工業(yè)機(jī)器人概述

1、0 引言    工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。    廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量，而且對保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活

2、方式。1 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀    機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)UNECE(聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會)和IFR(國際機(jī)器人聯(lián)合會)統(tǒng)計(jì)，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭，進(jìn)入90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年銷售量增長率平均在10左右；2004年增長率達(dá)到了創(chuàng)記錄的20 ，其中，亞洲機(jī)器人增長幅度最為突出，增長43 ，如圖1所示。 

3、   UNECE估計(jì)，2004年全球至少安裝了10萬臺新的工業(yè)機(jī)器人。其中：    歐盟31 100臺(比2003年增加15 ，但比2001年的記錄僅增加1)；    北美16 100臺(比2003年增加27 ，比2000年的記錄高24)；    亞洲51 400臺，主要在日本，但中國市場增長迅速(比2003年增長24)。2 工業(yè)機(jī)器人在各國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展與預(yù)測21 美國    美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比起號稱機(jī)器人

4、王國的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一。    據(jù)UNECE和IFR統(tǒng)計(jì)，2004年美國新安裝工業(yè)機(jī)器人12693臺，預(yù)計(jì)到2007年底，新安裝的工業(yè)機(jī)器人將達(dá)15 900臺。至2003年末，在北美運(yùn)行的機(jī)器人總量為112 390臺，比2002年增長7 ，預(yù)計(jì)至2007年底，美國運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人總量將達(dá)到145 100臺，詳見表1。    就每萬名雇員擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，至2003年末，在美國制造業(yè)中，每1萬名雇員有63個工業(yè)機(jī)器人。作為對比，德國為148個，歐盟為93個。在美國汽

5、車工業(yè)中，每萬名產(chǎn)業(yè)工人擁有740個工業(yè)機(jī)器人，但這個數(shù)字還是遠(yuǎn)低于日本(1 400個機(jī)器人)、意大利(1 400個機(jī)器人)和德國(1 000個機(jī)器人)，詳見圖l和圖2。 22 日本    日本素有“機(jī)器人王國”之稱，其工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展令人矚目，無論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。在其經(jīng)歷了短暫的搖籃期之后，快速跨過實(shí)用期，邁入普及提高期。在2O世紀(jì)8O年代至9O年代初期，日本的工業(yè)機(jī)器人可謂處于繁榮鼎盛時期，似乎無所不能。然而，花無百日紅，自20世紀(jì)9O年代中期開始，隨著歐洲和北美工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的崛起，國際市場的格局發(fā)生了明顯的變化，從日本

6、轉(zhuǎn)向了歐洲和北美。在度過了幾年的低迷期之后，21世紀(jì)初日本的工業(yè)機(jī)器人又開始重新煥發(fā)生機(jī)，尤其是伴隨著中國和其他周邊國家對工業(yè)機(jī)器人需求的增長，以及日本本國早年工業(yè)機(jī)器人因服務(wù)期限而帶來的更新?lián)Q代，預(yù)期將對日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展發(fā)揮積極的作用。    據(jù)日本機(jī)器人協(xié)會的統(tǒng)計(jì)，2004年全年日本工業(yè)機(jī)器人的定單較去年增長了178 ，達(dá)到4 9956億日元(48億美元)，是連續(xù)第 年大幅度增長。2004年全年日本工業(yè)機(jī)器人出貨量為4 4583億日元，同比增長134。2005年第一季度，日本工業(yè)機(jī)器人出貨量為1 289億日元，較去年同期增長136 。  

7、;  從日本工業(yè)機(jī)器人出口情況看，2004年出口量為2788億日元(27億美元)，較2003年大幅增長207 ，其主要原因在于中國和其他亞洲國家對工業(yè)機(jī)器人需求的大幅增長。    從日本國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場看，日本是工業(yè)機(jī)器人最大的消費(fèi)國。日本2004年國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人出貨量為1 6702億日元，比上年小幅增長了3 ，新安裝工業(yè)機(jī)器人為33 200臺。其中，排名前五位廠商的銷售額占據(jù)了70 以上的市場份額，它們依次為：    Matsushita Electric Industrial Co(6 752臺)市場份額為251，比上

