去年9月，中國科協(xié)委托中國電子學(xué)會(huì )牽頭組織國內科研、產(chǎn)業(yè)一線(xiàn)的專(zhuān)業(yè)人員和行業(yè)研究人員30余人，對世界機器人科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢、主要發(fā)達國家的戰略部署和我國機器人產(chǎn)業(yè)現狀與發(fā)展路徑開(kāi)展了深入研究。在研究報告基礎上形成的《智享機器人時(shí)代——我國機器人發(fā)展之路》一書(shū)即將出版，我們獲得授權提前擷取其中部分內容與讀者分享。

    進(jìn)入21世紀以來(lái)，全球制造業(yè)正在向自動(dòng)化、集成化、智能化、綠色化方向發(fā)展。作為智能制造的主力軍，工業(yè)機器人不斷從汽車(chē)制造領(lǐng)域向機械、建材、物流、食品乃至航空、航天、船舶制造等領(lǐng)域滲透。智能技術(shù)與社會(huì )生產(chǎn)、生活相結合，還催生了可從事修理、運輸、清洗、保安、救援、監護等工作的服務(wù)機器人和特種機器人。“機器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)切入點(diǎn)和重要增長(cháng)點(diǎn)，將影響全球制造業(yè)格局。國際機器人聯(lián)合會(huì )（IFR）預測：“機器人革命”將創(chuàng )造數萬(wàn)億美元的市場(chǎng)，從而帶動(dòng)與機器人相關(guān)的新材料功能模塊、感知獲取與識別、智能控制與導航等關(guān)鍵技術(shù)與市場(chǎng)快速發(fā)展。

    2014年6月9日，習近平總書(shū)記在兩院院士大會(huì )的報告中提到，“機器人是‘制造業(yè)皇冠頂端的明珠’，其研發(fā)、制造、應用是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng )新和高端制造業(yè)水平的重要標志。機器人主要制造商和國家紛紛加緊布局，搶占技術(shù)和市場(chǎng)制高點(diǎn)”。“我們不僅要把我國機器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領(lǐng)市場(chǎng)。我們要審時(shí)度勢、全盤(pán)考慮、抓緊謀劃、扎實(shí)推進(jìn)”。

    全球發(fā)展現狀

    經(jīng)過(guò)五十多年的快速發(fā)展，在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應用于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料行業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等諸多領(lǐng)域。作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機器人已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。

    目前，從全球機器人技術(shù)現狀來(lái)看，呈現兩大特點(diǎn)：其一，無(wú)人系統備受關(guān)注，仿生領(lǐng)域已成重點(diǎn)。在無(wú)人系統領(lǐng)域，典型代表為美國研制的RQ-4全球鷹無(wú)人機。作為目前最先進(jìn)的無(wú)人機，在伊拉克、阿富汗戰場(chǎng)上得到了廣泛應用。在仿人/生機器人領(lǐng)域，1999年日本本田率先研究雙足仿人機器人的預測運動(dòng)控制，并在2000年發(fā)布了首款ASIMO機器人。在仿動(dòng)物機器人領(lǐng)域，波士頓動(dòng)力公司率先突破四足機器人復雜動(dòng)力學(xué)建模、控制與驅動(dòng)問(wèn)題，于2005年推出了首款BigDog四足大狗機器人。其二，醫療康復漸成熱點(diǎn)，家用服務(wù)逐步成真。IntuitiveSurgical公司1999年首次發(fā)布達芬奇外科手術(shù)機器人。目前該系統在1450余家科研及醫院場(chǎng)所得到安裝使用。

