工业机器人产业智能化发展的现状及趋势研究

邓里根

(井冈山大学机电工程学院，江西吉安 343000）

【摘要】随着全球大环境下工业机器人的不断创新发展,我国制造业也越来越智能化,科技发展当中的许多创新发明也被广泛地应用于我国的工业生产制造过程当中,大大提高了我国工业生产效率和制造水平。为此,许多重复性操作类型的工作已经不需要过多人工,而工业机器人可以在生产制造过程当中承担着重要的岗位,为促进生产高质量、高效率发展提供高速车道。我国工业机器人快速发展的同时也为各个行业的发展都提供了便利。论文主要针对我国自主可控的工业机器人产业智能化发展所处的现状及未来发展趋势进行研究。

【关键词】工业机器人；智能化；产业化发展；人机协同

1引言

工业机器人是指在工业生产中使用的机器人，工业机器人是一种可以通过编程或示教实现自动控制运动并且具有多关节或多自由度的机器，而且本身具有一定感知功能，如视觉、力觉、位移检测、温度压力感应等，从而实现对环境和工作对象自主判断和决策，能够代替人工完成各类繁重、重复性操作的乏味体力劳动的自动化机器。从工业机器人的运行机理及对所实现功能质量的要求，关节坐标式精确度较高，也是我国应用最广泛的种类，电力驱动是当今工业机器人驱动的主流方式，而实现轨迹的不间断控制要求是实现智能化工业机器人的基本要求。我国工业机器人不仅代表着智能化的新型制造业模式，同时也是提升我国制造业竞争力与产业升级的重要标志。发展工业机器人是我国推动制造产业变革的重要战略手段。自2010年以来，工业自动化技术的不断创新与发展和工业机器人技术的不断完善让我国制造业市场上对工业机器人的逐年需求量不断增长，在我国近年来实施“中国制造2025”的宏观大背景下，国内高端自主可控的智能化工业机器人已经成为工业机器人产业未来发展的重要趋势[1]。目前，全球制造业格局正遭遇重大变革。为此我国先后提出了“中国制造2025”等长期发展计划，将智能制造放在产业优先发展和政策重点扶持的位置。而作为典型的数字化智能工业装备-工业机器人，它占据着实现我国智能制造的核心地位，在工业、制造业等领域应用范围非常广，同时工业机器人代表着先进制造业的支撑技术，现已发展成为高端的信息化社会新兴产业，该产业的发展又将会进一步促进社会生产制造的发展。我国的工业机器人起步于20世纪70年代初期，时至今日，经过50多年的不断发展变革，工业机器人产业已具备一定规模。到目前为止，我国自主研发并生产的工业机器人已完全能够达到国际化工业的应用水平，并且在越来越多的行业中得到了广泛的应用。

2我国工业机器人产业智能化发展的现状

我国工业机器人产量自2019年10月走出2018年9月以来的低迷负增长阶段，期间虽在2020年初受到新冠疫情影响，但不改行业整体复苏态势，行业自2019年10月以来，产量同比增速屡创新高，2021年3月工业机器人产量为 3.3 万台，同比增长80.8%。全球销量方面，2018年四季度以来，工业机器人行业受下游汽车和3C行业不景气影响较大，对2019年工业机器人产销量造成一定的影响，销量同比下滑11.61%，但随着持续的自动化趋势及技术改进，2020-2022年均增长率能够保持在11.97%，2022年全球工业机器人销量有望达到59.3万台。从下游需求来看，全球范围内制造业投资保持复苏态势，从全球主要国家制造业PMI指数来看，4月英国制造业PMI达到创26年内新高的60.9；美国PMI自去年3月以来连续14个月处于50以上。国内方面，我国制造业PMI自2020年3月以来持续维持在荣枯线之上，2021年3月制造业固定资产投资额累计同比回升至29.8%。从工业机器人应用占比最大的汽车制造业和3C行业固定资产投资增速来看，汽车制造业固定资产投资方面，受益于各地出台相继出台的汽车消费促进政策，汽车制造业固定资产投资累计增速降幅持续收窄，2021年3月为-3.3%；3C制造业去年4月以来固定资产投资稳步复苏，到3月累计同比提升40.4%。整体来看，下游制造业应用端景气度保持持续回升态势。自“十三五”以来，通过试点实验、标准体系建设等多措并举，我国制造业智能化水平取得显著成效，最终形成了央地紧密配合、多方协同推进的工作格局，发展态势良好。当前，我国工业机器人产业已转向高质量发展阶段，正处于转变发展方式、转换增长动力的攻关期[2]。据数据调查显示，2020年全国工业机器人产量增长，截止2020年5月全国工业机器人产量为43952套，同比增长16.9%。2020年1-5月全国工业机器人产量为72619套，同比增长6.7%。可见工业机器人的普及率逐步增加。近些年以来，我国相关部门推动机器人的产业发展，科技部门通过自主研发，从多方面的角度进行不断创新，终于在其的设计水平和技术有了非常大的进步。总体来说，一些大型的企业也可以生产出机器人的关键零件，经过不断的学习和努力，我国现已经研发出喷漆、装配等非常多的工业性机器人。少部分的生产企业与科研单位已经掌握了控制机器人的制造技术和驱动系统的硬件生产技术等，其中的编程技术和最核心的技术已经差不多达到了国际的生产水平。现如今的工业机器人在市场上的运用程度越来越大，特别在制造业领域的应用普及越来越广泛。其中工业机器人智能化发展水平也不断提高。

