概述

　　世界上機器人工業(yè)萌芽于50年代的美國，經過40多年的發(fā)展，已被不斷地應用于人類社會很多領域，正如計算機技術一樣，機器人技術正在日益改變著我們的生產方式，以至今后的生活方式。我們有必要以極大的興趣關注它的發(fā)展，研究它的未來，迎接它給我們帶來的機遇。

　　中國工業(yè)機器人的回顧

　　我國機器人技術發(fā)展已有20多年歷史，特別是在“七五”計劃期間，國家對機器人工業(yè)給予了足夠的重視，投入了一定的資金，組織了全國近百個單位的機器人技術攻關，開發(fā)出噴漆、焊接、搬運等工業(yè)機器人操作機、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)及相關的元器件，取得了90余項科研成果，形成了我國機器人研究開發(fā)的基本力量，為進一步發(fā)展我國工業(yè)機器人打下了一定的基礎。在此期間，我國機器人工業(yè)基本上實現了從無到有并進行了相關的應用開發(fā)。

      機器人工業(yè)的現狀

　　進入90年代，世界機器人工業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步增長，每年增長率保持在10%左右，世界上已擁有機器人數量達到70萬臺左右，1992、1993年世界機器人市場曾一度出現小的低谷，近年除日本外，歐美機器人市場也開始復蘇，并日益興旺。與全球機器人市場一樣，中國機器人市場也逐漸活躍，1997年上半年，我國從事機器人及相關技術產品研制、生產的單位已達200家，研制生產的各類工業(yè)機器人約有410臺，其中已用于生產的約占3/4。目前全國約有機器人用戶500家，擁有的工業(yè)機器人總臺數約為1200臺，其中從40家外國公司進口的各類機器人占2/3以上，并每年以100～150臺的速度增加。進入“九五”計劃第一年后，一些大型工廠、公司正在調整機器人的應用和發(fā)展策略，由應用機器人大戶轉向成為開發(fā)機器人大戶，力求推進中國機器人的產業(yè)化。第一汽車集團公司是我國最早的機器人用戶之一，已在其汽車生產線上應用了20多臺機器人，“八五”期間開發(fā)了2臺高功能點焊機器人，此外還在進一步開發(fā)弧焊、打磨、涂膠等機器人。東風汽車集團公司是我國第一條國產機器人噴涂生產線應用單位，1996年在引進德國KUKA公司90年代機器人技術的基礎上，用KUKA散件組裝成功點焊機器人，即將投產，1997年又引進KUKA公司的焊裝線，用于駕駛室焊裝并做工程應用研究。濟南第二機床廠在與美國ISI機器人公司等合作完成了第一條沖壓自動生產線后，又自行開發(fā)了全自動薄板沖壓生產線，并投入應用。1996年北京首鋼集團公司與日本安川電機（株）、巖谷產業(yè)（株）合資成立首鋼莫托曼機器人有限公司，引進日本安川公司的產品和技術，生產和銷售各類工業(yè)機器人，預計生產能力可達800臺/年，年銷售額可達4.6億元。在國內大公司、大企業(yè)紛紛發(fā)展機器人產業(yè)的同時，國內的科研院所、高校在工業(yè)機器人的研制和發(fā)展中也取得了長足的進步，尤其是一些領先的機器人科研生產單位，如北京機械工業(yè)自動化研究所已售出各類工業(yè)機器人110多臺，并完成了15條大型機器人自動噴涂生產線，該所正致力于內涂機器人及新型弧焊機器人開發(fā)。北京機電研究所引進德國技術，生產熱模鍛和輥鍛機器人，經過10年已全部國產化，并銷售出50臺，大連組合機床研究所開發(fā)的弧焊機器人已售出13臺，現正在開發(fā)裝配機器人，擬用于電子行業(yè)，中國科學院沈陽自動化研究所開發(fā)的水下機器人已達到世界領先水平，并已出口11臺，開發(fā)的弧焊、搬運等機器人已應用30多臺，哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)的爬壁機器人、碼垛機器人等均在國內產生了良好的效益和影響。

　　國內各生產廠家在開展機器人應用研究、推進機器人產業(yè)化的同時，在機器人的基礎研究、特種機器人研究、機器人實驗室建設等方面取得了相當大的進展，原國家科委組織實施的“863”計劃中智能機器人主題在國內產生了很大影響，實現了我國特種機器人從無到有的突破，完成了3種類型、5個型號樣機的研制目標并全部通過驗收，它們是1000m無纜水下機器人、遙控移動式作業(yè)機器人、壁面爬行檢查機器人和精密裝配機器人。同時在國內建成了七個網點實驗室：智能機器人研究開發(fā)中心、機器人視覺實驗室、人工智能在機器人中應用實驗室、智能機器人機構學實驗室、機器人傳感技術實驗室、機器人柔性裝配實驗室及機器人控制理論和方法實驗室。在機器人技術得到發(fā)展、機器人實驗環(huán)境得到改善的同時，國內機器人工業(yè)方面標準化管理工作也取得了相當進展，在原有12項國家標準和行業(yè)標準的基礎上，1996年又修訂了《工業(yè)機器人安全規(guī)范》、《工業(yè)機器人術語》兩項國家標準，制訂了《工業(yè)機器人坐標系運動命名原則》國家標準和《工業(yè)機器人型號編制方法》行業(yè)標準，這些標準的建立和相繼實施，為行業(yè)內生產廠家提供了基本的依據，為國內機器人工業(yè)向標準化、規(guī)范化方向發(fā)展打下了基礎。

