工业机器人发展现状与趋势

1、工业机器人发展现状与趋势              工业机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程功能的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置以执行各种任务。在日本，单轴机器人同样被列入工业机器人的范畴。       工业机器人的主要支撑技术        20世纪80年代以来，

2、工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。       1.驱动方式的改变        20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为

3、工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、R V减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。      2.信息处理速度的提高       机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现的。为了使机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大提

4、高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息，并在此基础上进行协调控制的技术趋势。       3.传感器技术的发展        机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力

5、觉、视觉等外部传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。       工业机器人市场现状     1.地域分布情况         图1和表1分别给出了2004年全世界范围内工业机器人使用台数和分布情况。前者来源于日本经济状况统计专业公司“富士经济”公司，而后者则来源于国际机器人联合会（IFR）的统计数据。因为对工业机器人的定义不同，

6、所以二者在数据上有所不同。但无论根据哪种统计数据都可以清楚地看出，日本的机器人保有量远远超过其他国家。这主要是因为，在人力费用和地价都很高的日本，必须通过大量采用工业机器人，才能够达到提高生产效率和国际竞争力的目的。正是因为这个原因，日本政府和企业都非常重视机器人技术的研究开发和推广应用，在工业机器人方面进行了很大投入。目前日本的工业机器人生产量占全世界工业机器人的70%左右，国内工业机器人保有量约为50%，而与工业机器人相关的专利则有90%以上掌握在日本企业手中。由此也可以看出，日本是名副其实的机器人大国。      表2给出了1985 20

7、04年期间全球范围内工业机器人保有台数的变化情况。从该表中可以看出，日本的工业机器人保有量一直远远超过其他国家，在1985 1995年期间有着非常快的增长速度；而相比之下，虽然欧美各国的工业机器人保有台数也一直保持上升趋势，但只是在最近10年左右才有了较大增长；而亚洲其他国家的工业机器人保有数量则在最近10年有了非常大的增长。此外，虽然日本的工业机器人保有使用台数在数量上一直保持绝对优势，但在1995 2000年期间基本上没有增长，而在20012004年期间甚至还有所下降出现上述情况的主要原因是，日本在工业生产中采用机器人后，生产效率和产品质量都有了很大提高，进而引起了大量采用工业机器人的设备

8、投资，工业机器人的技术水平迅速提高，保有台数也迅速增长。而在20世纪90年代初，日本进入了泡沫经济破裂后长达10年以上的所谓“平成不景气”阶段，设备投资被大量压缩，日本国内工业机器人的使用台数也受到影响。与此相反，看到日本在制造业中大量采用工业机器人所带来的成功后，欧美和亚洲经济比较发达的国家和地区开始在工业生产中积极采用工业机器人，所拥有的工业机器人的台数也有很大增长。但这里需要指出的是，即使在上述日本国内工业机器人保有台数有较大下降的“平成不景气”期间，日本企业生产的工业机器人在全球市场上的占有率仍然高达70左右。       &

9、#160; 2.工业机器人市场规模        表2和图2分别给出了日本富士经济公司统计的全球工业机器人市场规模和2002年以来的市场变化情况和预测。从这些数据中可以看出，虽然近年来工业机器人本体的价格有了较大幅度的下降 ，但因为销售台数的迅速增加，其销售额在全球范围内都仍然保持快速增长趋势。工业机器人主要应用及分布情况        研制开发工业机器人初衷的是为了使工人能够从单调重复作业、危险环境和恶劣环境作业中解脱出来，但近年来，工厂和企业

10、引进工业机器人的主要目的则更多地是为了提高生产效率和保证产品质量。因为机器人可以24h连续、高效、任劳任怨地工作，因此，可以更好地保证生产效率和产品质量。工业机器人的主要应用包括弧焊、点焊、喷涂、搬运、装配等。随着工业机器人技术的成熟和制造业对自动生产的需要，工业机器人得到了越来越广泛的应用。     1.按应用领域和类型分       图3 图6给出了国际上主要机器人生产厂家的产品在不同应用领域的市场份额占有情况。    从图3 图6可以看出，虽然ABB、KUKA

11、等欧洲企业在焊接和喷涂等领域具有一定优势，Brooks-PRI在半导体晶圆、液晶面板搬送机器人方面占有一定市场份额，但总体来看，日本企业在工业机器人的市场份额方面占有绝对优势。     2.按地域和应用领域分         图7 图9给出了按照地域和应用领域划分的2004年全球范围内工业机器人市场分布情况。          从图7 图9可以看出，在欧美市场，弧焊、点焊、喷涂等与汽车工