3我国工业机器人产业智能化发展趋势

在“十三五”时期，我国机器人产业规模快速增长，2020年营业收入突破1000亿元，制造业机器人密度是全球平均水平的近2倍。当前，新一代信息技术与机器人技术深度融合，工业机器人产业迎来升级换代、跨越发展的窗口期，加快突破薄弱环节，推动产业迈向中高端十分关键。工信部装备工业一司司长王卫明说，规划立足机器人产业高质量发展，从技术、规模、应用、生态等角度，分“两步走”提出了“十四五”乃至更长时间的发展目标。“实现发展目标不可能一蹴而就，我们从供给和需求两侧‘双向发力’。”王卫明说，规划着力夯实产业基础，加强机器人关键核心技术攻关，补齐专用材料、核心元器件、加工工艺等短板；着力增强产品供给，面向重点行业需求，集聚优势资源，推进高端机器人产品研制，拓展机器人产品系列和种类；着力拓展市场应用，推进机器人典型应用场景开发，优化产业生态。为保障各项任务落地落实，规划部署了“机器人核心技术攻关行动”“机器人关键基础提升行动”“机器人创新产品发展行动”“‘机器人+’应用行动”等四项行动。着力点放在提升机器人产业创新能力上，加快解决技术积累不足、产业基础薄弱、高端供给缺乏等问题，推动机器人产业高质量发展。坚持问题导向，聚焦薄弱环节精准扶持。‘十三五’期间，为夯实机器人产业发展基础，从补短板、建标准和提升检测能力3方面开展了一系列工作。精密减速器、高性能伺服驱动系统等技术水平和产业化能力持续提升，但在高端零部件供给等方面，还不能满足快速发展的产业需求。为加快提升机器人产业基础能力，规划从三个方面作出相关部署。一是补齐产业发展短板，重点补齐专用材料、核心元器件、加工工艺等短板。二是加强标准体系建设，三是提升检测认证能力，提高质量与可靠性。培育壮大优质企业同样是补链强链的重要举措。天眼查数据显示，我国有机器人相关企业33.9万余家，近5年来，新增机器人相关企业注册增速上升。规划明确，力争到2025年，形成一批具有国际竞争力的领军企业及一大批创新能力强、成长性好的专精特新“小巨人”企业，建成3至5个有国际影响力的产业集群。未来将在机器人整机、零部件和系统集成等领域，打造一批专精特新“小巨人”企业，鼓励骨干企业联合配套企业加快精密齿轮、润滑油脂、编码器等研发、工程化验证和迭代升级。着眼于市场，实施“机器人+”应用行动规划明确，实施“机器人+”应用行动，推进机器人典型应用场景开发。汪宏表示，“十四五”期间，将面向产业转型和消费升级需求，深耕行业应用、拓展新兴应用、做强特色应用。在已形成较大规模应用的领域，比如汽车、电子、机械等，着力开发和推广机器人新产品，深入推进智能制造、智慧生活。在工业机器人方面，重点研制面向汽车、航空航天等领域的高精度、高可靠性焊接机器人，面向半导体行业的真空（洁净）机器人，面向汽车零部件等领域的协作机器人等。工业机器人智能化程度的不断加深是其未来发展的一个重要方向。近年来，工业机器人从依靠固定编程实现特定任务，发展到现在利用与传感视觉等技术的结合，对执行工件和外部环境能够进行一定的信息反馈和交换，大大提高了应用的智能化。工业机器人发展到现在与视觉等新技术的集成，正在使其向更加智能化的方向迈进。在更加智能化的同时，有人担忧机器换人而失业，然而这种担忧是多虑的，未来的工业机器人发展趋势是人机协同，是减轻工作负担、提高工作效率的为人类服务的产品，是一起协作进行工作关系，而不是取代关系。人机协同相比于传统工业机器人的单一化作业也具有更加安全、简单的工作优势，具备较强的发展潜力[2]。人机协同安全性和操作的简洁性、灵活性不断提高，优势得到了充分发挥，在越来越多的领域得到了应用，包括装配、物流、医疗、教育等。未来我国工业机器人产业发展重点在于以下方面：

