編者按：機器人被譽(yù)為“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。近年來(lái)，我國機器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，即便受到疫情影響，依然穩坐世界最大機器人消費國地位。據國家統計局發(fā)布的工業(yè)生產(chǎn)數據顯示，2021年11月份國內工業(yè)機器人產(chǎn)量達31,915套，同比增長(cháng)27.9%；1～11月國內工業(yè)機器人產(chǎn)量為330,098套，同比增長(cháng)49%。

國家“十四五”規劃綱要明確指出，推動(dòng)制造業(yè)優(yōu)化升級，深入實(shí)施智能制造和綠色制造工程，培育先進(jìn)制造業(yè)集群，推動(dòng)包括機器人在內的高端制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新發(fā)展。近年來(lái)，我國工業(yè)機器人領(lǐng)域核心共性技術(shù)與智能化水平快速提升，本體研發(fā)、系統集成、關(guān)鍵零部件生產(chǎn)得到充分發(fā)展，為制造業(yè)提質(zhì)增效、換檔升級提供了全新動(dòng)能。

全球疫情持續蔓延在一定程度上限制了機器人下游應用市場(chǎng)需求，同時(shí)因為銷(xiāo)售周期性變化和飽和度影響等問(wèn)題，2019年、2020年全球工業(yè)機器人市場(chǎng)出現較大程度下滑。2021年，隨著(zhù)疫情逐漸被控制，全球經(jīng)濟呈現復蘇趨勢，更多人機協(xié)同的需求場(chǎng)景被發(fā)現激活，機器人產(chǎn)業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機遇。同時(shí)，得益于中國率先突破疫情封鎖，打開(kāi)市場(chǎng)需求，全球工業(yè)機器人市場(chǎng)銷(xiāo)售額較2020年有所提升。

國際機器人聯(lián)合會(huì )（IFR）發(fā)布最新數據顯示，2021年，全球機器人市場(chǎng)規模預計將達到335.8億美元，2016~2021年的平均增長(cháng)率約為11.5%。其中，工業(yè)機器人144.9億美元。隨著(zhù)疫情在全球范圍內得到控制，機器人市場(chǎng)也將逐漸回暖，預計到2023年，全球機器人市場(chǎng)規模將突破477億美元。

受制造業(yè)自動(dòng)化改造需求影響，2020年中國、日本、美國、韓國和德國等主要國家工業(yè)機器人的年裝機量合計超過(guò)全球72.9%。2021年全球工業(yè)機器人銷(xiāo)售額預計將達到144.9億美元，其中亞洲銷(xiāo)售額95.6億美元，歐洲銷(xiāo)售額25.8億美元，北美地區銷(xiāo)售額達到16.7億美元。預計到2023年，全球機器人市場(chǎng)將恢復疫情之前的增速狀態(tài)，銷(xiāo)售額將有望突破176億美元，其中亞洲仍將是最大的銷(xiāo)售市場(chǎng)。此外，全球制造業(yè)領(lǐng)域工業(yè)機器人使用密度已經(jīng)達到113臺/萬(wàn)人，機器換人趨勢特征日益明顯。

可控制性明顯提升，人機協(xié)作不斷深入

隨著(zhù)人工智能、大數據、5G、云計算等新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人能力邊界持續拓展。在模塊化應用、離散型場(chǎng)景、復雜的干擾環(huán)境、多發(fā)的不可控因素等變量疊加影響下，對機器人的要求不再局限于本體的靈活性和自動(dòng)化，易控、智能、互聯(lián)成為產(chǎn)品的重要發(fā)展方向，技術(shù)創(chuàng )新也圍繞著(zhù)安全的人機協(xié)同、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等重點(diǎn)方向展開(kāi)。

多項技術(shù)升級推動(dòng)工業(yè)機器人產(chǎn)品可控性提升。工業(yè)機器人系統往往需要眾多外圍設備，例如工裝夾具、傳送帶、焊接變位機、移動(dòng)導軌等，這些配件與機器人本體之間的高效配合與精確協(xié)同成為工業(yè)機器人創(chuàng )新發(fā)展重要的發(fā)展方向。