　　我國機器人工業(yè)的發(fā)展趨勢

　　工業(yè)機器人是典型的機電一體化高技術產品。在許多生產領域，它對于提高生產自動化水平，提高勞動生產率、產品質量和經濟效益，改善工人勞動條件的作用日見顯著，不少勞動條件惡劣、生產要求苛刻的場合，工業(yè)機器人代替人力勞動已是必然的趨勢，國內各行各業(yè)對機器人的需求將越來越多，國內市場將穩(wěn)步增長，根據目前的現狀，我國機器人近幾年發(fā)展的形式將會怎樣呢？根據我們的分析將會呈現如下幾個特點：

　　1.從國際市場來看，機器人工業(yè)是一種高投入低贏利的產業(yè)，市場競爭極為激烈，機器人工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤可言，才有必需的開發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。世界上機器人產量最大的三家公司年產機器人數均超千臺以上，其中ABB公司達到9000臺，安川電機公司近2500臺，KUKA公司近2000臺，從國內現狀來看，大公司、大企業(yè)通過與外國機器人公司合資合作，引進技術和資金，逐步規(guī)模化生產機器人，把國內機器人產業(yè)推向一個新的階段，其中有代表性的，如首鋼集團公司與安川電機公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設備廠與松下電器公司合資的唐山松下產業(yè)機器有限公司、東風汽車公司與德國KUKA公司合作、濟南二機床公司與美國ISI機器人公司合作等等。這些合資合作的開展，將會有效地推動中國機器人工業(yè)的進步，全面促進中國機器人工業(yè)水平的提高，但是它也會和其他外國機器人公司一樣，沖擊中國機器人市場，影響具有自主開發(fā)能力的中國機器人產業(yè)的形成，也會使國內其他的機器人生產廠家面臨一種嚴峻的挑戰(zhàn)。

　　2.由注重機器人單機開發(fā)過渡到成套開發(fā)機器人應用系統(tǒng)

　　生產機器人多的大型公司，可以憑借規(guī)模優(yōu)勢，占據較大的市場份額，形成規(guī)模效益，而一些中小公司要想在激烈的市場競爭中求得生存，必須具有自己的特色。國外許多中小公司把自己的市場定位在機器人系統(tǒng)集成或某些有特長領域，從而形成自己的局部優(yōu)勢，在市場中求得生存和發(fā)展，如奧地利IGM公司以向用戶提供大型機器人焊接系統(tǒng)著稱，機器人在系統(tǒng)中只占售價的1/3左右，賣單臺機器人贏利甚微，而賣機器人系統(tǒng)卻贏利可觀。意大利COMAU公司以承接壓機生產線見長，在這里，機器人系統(tǒng)是促銷售的關鍵。我國國內機器人生產廠家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國內一般企業(yè)又沒有能力將機器人有效地集成到生產系統(tǒng)中去，因此，那些進行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務的公司，在機器人市場中將有較強的競爭力。國內機器人生產廠家中北京機械工業(yè)自動化研究所，以承接涂裝自動化生產線見長，累計產值近2000萬元，中國科學院沈陽自動化研究所承接焊接生產線，累計產值近5000萬元，哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所的機器人碼垛生產線正在產業(yè)化，累計產值超千萬元。

　　3.機器人開發(fā)走開放型科研之路

　　國內通過“七五”機器人技術攻關，已具備了生產國產機器人的基礎，但國產機器人無論在技術上，還是可靠性上，都與國外機器人差相當一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。

　　1）多方籌措開發(fā)資金，通過政府部門投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國產機器人的開發(fā)資金。

　　2）消化和利用國外機器人技術、資料、樣機和關鍵元器件，為我所用。

　　3）選擇引進國外質量可靠的機器人零部件和元器件。

　　4）大力開展國內合作，利用國內技術優(yōu)勢，開發(fā)具有中國技術特色的國產機器人產品。

　　5）注意機器人產品的高可靠性，使國產機器人的可靠性與國外機器人具有可比性，同時要做到低成本、易操作。

　　4.機器人品種的多樣化和應用領域的廣泛化

　　我國機器人80年代起步之初，主要機型為噴漆、弧焊、點焊、搬運等，應用領域主要局限于汽車、摩托車、工程機械等，但是進入90年代以來，機型和領域均有了很大的發(fā)展，根據國內外機器人發(fā)展的趨勢，我們分析認為，國內逐步開發(fā)出以下的機器人品種是合適的。