    從產(chǎn)業(yè)現狀來(lái)看，全球機器人發(fā)展有四個(gè)特點(diǎn)：首先，全球市場(chǎng)快速增長(cháng)，工業(yè)應用獨占鰲頭。據國際機器人聯(lián)合會(huì )（IFR）統計，2013年全球機器人市場(chǎng)總規模達342.7億美元。其中，工業(yè)機器人市場(chǎng)規模約為290億美元，同比增長(cháng)11.5%。其次，工業(yè)應用逐步拓展，服務(wù)應用漸成熱點(diǎn)。國外工業(yè)機器人企業(yè)的業(yè)務(wù)大多起源于汽車(chē)制造。近年來(lái)，工業(yè)機器人企業(yè)開(kāi)始高度關(guān)注電子信息制造、食品加工、化工等傳統行業(yè)中的機器人應用。機器人應用也正從工業(yè)領(lǐng)域向國防軍事、醫療康復、助老助殘、家居服務(wù)等領(lǐng)域迅速拓展。其三，跨國企業(yè)優(yōu)勢明顯，大型企業(yè)發(fā)展全面。目前，跨國企業(yè)在核心零部件、整機、系統集成等機器人產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節均有明顯優(yōu)勢。例如在減速器領(lǐng)域，應用于工業(yè)關(guān)節機器人中的諧波減速器基本被日本哈默納科一家公司壟斷。在工業(yè)機器人整機領(lǐng)域，發(fā)那科、庫卡、ABB、安川四大企業(yè)是全球市場(chǎng)的絕對強者。第四，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)頻發(fā)力，機器人技術(shù)助發(fā)展。近兩年，國際互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)大舉進(jìn)軍機器人領(lǐng)域。以谷歌為例，2013年收購了8家機器人企業(yè)，2014年初又收購了人工智能公司DeepMind和智能家居公司Nest。谷歌還持續研發(fā)無(wú)人駕駛汽車(chē)，并取得較大進(jìn)展。虛擬業(yè)務(wù)與現實(shí)業(yè)務(wù)相結合，是谷歌獲取持久發(fā)展力的重要途徑。

    機器人產(chǎn)業(yè)越來(lái)越受到世界各國的高度關(guān)注。主要經(jīng)濟體紛紛將發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰略，并以此作為保持和重獲制造業(yè)競爭優(yōu)勢的重要手段。目前，日本是全球工業(yè)機器人生產(chǎn)規模最大、應用最廣的國家，其仿人機器人、家用機器人、服務(wù)機器人技術(shù)也十分領(lǐng)先；歐盟及德國在工業(yè)機器人和醫療機器人領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位；韓國在服務(wù)機器人領(lǐng)域發(fā)展較為優(yōu)秀；美國主要優(yōu)勢在系統集成領(lǐng)域，特別是醫療機器人和國防軍工機器人。

    我國機器人發(fā)展現狀

    據國際機器人聯(lián)合會(huì )（IFR）統計，2004—2013年的十年間，我國工業(yè)機器人市場(chǎng)銷(xiāo)量的年均復合增長(cháng)率高達29.8%。2013年，市場(chǎng)銷(xiāo)量達36560臺，同比增長(cháng)30.4%，首次超過(guò)日本成為全球最大工業(yè)機器人市場(chǎng)。國產(chǎn)服務(wù)機器人、特種機器人也開(kāi)始形成一定競爭力。盡管如此，2013年我國每萬(wàn)名制造業(yè)從業(yè)人員僅擁有25臺機器人，不到日本的十分之一，與世界58臺的平均水平也有較大差距。

    目前，我國已在工業(yè)機器人的多個(gè)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。新松機器人在自動(dòng)導引車(chē)（AGV）等方面取得重要市場(chǎng)突破。博實(shí)股份重點(diǎn)在石化等行業(yè)的自動(dòng)包裝與碼垛機器人方面進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣應用。廣州數控研發(fā)了自主知識產(chǎn)權的工業(yè)機器人產(chǎn)品，用于機床上下料等。奇瑞裝備與哈工大合作研制的165kg點(diǎn)焊機器人已在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上開(kāi)始應用。此外，安徽埃夫特、南京埃斯頓、安徽巨一自動(dòng)化、常州銘賽、青島科捷自動(dòng)化、蘇州博實(shí)、北京博創(chuàng )等企業(yè)在整機、系統集成應用與核心零部件方面也進(jìn)行了研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣。

