已为发展工业机器人和智能机器人储备了许多重要 的技术, 跟踪了国际先进的机器人技术, 将大大加快中 国机器人产业化的进程。 3) 人员方面 随着国内外机器人学的快速发展, 国内许多大学 开设了机器人学课程, 很多硕士研究生和博士研究生 在从事机器人的开发和研究工作。同时, 国家 863 计 划从 1987 年开始实施以来, 组 织和培养了一支 2000 多人的机器人研究开发队伍。另外, 国家正逐步制定 必要的政策, 吸引在机器人技术方面学有所长的留学 人员回国服务。虽然这支队伍还不够大、也不够强, 需 要继续锻炼, 发展壮大, 但他们将成为机器人产业化的 主力军。 4) 观念方面 机器人能提供稳定的高效率与高质量的产品, 是 人无法提供的, 尤其在生产节拍高的自动化生产线和
3 产业化是我国工业机器人发展的必由之路
从国内外的现状分析可以看出, 我国的工业机器 人的装机台数和技术水平与国外还有一定的差距。随 着我国加入世界贸易组织( WT O) , 我国的机器人产业 将面临着新的发展机遇和来自国外的挑战。要把握这 一机遇, 迎接挑战, 取得快速发展的必由之路是走产业 化道路。 3. 1 产业化的影响因素
表 1 1996~ 1998 年现役工业机器人台数 及 1999~ 2002 年台数预测
百度文库
国别 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
日本 399629 412961 411800 433100 428800 433400 366600 美国 70858 77108 81700 90700 101800 114800 120200
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的机器人台数增加 20 倍以上。尽管美国所拥有的机 器人在台数上不如日本, 但其技术水平较高, 占有一定 的优势。到 1998 年, 美国拥有 8 万多台机器人, 德国 为 7 万多台, 分别占世界机器人总数的 15% 和 13% 左右, 排名世界第 2 位和第 3 位。在亚洲, 韩国的机器 人产业发展迅速, 现排名世界第 5 位; 而日本、韩国和 新加坡的机器人密度( 即制造业中每万名雇员占有的 工业机器人数量) 居世界第 1~ 3 位, 包揽了前三名。 西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰、南斯 拉夫以及北美的加拿大等, 机器人制造业及应用机器 人的情况都有很大发展。表 1 显示了世界现役机器人 台数和预测台数, 从中可以看出近几年世界工业机器 人的发展状况。
同时也应注意到, 世界机器人公司高度关注中国 市场。目前进入中 国市场的机器人公司 主要为日本 F ANUC、安川、川崎重工和欧洲的 KU KA、ABB 等世 界名牌, 但所有机器人公司均对中国市场保持着高度 注意力, 都希望来开拓中国的机器人市场。这既是机 遇, 也是挑战, 对此必须加以研究, 制定相应的发展策 略。