3.1智能化

推进我国工业机器人智能化升级工作，以机器视觉、人机协同为重点方向，重点开发搬运、检测、装配焊接、码垛等领域的智能型工业机器人，实现对高危险、高洁净度等特定生产场景的快速响应，全面提升工业机器人控制、传感、协作性能。智能工业机器人在未来发展过程中将融入多种感知技术于一体技术，提升机器人环境信息识别和自主决策的智能化，同时还将与计算机控制技术和互联网技术进行融合，使处在不同区域的机器人之间建立信息交换，共同完成工作任务。

3.2多元化

模块化设计进一步优化，内部机械结构和伺服电机设计中增加机械臂内部通风散热和热传导机构等散热装置。同时运用新型特殊材料，协作机器人可以在未来制造业领域中发挥更多的作用。随着其他传感器技术、互联网技术、大数据技术、深度学习等技术的不断发展，将进一步提高工业机器人的安全性和智能性，进而推动工业机器人在更多领域的应用[3]。

3.3便捷化

可自主编程是协作机器人编程的一大优势，但是由于不能很好的控制运动的轨迹和稳定性，使得这一优势无法很好的运用到实际的工作中，现如今随着计算机技术和智能算法在协作机器人中广泛的应用，协作机器人可以实现对编程轨迹自主优化。同时协作机器人在产业应用上还可以运用外部的视觉系统、智能机械臂等，从而大大提高抓取准确率。工业机器人在工业生产中可提高生产的效率、降低生产的成本、提升产品质量,作为工业未来发展的核心机器,正向着数字化、智能化、人机协作、小型化和轻型化的方向快速发展,智能化的生产模式已成为工厂转型的重要方向。同时，智能化工厂对智能设备的要求也越来越高,传统的工业控制技术早已不能满足高质量产品生产要求,尤其是在一些精度要求高、产品前沿报废率低的企业显得更加重要。工业机器人通过与计算机、传感器相结合,通过电子和集成电路传输数据,辅以现代成熟的算法进行控制,将人工智能+机械的模式推行得更加智能。

4结语

本文主要针对我国工业机器人的智能化发展现状和未来的发展方向进行论述，对工业机器人的未来发展做了推测。未来的工业机器人会走向更加智能化、多元化、便捷化。人机协同形式大大减轻工作负担，同时提高生产效率，不是机器换人，而是人机共同工作，实现生产效益的最大化，未来的工业机器人将与新兴产业融合，植入视觉、触感装置、信息交互、温度压力传感、电信号交互等形式实现更加智能化的工业机器人，在未来的发展中智能化发展水平将会越来越高，高效的制造业又将带动许多行业、产业的兴起与发展。

参考文献

[1] 周友良.工业机器人产业的发展现状分析及产业对策研究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2021,(09):38-40.

[2] 李慧.刍议工业机器人的应用现状及发展[J].信息记录材料,2021,(03):10-11.

[3] 李丁丁;石秀敏;邓三鹏;祁宇明;陈伟;周裔扬;周旺发.协作机器人产业技术与发展趋势综述[J].装备制造技术,2021,(08):73-76.

[4] 白净.工业机器人的发展路径研究[J].设备管理与维修,2021,(01):134-135.