    但也應看到，我國在高精度減速器、伺服系統、控制系統等工業(yè)機器人核心零部件領(lǐng)域長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口。這嚴重制約了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及國際競爭力的形成。

    我國已在仿生機器人、康復機器人等領(lǐng)域開(kāi)展了廣泛研究，并取得了一些成果。北京理工大學(xué)研制的“匯童”BHR及浙江大學(xué)研制的Wu & Kong仿人機器人連續對打乒乓球最高可達110回合，機器人與人對打最高可達140回合。在教育機器人領(lǐng)域，上海未來(lái)伙伴機器人有限公司于1998年推出全球第一臺教育機器人產(chǎn)品AS-MII能力風(fēng)暴機器人。

    在特種機器人領(lǐng)域，我國在一些領(lǐng)域已形成發(fā)展優(yōu)勢。例如，在水下機器人領(lǐng)域，中船重工702所、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、中科院聲學(xué)所等多家單位設計完成的7000米級“蛟龍號”于2012年6月27日下潛最大深度達到了7062.68米。在民用無(wú)人機領(lǐng)域，深圳大疆科技自主研發(fā)的系列產(chǎn)品，填補了國內外多項技術(shù)空白。其飛行影像系統已占據國內70%、全球50%以上的市場(chǎng)份額。在醫療外科機器人領(lǐng)域，北航機器人研究所聯(lián)合海軍總醫院于2003年設計出了適合輔助腦外科手術(shù)的機器人，截至2008年底已經(jīng)成功實(shí)施5000余例手術(shù)。

    我國從1982年就開(kāi)始了工業(yè)機器人的標準化研究工作，現行標準36項。近年來(lái)，我國機器人領(lǐng)域的專(zhuān)利申請量也呈逐年遞增態(tài)勢。截至2014年9月19日，我國機器人專(zhuān)利申請23877項，其中發(fā)明專(zhuān)利13367項，實(shí)用新型專(zhuān)利8325項，外觀(guān)專(zhuān)利2185項。

    我國機器人發(fā)展面臨挑戰

    由于需求旺盛、潛力巨大，中國市場(chǎng)成為全球主要機器人廠(chǎng)家的必爭之地。發(fā)那科、ABB、庫卡、安川、Staubli、Denso、Epson、Toshiba、Adept、三菱、Yamaha、川崎重工等，均在中國設立了分公司，并且大部分已在國內擁有工廠(chǎng)或計劃開(kāi)設工廠(chǎng)。這些企業(yè)普遍以六軸或以上高端工業(yè)機器人為主，幾乎壟斷了國內汽車(chē)制造、焊接等高端領(lǐng)域。此外，國外核心零部件企業(yè)也抓緊搶灘我國市場(chǎng)，如納博特斯克近期將在中國投資50億日元建立新工廠(chǎng)，并計劃在2016年生產(chǎn)10萬(wàn)臺精密減速器。

    據美國IHS統計，2015年國際機器人整機廠(chǎng)商在中國的總產(chǎn)能將超過(guò)55000臺/年。加上本土企業(yè)及新進(jìn)入者，2015年國內機器人整機產(chǎn)能將達到60000臺/年。

    截至2014年5月，國內機器人企業(yè)接近400家，其中工業(yè)機器人企業(yè)353家，上市企業(yè)44家；從事機器人研究的科研院所達300余家。但迄今為止國內高校還沒(méi)有開(kāi)設獨立的機器人學(xué)專(zhuān)業(yè)，無(wú)法培養機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需要的專(zhuān)業(yè)交叉、復合型、工程化專(zhuān)門(mén)人才。相對龐大的市場(chǎng)需求，雖然國內相關(guān)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生隊伍龐大，但推動(dòng)成果轉化和應用的專(zhuān)業(yè)研發(fā)人才、設計人才、應用人才尤其是領(lǐng)軍創(chuàng )業(yè)的復合型人才奇缺。目前國內現有機器人研發(fā)人員約1.5萬(wàn)人，行業(yè)工程師約2萬(wàn)人，但我國機器人專(zhuān)家的國際影響力還相對較弱，鮮見(jiàn)能夠在相關(guān)國際組織任職的世界級科學(xué)家，人才資源結構性短缺問(wèn)題突出。