12、业密切相关的工业机器人的使用台数仍然占有很大份额。但另一方面，在全世界范围内，装配用直角坐标机器人、SCARA型机器人、单轴机器人等面向装配和检测的工业机器人的应用有了很大增长，所占比例已经达到1/3左右。此外，随着信息技术的发展，在美国和亚洲，用于半导体晶圆和液晶面板搬送的工业机器人所占比例也越来越高。未来的发展趋势1.工业机器人的应用范围将进一步扩大       日本的机器人产业得到发展的主要原因是工业机器人在以汽车、电子、电动机等行业为代表的制造业中得到了广泛应用。目前日本的工业机器人产业已经相当成熟，现有行业中设备的更新换代在

13、其市场中占有很大比例；然而，随着技术的进步和机器人价格的不断下降，工业机器人的应用也将逐步扩展到目前尚没有大规模采用工业机器人的其他行业。因为成本方面的原因，美国和欧洲在工业机器人的推广应用方面一直远远落后于日本。但是，随着近年来工业机器人价格的不断下降和人力成本的不断上升，美国和欧洲也开始积极在制造业中采用工业机器人。图10给出了1990 2003年美国制造业的人员工资与工业机器人价格之间的关系。从图中可以看出，在此期间，制造业工人的工资增加了大约60%左右。而在考虑了机器人性能提高的因素后，机器人的价格则实际上下降了大约80%。也就是说，从1990 2003年的13年时间内，在制造业中引入

14、工业机器人的优越性扩大了大约8倍。这也是近年来欧美国家开始大量采用工业机器人的主要原因。同样，虽然由于人力成本相对较低，目前发展中国家采用工业机器人的积极性还不是很高，但随着人力成本的逐渐增加，熟练工人人数的逐渐减少和对产品质量要求的不断提高，许多发展中国家在不远的将来也会积极采用工业机器人。2.企业将更加重视价格因素和系统集成能力         作为工业自动化的重要组成单元，工业机器人近年来在技术方面有了长足进步。为了满足用户的需求，工业机器人的功能不断得到丰富，性能和精度也不断得到提高，各主要工业机器人生产企

15、业的产品在性能上的差别已经很小。因此，近年来许多用户在引进工业机器人时已经将开始更加重视机器人的价格和运营成本。日本企业在技术和价格方面具有较大优势，其市场占有额也在顺利扩大。但与此同时，韩国、中国台湾的机器人生产企业也开始以低端产品为中心向日本企业发起了冲击。包括日本国内企业在内，在今后的一段时间内，激烈的价格竞争将不可避免。因为目前各个公司的工业机器人在功能和性能方面相差不大，而在实际生产过程中机器人通常是作为生产单元或自动化生产线的一个组成部分，因此，系统集成商在机器人的推广使用中起着非常重要的作用。为了能够更好地满足用户的需求，系统集成商都在积极采用措施，努力掌握核心技术或积极与掌握核

16、心技术的企业联合，以求在竞争中能够取胜。而另一方面，机器人生产厂家自身也在积极开展系统集成方面的工作。3.若干种机器人市场将有较大增长        预计在未来几年内，以下几种工业机器人将有较大幅度的增长：（1）液晶、等离子面板搬送机器人        虽然2004年下半年液晶面板的投资有些下降，但从2005年下半年开始，液晶面板生产企业的设备投资开始恢复，并在2006年有所扩大。随着以韩国和中国台湾为中心的第七代液晶面板生产线不断上马，所需要的工业机器人也不断增加

17、；而随着液晶面板尺寸的增加，所需要的机器人的负载能力也将逐步增加，从而带来机器人系统整体投资的提高。（2）弧焊机器人 弧焊机器        人主要用于汽车、摩托车生产过程中的车身、底盘、引擎、进排气系统等部分的焊接。2005年日本汽车生产相关企业在全球范围内市场情况良好，日本工业机器人生产企业也取得了良好业绩。虽然不同国家和地区的汽车和摩托车生产会出现一定波动，但在全球范围内，与汽车和摩托车生产相关的设备投资将会保持上升趋势，因此，弧焊机器人的市场也会随着发展。（3）直角坐标机器人        与单轴机器人相比，直角坐标机器人可以用于装配、检测等目的，用途更加广泛。随着与全球范围内与汽车、液晶电视、手机等生产相关的设备投资的不断增加，对直角坐标机器人的需求也将有较大增加。结语        我国的工业机器人研究从