作為“ 機電融合” 的代表產(chǎn)品， 機器人電子控制技術(shù)是協(xié)同各部分的關(guān)鍵?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable LogicController，PLC）因其在擴展性和可靠性方面的優(yōu)勢，目前已廣泛應用于工業(yè)機器人領(lǐng)域。此外，PLC 正向高速、大容量方向發(fā)展，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)構建PLC、變頻器、遠程I/O 等外圍設備與計算機的連接，可以構造出多級式分布系統，使得工業(yè)機器人更易控、更易協(xié)同。

例如，CC-Link是三菱電機推出的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)系統，具有數據容量大，通信速度多級可選擇的特性。CC-Link 是以控制設備層為主的網(wǎng)絡(luò )設施，同時(shí)也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層，具有高達10Mb/s的高速數據傳輸能力，支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬間通信，是營(yíng)造機器人控制操作環(huán)境的有效網(wǎng)絡(luò )設施，可廣泛應用于工業(yè)機器人的現場(chǎng)通信。

協(xié)作型機器人成為工業(yè)機器人重要創(chuàng )新方向。在復雜的離散型場(chǎng)景中，人們需要機器人替代人工完成更精確、更繁瑣的重復性勞動(dòng)，安全的人機協(xié)作成為必然趨勢。傳統工業(yè)機器人需要在隔離環(huán)境中作業(yè)，相關(guān)人員不能對機器人進(jìn)行靈活控制，面對程序之外的突發(fā)情況，也無(wú)法直接有效的進(jìn)行人工干預，極大限制了工業(yè)機器人的應用效果和應用場(chǎng)景。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛普及，機器人的生產(chǎn)力和可靠性大幅提升，催生了更加適應特殊制造業(yè)應用場(chǎng)景的協(xié)作機器人出現。

例如，發(fā)那科CR-35iA是當今世界上負載最大的協(xié)作機器人。該款機器人無(wú)需安全柵欄，人與機器人可共享某個(gè)區域進(jìn)行作業(yè)，使工人擺脫了繁重重復的工作壓力，從而可以專(zhuān)注于技巧性較強的工作，同時(shí)有效保證人員安全。目前，CR-35iA已經(jīng)廣泛應用于汽車(chē)行業(yè)、包裝等行業(yè)。安川電機MotoMINI是一款工業(yè)用小型6軸機器人，負載重量為500g，最大伸展距離為350mm，重量約7kg，具有輕量、高速、高精度等三大特點(diǎn)。MotoMINI善于變換放置位置，可實(shí)現人機協(xié)同分擔作業(yè)，廣泛用于小型部件組裝操作，以及電子電氣零部件的裝配等重要工藝環(huán)節。

多技術(shù)融合加強，企業(yè)紛紛布局協(xié)作機器人

近年來(lái)，技術(shù)發(fā)展催生了機器人應用方式的創(chuàng )新演進(jìn)。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)集成、邊緣智能和虛擬現實(shí)等技術(shù)的利用，有望推動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)應用方向出現根本性突破，優(yōu)化其部署方式和產(chǎn)業(yè)結構。

行業(yè)龍頭發(fā)力協(xié)作機器人。當前，制造業(yè)網(wǎng)絡(luò )化、智能化發(fā)展趨勢顯著(zhù)，離散型場(chǎng)景和安全的人機協(xié)作需求不斷增加，下游市場(chǎng)應用需求催生了協(xié)作工業(yè)機器人等新興產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，吸引機器人龍頭企業(yè)紛紛落子。例如：

ABB公司推出新款協(xié)作機器人GoFa和SWIFTI，GoFa擁有5公斤負載和95厘米臂展，可用于物品搬運、包裝和上螺絲等應用；SWIFTI根據ABB原有工業(yè)機器人型號進(jìn)行改進(jìn)升級，通過(guò)實(shí)時(shí)探測人與機器人的距離調整其工作速度，可確保不會(huì )對人造成傷害。

發(fā)那科公司推出協(xié)作機器人CRX-10iA，最大負載為10kg，可達半徑1249毫米，具有高安全性、高可靠性、便捷使用等特點(diǎn)，針對小型部件的搬運、裝配等應用需求，可為用戶(hù)提供精準、靈活、安全的人機協(xié)作解決方案。