    此外，在國家將機器人提升至戰略性新興產(chǎn)業(yè)之后，國內各地陸續出臺相關(guān)扶持政策，爭相打造機器人產(chǎn)業(yè)基地。截至2014年6月，全國已建或擬建的機器人相關(guān)產(chǎn)業(yè)園（基地）已超過(guò)30個(gè)，規劃總面積超過(guò)2.8萬(wàn)畝，到2020年的規劃投資額超過(guò)5000億元。但總體說(shuō)來(lái)，國內園區同質(zhì)化競爭態(tài)勢較為明顯。

    我國機器人發(fā)展著(zhù)力點(diǎn)

    目前我國在機器人領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸主要體現在三個(gè)方面。一是減速器、伺服電機與驅動(dòng)器等核心零部件無(wú)法與國外同類(lèi)產(chǎn)品競爭。二是靈巧操作、感知與智能核心單元，傳感器、實(shí)用化智能軟件與國外產(chǎn)品差距顯著(zhù)。三是系統集成設計技術(shù)，與行業(yè)緊密配合的仿真環(huán)境試驗數據積累不夠，缺乏共性技術(shù)數據平臺，應用工藝與集成設計、作業(yè)與操作工具、系統集成設計軟件等較為落后。

    目前，我國機器人產(chǎn)業(yè)正處于重點(diǎn)跨越、整體帶動(dòng)的發(fā)展機遇期，即應以發(fā)展工業(yè)機器人為突破口，同時(shí)以“政府引導、市場(chǎng)主導”的方式發(fā)展服務(wù)機器人，以支持重大工程的方式發(fā)展特種機器人。

    在工業(yè)機器人領(lǐng)域，在勞動(dòng)力成本上升、制造業(yè)轉型升級以及發(fā)展智能制造基礎裝備等因素的強力推動(dòng)之下，我國工業(yè)機器人市場(chǎng)存在長(cháng)期剛性需求，具有廣闊市場(chǎng)空間。由于已經(jīng)具有一定技術(shù)基礎和產(chǎn)業(yè)積累，我國完全可以憑借龐大的國內市場(chǎng)，抓住機器人智能化升級換代發(fā)展機遇，積極培育本土企業(yè)，實(shí)現工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的彎道超車(chē)。在服務(wù)機器人領(lǐng)域，我國與發(fā)達國家同處產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步階段，在研究基礎、技術(shù)積累、市場(chǎng)需求和競爭環(huán)境等方面差距不大。隨著(zhù)我國老齡化社會(huì )的到來(lái)及經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展，醫療健康、家庭服務(wù)，老年看護、教育娛樂(lè )等民生市場(chǎng)需求旺盛，服務(wù)機器人存在巨大潛在市場(chǎng)。在現有技術(shù)基礎和市場(chǎng)條件下，我國服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)具備突破核心技術(shù)，創(chuàng )造需求并逐步獲得競爭優(yōu)勢的機會(huì )窗口。在特種機器人領(lǐng)域，在國家安全戰略需求的帶動(dòng)下，軍用機器人必將成為國防現代化的重要組成部分；安全、民生領(lǐng)域的反恐防爆機器人、能源安全機器人、醫療機器人、空間機器人等特種機器人也存在迫切需求。同時(shí)，我國特種機器人技術(shù)在某些領(lǐng)域與發(fā)達國家水平接近，在水下機器人、空間機器人、軍用無(wú)人機等領(lǐng)域還具有一定優(yōu)勢?；谔囟ㄐ枨蠛鸵延屑夹g(shù)基礎，在國家重大戰略需求的刺激下，我國特種機器人領(lǐng)域存在由“并跑”到“領(lǐng)跑”的機會(huì )窗口。