8、年下降35 ；    Yaskawa Electric Corp(6 506臺)市場份額為188，比上年上升23 ；    Fanuc Ltd(6954臺)市場份額為154 ，比上年上升26 ；    Kawasaki Heavy Industries Ltd(7 012臺)市場份額為64 ，比上年上升05 ；    Yamaha Motor Co(7 272臺)市場份額為6 ，比上年上升08。    據(jù)UNECE和IFR的預(yù)測，至2007年，日

9、本新安裝工業(yè)機(jī)器人41 300臺，安裝總量達(dá)到350000臺。23 德國    德國引進(jìn)機(jī)器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動力短缺，國民的技術(shù)水平較高等社會環(huán)境。卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。此外，2O世紀(jì)7O年代中后期，德國政府采用的積極行政手段也為工業(yè)機(jī)器人的推廣開辟了道路。如在“改善勞動條件計(jì)劃”中規(guī)定，對于一些危險、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來代替普通人的勞動。這個計(jì)劃為機(jī)器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。目前，德國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第二位，僅次于日本。   

10、; 自1994年以來，德國工業(yè)機(jī)器人市場進(jìn)入快速增長期。21世紀(jì)初，由于世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)低迷，德國機(jī)床市場下降幅度達(dá)到20。相比之下，工業(yè)機(jī)器人的下跌幅度僅為其30左右，其中銷售數(shù)量下降低于7 ，銷售額下降5 ；而同期的歐盟工業(yè)機(jī)器人市場跌幅則高達(dá)16。經(jīng)短暫的下跌后，2003年德國工業(yè)機(jī)器人市場的銷售增長了13。至2003年底，德國工業(yè)機(jī)器人總裝機(jī)數(shù)量為112 693臺，與美國112 390臺相當(dāng)。預(yù)計(jì)到2007年，德國工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行總量為151 400臺，年度增長率為5，詳見表2。    就每萬名雇員擁有工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，至2003年末，德國制造業(yè)中，每1萬

11、名雇員有148個工業(yè)機(jī)器人，如不將日本計(jì)算入內(nèi)(日本的數(shù)據(jù)包括了所有類型的機(jī)器人)的話，德國占據(jù)首位。在德國汽車工業(yè)中，每萬名產(chǎn)業(yè)工人擁有1 000個工業(yè)機(jī)器人，詳見圖I和圖2。24 意大利    意大利工業(yè)機(jī)器人市場在1995至2001年間出現(xiàn)了前所未有的快速增長。每年新安裝的工業(yè)機(jī)器人從1994年的2400臺增長到2001年的6400臺。到2002年，工業(yè)機(jī)器人市場出現(xiàn)了暫時性的回調(diào)，新增工業(yè)機(jī)器人下跌了14。2003年繼續(xù)小幅下跌5，新增工業(yè)機(jī)器人數(shù)量為5 198臺。雖然出現(xiàn)短暫回調(diào)，但意大利工業(yè)機(jī)器人市場總體呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。2003年工業(yè)機(jī)器人總量較20

12、02年增長了7 ，總量達(dá)到50 043臺。從20042007年，預(yù)期將達(dá)到63 400臺，以平均5的速度增長，詳見表2。    至2003年底，意大利制造業(yè)中，每10 000名雇員擁有工業(yè)機(jī)器人1 16個。意大利的工業(yè)機(jī)器人密度僅次于德國，位居世界第二位(盡管日本的數(shù)據(jù)遙遙領(lǐng)先，但鑒于日本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)涵蓋了所有類型的機(jī)器人，與其他國家僅僅統(tǒng)計(jì)通用工業(yè)機(jī)器人的范圍有較大差異，因此數(shù)據(jù)不具有可比性)。在汽車制造業(yè)中，每10 000名產(chǎn)業(yè)工人擁有1 400臺工業(yè)機(jī)器人，和日本并列世界首位，詳見圖1和圖2。 25 法國    長期以來