在協(xié)作機器人研發(fā)上，新松與國外品牌確保持著(zhù)齊頭并進(jìn)的態(tài)勢。早在2015年，新松的第一款協(xié)作機器人——柔性多關(guān)節機器人便已成功發(fā)布，這款柔性多關(guān)節機器人具有七自由度，具備快速配置、牽引示教、視覺(jué)引導、碰撞檢測等功能，重復定位精度達到+/-0.02mm，其技術(shù)達到國際先進(jìn)水平。

機器人未來(lái)將發(fā)展成為一個(gè)開(kāi)放、共融的平臺，而協(xié)作機器人作為未來(lái)機器人重要的增長(cháng)極，將有效融合AR、IoT、大數據、人工智能等創(chuàng )新技術(shù)，在人機交互、自主感知與決策等方面取得新的突破，協(xié)作機器人也將走出工廠(chǎng)，在更廣闊的民用、醫療、養老等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，在更廣的維度上影響著(zhù)我們每一個(gè)人的生產(chǎn)和生活。

工業(yè)機器人自主化進(jìn)程提速，應用領(lǐng)域不斷拓展

目前，我國工業(yè)機器人研發(fā)以突破機器人關(guān)鍵核心技術(shù)為首要目標，政產(chǎn)學(xué)研用通力配合，不斷提升減速器、控制器、伺服電機、操作系統等核心環(huán)節的國產(chǎn)替代率。隨著(zhù)核心零部件國產(chǎn)化率不斷提升，逐步形成自主可控的全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。

蘇州綠的公司已掌握諧波減速器多項核心技術(shù)，圍繞抗磨新材料、潤滑新技術(shù)、軸承優(yōu)化、齒廓修形、獨特材料處理等領(lǐng)域，擁有9項發(fā)明專(zhuān)利和72項實(shí)用新型專(zhuān)利。

秦川機床工具集團牽頭承擔國家科技重大專(zhuān)項“工業(yè)機器人關(guān)節減速生產(chǎn)線(xiàn)”課題，已研制出5種機器人關(guān)節減速器核心零件專(zhuān)用加工裝備，形成年產(chǎn)10000套工業(yè)機器人關(guān)節減速器的能力。

我國工業(yè)機器人的傳統應用領(lǐng)域包括汽車(chē)、3C、家電、金屬加工、塑料加工、食品煙草飲料等行業(yè)。隨著(zhù)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級和轉型的不斷深化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設節奏加快，智能工廠(chǎng)的方案設計、架構搭建、施工組織等方面經(jīng)驗日趨成熟，為工業(yè)機器人創(chuàng )造了良好的應用平臺。

湖北華強科技股份有限公司與新松機器人公司合作完成新冠疫苗瓶裝丁基膠塞智慧工廠(chǎng)的整體布局，實(shí)現生產(chǎn)、物流、倉儲等全工藝環(huán)節的智能管控，達到物流智能化、生產(chǎn)自動(dòng)化、產(chǎn)能最大化的發(fā)展目標。新松機器人公司為寧德時(shí)代新能源公司研發(fā)適用于電池生產(chǎn)環(huán)境下應用的AGV機器人，規劃上千條運行軌跡，綜合成運行地圖由控制臺計算出起始點(diǎn)與目標點(diǎn)間的最短路徑，為電池生產(chǎn)線(xiàn)節省大量運輸成本，顯著(zhù)提高生產(chǎn)效率。

格力生產(chǎn)的GR608工業(yè)機器人，具有重量輕、方便搭載等優(yōu)勢，可搭載在A(yíng)GV上，無(wú)需地軌或桁架移動(dòng)。GR608機器人提供通用的法蘭接口，可以輕松應用在機器裝載、去毛刺、研磨、一般裝配、焊接、包裝（封裝）、碼垛等多領(lǐng)域。此外，格力已完成機器人伺服電機及伺服驅動(dòng)器的自主研發(fā)，其中伺服電機已達到國際同類(lèi)產(chǎn)品領(lǐng)先水平。

當前，我國正處于制造業(yè)轉型升級的歷史機遇期，半導體、顯示面板、智能消費電子終端、新能源等高端制造業(yè)產(chǎn)能穩步擴張，自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化制造趨勢特征明顯，催生了更加多元化的工業(yè)機器人研發(fā)與應用需求，將有力推動(dòng)我國工業(yè)機器人整體裝機量和人均使用密度的雙增長(cháng)，持續擴展市場(chǎng)容量，進(jìn)一步加速我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。

本文根據《中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2021年）》整理

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年12月刊