    對我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

    該書(shū)指出，應加強技術(shù)路線(xiàn)頂層設計。成立中央機器人發(fā)展領(lǐng)導小組；發(fā)揮專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì )支撐作用；制定國家機器人發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)；出臺國家機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃；科學(xué)引導地方機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

    協(xié)同創(chuàng )新是當下實(shí)現我國機器人技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本途徑。該書(shū)建議在構建多方協(xié)同創(chuàng )新體系方面應完善國家科研項目運行機制；捋順高?？蒲谐晒D化機制；構建協(xié)同創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，支持在細分領(lǐng)域具有核心競爭力的“隱形冠軍”企業(yè)差異化發(fā)展；建立國家機器人技術(shù)測試平臺；建立國家機器人人才培養體系；加強機器人領(lǐng)域國際交流合作。

    該書(shū)建議在WTO規則允許的前提下，對從事機器人研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)給予相應的政策扶持和鼓勵。具體包括：設立產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資基金；開(kāi)展稅收優(yōu)惠試點(diǎn)工作；支持國內品牌推廣應用；鼓勵國內企業(yè)收購外企等。

    什么是機器人

    機器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機器，具有感知、決策、執行等基本特征，可以輔助甚至替代人類(lèi)完成危險、繁重、復雜的工作，提高工作效率與質(zhì)量，服務(wù)人類(lèi)生活，擴大或延伸人的活動(dòng)及能力范圍。機器人種類(lèi)繁雜，通?？煞譃楣I(yè)機器人、服務(wù)機器人和特種機器人三類(lèi)。

    我國機器人技術(shù)發(fā)展歷程

    我國在機器人領(lǐng)域的相關(guān)研究比國外晚了近三十年。從20世紀70年代后期開(kāi)始，國內先后有大大小小200多個(gè)單位自發(fā)進(jìn)行機器人研究與開(kāi)發(fā)。1986年底開(kāi)始實(shí)施的國家863計劃，在自動(dòng)化領(lǐng)域成立了專(zhuān)家委員會(huì )，其下設立了CIMS和智能機器人兩個(gè)主題組。自此，我國機器人技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和應用，從自發(fā)、分散、低水平重復的起步狀態(tài)進(jìn)入了有組織、有計劃的規劃發(fā)展階段。“十五”“十一五”期間，我國相繼研制了深海載人潛器、高精尖數控加工裝備、危險作業(yè)機器人等，取得了一批創(chuàng )新性研究成果。2011年以來(lái)，我國機器人市場(chǎng)尤其是工業(yè)機器人市場(chǎng)快速增長(cháng)，機器人產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。

    國際早期機器人技術(shù)發(fā)展歷程

    現代機器人研究始于20世紀中期，其技術(shù)背景是計算機和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開(kāi)發(fā)利用。一方面，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，為機器人研發(fā)奠定了基礎。另一方面，原子能實(shí)驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國原子能委員會(huì )的阿爾貢研究所于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機械手。

    1954年，美國的戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人概念。最早的工業(yè)機器人實(shí)用機型是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和Unimation公司推出的“Unimate”。1965 年，MIT演示了第一個(gè)具有視覺(jué)傳感器的、能識別與定位簡(jiǎn)單積木的機器人系統。

    1970年以后，機器人研究得到了廣泛的普及。

    日本于1967年由川崎重工從美國引進(jìn)機器人技術(shù)，并于1968年試制出第一臺日本產(chǎn)Unimate機器人。經(jīng)過(guò)短暫的搖籃階段，日本的工業(yè)機器人很快進(jìn)入實(shí)用階段，并由汽車(chē)業(yè)逐步擴大到其他制造業(yè)以及非制造業(yè)。

    摘自 中國科技網(wǎng)