13、，法國政府一直比較重視機(jī)器人技術(shù)，通過大力支持一系列研究計(jì)劃，建立了一個完整的科學(xué)技術(shù)體系，使法國機(jī)器人的發(fā)展比較順利。在政府組織的項(xiàng)目中，特別注重機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面的研究，把重點(diǎn)放在開展機(jī)器人的應(yīng)用研究上。而由工業(yè)界支持開展應(yīng)用和開發(fā)方面的工作，兩者相輔相成，使機(jī)器人在法國企業(yè)界得以迅速發(fā)展和普及，從而使法國在國際工業(yè)機(jī)器人界擁有不可或缺的一席之地。    法國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了幾起幾落的戲劇性變化。其中，1999年的銷售速度增長之快更是令人不可思議，實(shí)現(xiàn)同比增長87 ，達(dá)到了創(chuàng)記錄的年增長3 800臺的歷史記錄。隨之而來的是2001年和2002年的回落，工

14、業(yè)機(jī)器人銷售相繼同比下跌8 和14 。2003年，市場有所回暖，較2002年增長r 4。至2003年底，法國工業(yè)機(jī)器人總裝機(jī)數(shù)量為26 137臺，比2002年增長8 。預(yù)計(jì)到2007年，法國工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)總量為35 900臺，年度增長率為6 ，詳見表2。    就每萬名雇員擁有工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，至2003年末，法國制造業(yè)中，每1萬名雇員有71個工業(yè)機(jī)器人，幾乎是英國的2倍，但遠(yuǎn)落后于德國的148個。在法國汽車工業(yè)中，每萬名產(chǎn)業(yè)工人擁有910個工業(yè)機(jī)器人，和德國基本相當(dāng)，詳見圖1和圖2。26 英國    英國的工業(yè)機(jī)器人起步比當(dāng)今的

15、機(jī)器人大國日本還要早，并曾經(jīng)取得了早期的輝煌。然而好景不長，20世紀(jì)7O年代初期，英國科學(xué)研究委員會頒布了否定人工智能和機(jī)器人的Lighthall報告，導(dǎo)致政府對工業(yè)機(jī)器人實(shí)行了限制發(fā)展的嚴(yán)厲措施。這個錯誤決策導(dǎo)致英國的機(jī)器人工業(yè)一蹶不振，在西歐幾乎處于末位。然而國際上機(jī)器人蓬勃發(fā)展的形勢使英政府轉(zhuǎn)變了態(tài)度，并從20世紀(jì)7O年代末開始，推行并實(shí)施了一系列支持機(jī)器人發(fā)展的政策和措施，使英國機(jī)器人開始 r在生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用及大力研制的興盛時期；但為時已晚，老牌資本主義國家的風(fēng)采已不復(fù)存在。    至2003年底，英國工業(yè)機(jī)器人總裝機(jī)數(shù)量為14015臺，比2002年增長

16、3 。預(yù)計(jì)到2007年，英國工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)總量為16 300臺。就每萬名雇員擁有工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，至2003年末，英國制造業(yè)中，每1萬名雇員有39個工業(yè)機(jī)器人。作為對比，德國為148個，意大利116個，西班牙72個，法國71個。在英國汽車工業(yè)中，每萬名產(chǎn)業(yè)工人擁有660個工業(yè)機(jī)器人，但這個數(shù)字還是遠(yuǎn)低于日本(1 400個)、意大利(1 400個)和德國(100個)。3 國內(nèi)外主要的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)廠商    在國外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。國際上工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中，著名的公司有瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC、

17、Yaskawa，德國的KUKA Roboter，美國的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、ST Robotics，意大利的COMAU，英國的AutoTech Robotics，加拿大的Jed International Robotics，以色列的Robogroup Tek公司，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性企業(yè)。在國內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步，但增長的勢頭非常強(qiáng)勁，如中國科學(xué)院沈陽自動化所投資組建的新松機(jī)器人公司，年利潤增長在40左右。4 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢41 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢從近幾年世界機(jī)

18、器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化，控制技術(shù)的開放化、Pc化和網(wǎng)絡(luò)化，伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化，多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化，工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化，以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。42 工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)預(yù)測據(jù)    UNECE和IFR預(yù)測，至2007年，全球運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人總量將從2003年的800 772臺，增長至2007年的997 700臺，年平均增長56。其中，日本年度工業(yè)機(jī)器人總量將從2003年的348 734增長至2007年的349400臺，年平均增長0048；歐洲將從2003年的249 20