　　機器人機型：

　　1）焊接機器人

　　2）搬運機器人

　　3）裝配機器人

　　4）噴涂機器人

　　5）切割用機器人（水切割、激光切割、等離子切割）

　　6）娛樂機器人

　　7）水下機器人

　　8）爬壁機器人

　　9）管道機器人

　　10）醫(yī)療服務機器人

　　11）微型機器人

　　12）多臂機器人

　　13）行走機器人

　　14）移動避障機器人

　　國外機器人工業(yè)的發(fā)展趨勢

　　目前國際上商業(yè)化的工業(yè)機器人大部分屬于示教再現型，即T/P（Teaching and Playback）型機器人。采用示教盒示教或人工引導示教方式，工作時再現示教好的程序，可重復工作并能達到優(yōu)化的工藝過程。第一代示教再現型機器人大部分用于工業(yè)生產。近年，在國外使用工業(yè)機器人行業(yè)的分布次序，大概為電子、電器、汽車制造、塑料成形、通用機械、金屬加工、運輸及倉庫、食品、輕工；按作業(yè)性質排序為裝配、弧焊、點焊、機械加工、塑料壓制、測量/檢查/試驗、沖壓、噴漆、鑄造。　　從近幾年世界幾大機器人公司，如ABB（瑞典、瑞士）、安川電機（日本）、GMF（日本、美國）、Funal（日本）等公司推出的產品來看，發(fā)現有如下一些特點和趨勢：

　　1）大部分采用最新交流伺服電動機間接式直接驅動，或采用DD電動機直接驅動，進一步改善了機器人動態(tài)特性。由于沒有直流電動機的換向電刷，可靠性也大大提高。

　　2）采用絕對值編碼器進行位置檢測，使機器人起動后，無需原點復位即可投入運行，因而減少了非工作時間。

　　3）采用64位數字伺服驅動單元，以軟件改變系統(tǒng)參數。不但便于調試，精度也比過去大大提高。主控機采用32位以上單CPU或多CPU控制，以提高機器人插補運算和坐標變換的運算速度。

　　4）采用特殊的減速機構傳動代替諧波傳動，這種傳動在大負載力矩下剛性較好，成本低。

　　5）操作機的本體采用桿臂結構或細長臂和軸向式腕關節(jié)，以及關節(jié)機構、電動機、減速器、編碼器有機結合，全部電、氣管線不外露，形成一個十分完整的防塵、防漏、防爆、防水全封閉一體化結構。

　　6）國外機器人近年來一個重要目標是降低成本，采用兩種方針：一是擴展簡易型直角坐標機器人，大量用于多點定位焊接及裝配和搬運工序，價格可降到關節(jié)式機器人1/2～1/3；二是減少機器人型號和品種，操作機和控制器均采用通用化元器件，標準化、模塊化組件和結構件，以減低成本適應國際價格競爭環(huán)境。

　　7）機器人向多種行業(yè)擴展，隨著工業(yè)機器人向更加深度和廣度發(fā)展以及機器人智能化的提高，使機器人應用范圍不斷擴大。如建筑業(yè)地面和壁面作業(yè)、高層建設水泥結構的組裝、鋼筋自動焊接以及深層地基作業(yè)等機器人，已研制出樣機并試用于施工現場。采礦機器人取代危險性作業(yè)在國外也有了一定的進展。電力系統(tǒng)高壓線路維護和檢修，供水、供氣、污水管道的維修、檢查用機器人已開發(fā)出樣機及部分產品。醫(yī)療手術用機器人已有成功的實例和很好的發(fā)展前景。排險、清掃、警備機器人已有多種不同用途和規(guī)格的產品出售。醫(yī)務護理用機器人尚處在研制階段。考慮到21世紀社會生活的高齡化人口比率的增加，國外效仿“個人計算機”，提出“個人機器人”概念。個人機器人定義為協助人的生活，使個人生活更加舒適、安全和高效。這方面的發(fā)展可能與20世紀個人計算機相似，將會在21世紀普及和推廣。

      8）軍事應用，如偵察無人機，無人駕駛空中飛行器，無人駕駛軍事車輛，探雷、排雷，放射性有毒物處理，戰(zhàn)壕挖掘，敵情收集、分析、傳送，小型偵察器（機器蟲）等軍事應用機器人，目前正在各先進國家中開發(fā)，如美國國防高級研究計劃局（DARPA）正主持開發(fā)多種軍事應用機器人項目。