第50卷第9期 機械工程學(xué)報 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)機械工程及自動化學(xué)院北京 100191)
摘要：隨著工業(yè)機器人的快速發(fā)展，其在汽車制造、機械加工、焊接、上下料、磨削拋光、搬運碼垛、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)機器人發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，就工業(yè)機器人目前
涉及的靈巧操作、自主導(dǎo)航、環(huán)境感知、人機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)機器人前沿技術(shù)發(fā)展動態(tài)的同時，為發(fā)展我國工業(yè)機器人技術(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：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)對機器人的定義為“機器人是
一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能
國際機器人聯(lián)合會(International Federation of 機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編
Robotics，IFR)將機器人定義如下：機器人是一種半 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)機器人
工作，應(yīng)用于生產(chǎn)過程稱為工業(yè)機器人，應(yīng)用于特 是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器
殊環(huán)境稱為專用機器人(特種機器人)，應(yīng)用于家庭 人，是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和
或直接服務(wù)人稱為(家政)服務(wù)機器人¨J。這種內(nèi)涵廣 控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器pJ；它接受人
義的理解是機器人自動化機器，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)行運動路徑和作
翻譯的像人一樣機器。 業(yè)。工業(yè)機器人的典型應(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)展計劃資助項1；I(863計劃，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)機器人單元技 備將成為未來制造強國的重要標(biāo)志，在促進(jìn)我國智
術(shù)戰(zhàn)略開發(fā)計劃(2006--2010年)預(yù)算5 447萬人 能制造的發(fā)展，推動工業(yè)機器人產(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)機器人發(fā)展計劃。歐盟第七研發(fā) 隨著我國勞動力成本的逐年增加，老齡化社會
框架計劃(2007--2013年)投入機器人研究經(jīng)費達(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，未來的研究計戈1J(2013--2020年)對機器人 持逐年減少的趨勢，同時社會服務(wù)的成本將增加，
研究的經(jīng)費投入將達(dá)到140億歐元【j扣"J，另外還提 我國對工業(yè)機器人及自動化加工裝備的需求將逐步
出了2002--2022年歐洲機器人研究與應(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)機器人發(fā)展計劃。韓國工業(yè)機器 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)機器人技術(shù)，在政府的 續(xù)的，期望一個新時代到來，廠廠都有機器人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)機器人發(fā)展的臨界點已經(jīng)到來，工業(yè)機器人發(fā)
時間形成其工業(yè)機器人體系，目前韓國的汽車工業(yè) 展將是中國制造業(yè)歷史上一次機遇與革命。
大量應(yīng)用其本國的機器人。韓國將機器人與互聯(lián)網(wǎng)
相結(jié)合，提出了“839”戰(zhàn)略計劃【j6I，其中智能機 2 國內(nèi)外工業(yè)機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展
器人是其提出的九項核心技術(shù)之一。韓國在2003 現(xiàn)狀
年提出了“十大未來發(fā)展動力產(chǎn)業(yè)”計劃，2004年
韓國信息通信部提出“IT839”計劃Lj¨，及其“無
2．1 國外工業(yè)機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
所不在的機器人伙伴”項目，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，隨著對產(chǎn)品加工精度要求的提高，關(guān)鍵工
了“第一次智能型機器人基本計劃”，計劃在2013
藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)逐步由工業(yè)機器人代替工人操作，再加
年以前投入1萬億韓元(約合55億人民幣)p圳。
上各國對工人工作環(huán)境的嚴(yán)格要求，高危、有毒等
世界工業(yè)機器人的發(fā)展模式。世界各國的工業(yè)
惡劣條件的工作逐漸由機器人進(jìn)行替代作業(yè)，從而
機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程，分為三種不同的發(fā)展模式，
增加了對工業(yè)機器人的市場需求。
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)機器人及自動化生產(chǎn)
日本模式為基于完善的工業(yè)機器人產(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，日本機器人制造廠商以面向開發(fā)新型
工業(yè)機器人和批量化生產(chǎn)的機器人產(chǎn)品為發(fā)展目 發(fā)展趨勢，工業(yè)機器人已經(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不同行業(yè)的具體工 零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡
藝與需求，開展工業(yè)機器人生產(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)機器人的生產(chǎn)、應(yīng)用工藝的系統(tǒng) 歐洲、日本在工業(yè)機器人的研發(fā)與生產(chǎn)方面占
設(shè)計與集成調(diào)試，均有工業(yè)機器人的制造商承擔(dān)和 有優(yōu)勢，其中知名的機器人公司包括ABB、KUKA、
完成。 FANUC、YASKAWA等，這四家機器人企業(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)機器人市場份額達(dá)到60％'-'80％mJ。美國特種
機器人主機及成套設(shè)計的配套設(shè)備，由工程公司進(jìn)
機器人技術(shù)創(chuàng)新活躍，軍用、醫(yī)療與家政服務(wù)機器
口，在進(jìn)行集成生產(chǎn)線的設(shè)計、外圍設(shè)備的研發(fā)與
人產(chǎn)業(yè)占有絕對優(yōu)勢，占有智能服務(wù)機器人市場
集成調(diào)試應(yīng)用。
60％14川。我國工業(yè)機器人需求迫切，以每年25％～
大力發(fā)展工業(yè)機器人的意義及未來空間。新一
30％的速度增長，年需求量在2萬～3萬臺套，國
輪工業(yè)革命呼喚著工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場激
產(chǎn)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化剛剛開始；在區(qū)域分布上，沿