工業(yè)機(jī)器人概述及發(fā)展趨勢(shì)

　　1.1工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概述

　　工業(yè)機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，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(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。國(guó)外專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

　　據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE）和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，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(zhǎng)的良好勢(shì)頭。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長(zhǎng)率平均在10％左右。2004年增長(zhǎng)率達(dá)到創(chuàng)記錄的20％。其中，亞洲機(jī)器人增長(zhǎng)幅度最為突出，高達(dá)43%。

　　1.2國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)

　　1.2.1工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的6.5萬(wàn)美元。

　　1.2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。

　　1.2.3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

　　1.2.4機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。

　　1.2.5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。

　　1.3中國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

　　中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。

　　但總的來(lái)看，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。

　　1.4工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)

　　經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造（沖壓、壓鑄、鍛造等）、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。

　　隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。

　　在國(guó)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。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機(jī)器人公司，它們包括：瑞典的abbRobotics，日本的fanuc、Yaskawa，德國(guó)的kukaRoboter，美國(guó)的AdeptTechnology、AmericanRobot、EmersonIndustrialAutomation、S-TRobotics，意大利comau，英國(guó)的AutoTechRobotics，加拿大的JcdInternationalRobotics，以色列的RobogroupTek公司，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。

　　在國(guó)內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步，但增長(zhǎng)的勢(shì)頭非常強(qiáng)勁。如中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所投資組建的新松機(jī)器人公司，年利潤(rùn)增長(zhǎng)在40%左右。

　　1.5工業(yè)機(jī)器人四大家族

　　1.5.1日本發(fā)那科（Fanuc）

　　FANUC是日本一家專門研究數(shù)控系統(tǒng)的公司，成立于1956年。是世界上最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，占據(jù)了全球70%的市場(chǎng)份額。FANUC于1959年首先推出了電液步進(jìn)電機(jī)，在后來(lái)的若干年中逐步發(fā)展并完善了以硬件為主的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

　　進(jìn)入70年代，微電子技術(shù)、功率電子技術(shù)，尤其是計(jì)算技術(shù)得到了飛速發(fā)展，F(xiàn)ANUC公司毅然舍棄了使其發(fā)家的電液步進(jìn)電機(jī)數(shù)控產(chǎn)品，一方面從GETTES公司引進(jìn)直流伺服電機(jī)制造技術(shù)。1976年FANUC公司研制成功數(shù)控系統(tǒng)5，隨后又與SIEMENS公司聯(lián)合研制了具有先進(jìn)水平的數(shù)控系統(tǒng)7，從這時(shí)起，F(xiàn)ANUC公司逐步發(fā)展成為世界上最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家。

　　自1974年，F(xiàn)ANUC首臺(tái)機(jī)器人問(wèn)世以來(lái)，F(xiàn)ANUC致力于機(jī)器人技術(shù)上的領(lǐng)先與創(chuàng)新，是世界上唯一一家由機(jī)器人來(lái)做機(jī)器人的公司，是世界上唯一提供集成視覺(jué)系統(tǒng)的機(jī)器人企業(yè)，是世界上唯一一家既提供智能機(jī)器人又提供智能機(jī)器的公司。FANUC機(jī)器人產(chǎn)品系列多達(dá)240種，負(fù)重從0.5公斤到1.35噸，廣泛應(yīng)用在裝配、搬運(yùn)、焊接、鑄造、噴涂、碼垛等不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，滿足客戶的不同需求。

　　2008年6月，F(xiàn)ANUC成為世界上第一個(gè)裝機(jī)量突破20萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人的廠家；2011年，F(xiàn)ANUC全球機(jī)器人裝機(jī)量已超25萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)份額穩(wěn)居第一。

　　FANUC發(fā)布史上最“給力”機(jī)器人

　　2015年，F(xiàn)ANUC向大眾展示了M-2000iA系列的機(jī)器人。M-2000iA系列是世界上最大、最強(qiáng)壯的可搬運(yùn)超重物體的機(jī)器人，有兩種型號(hào)，一個(gè)是可舉起900公斤重物的M-2000iA/900（動(dòng)作半徑4680mm）和能舉起1200公斤的M-2000iA/1200（動(dòng)作半徑3730mm），能夠做到更快、更穩(wěn)、更精確地移動(dòng)大型部件，用于物流搬運(yùn)、機(jī)床上下料、裝配、碼垛、材料加工、拾取及包裝及舉重表演等。

　　當(dāng)需要處理超重部件，如機(jī)床組裝、車身定位時(shí)，M-2000iA機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)安全快捷的安置，能代替起重機(jī)、運(yùn)輸班車、龍門吊工作。

　　1.5.2ABB（Asea Brown Boveri）

　　ABB是一家瑞士-瑞典的跨國(guó)公司，集團(tuán)總部位于瑞士蘇黎世。1988年創(chuàng)立于歐洲，1994年進(jìn)入中國(guó)，1995年成立ABB中國(guó)有限公司。2005年起，ABB機(jī)器人的生產(chǎn)、研發(fā)、工程中心都開(kāi)始轉(zhuǎn)移到中國(guó)，目前，中國(guó)已經(jīng)成為ABB全球第一大市場(chǎng)。

　　ABB集團(tuán)業(yè)務(wù)遍布全球100多個(gè)國(guó)家，擁有14.5萬(wàn)名員工，2014年全球銷售收入約400億美元，在華銷售收入約58億美元。

　　ABB在中國(guó)擁有研發(fā)、制造、銷售和工程服務(wù)等全方位的業(yè)務(wù)活動(dòng)，員工1.9萬(wàn)名。在中國(guó)大陸設(shè)有38個(gè)子公司和100多個(gè)辦事處。ABB機(jī)器人產(chǎn)品和解決方案已廣泛應(yīng)用于汽車制造、食品飲料、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子等眾多行業(yè)的焊接、裝配、搬運(yùn)、噴涂、精加工、包裝和碼垛等不同作業(yè)環(huán)節(jié)。

　　機(jī)器人業(yè)務(wù)屬于ABB五大業(yè)務(wù)部門中的離散自動(dòng)化與運(yùn)動(dòng)控制部。該部門在中國(guó)擁有以下生產(chǎn)基地：西安ABB大功率整流器有限公司、ABB高壓電機(jī)有限公司、北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司、上海ABB工程有限公司、上海ABB電機(jī)有限公司、上海ABB動(dòng)力傳動(dòng)有限公司、廣州ABB微聯(lián)牽引設(shè)備有限公司、南昌ABB發(fā)電機(jī)有限公司。其中上海ABB工程有限公司是ABB機(jī)器人業(yè)務(wù)全球總部，也是ABB集團(tuán)重要的機(jī)器人研發(fā)和生產(chǎn)基地，擁有最先進(jìn)的機(jī)器人生產(chǎn)線。

　　ABB發(fā)布全球首款雙臂人形協(xié)作機(jī)器人

　　ABB2015年發(fā)布了全球首款真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作的雙臂機(jī)器人YuMi，YuMi具有協(xié)同式雙臂，配有突破性功能，將小件裝配等自動(dòng)化帶入一個(gè)全新時(shí)代，其靈活的雙臂以軟性材料包裹，并配備創(chuàng)新的力傳感技術(shù)及最先進(jìn)的軟件控制系統(tǒng)。YuMi從機(jī)械手表的精密部件到手機(jī)、平板電腦以及臺(tái)式電腦零件的處理，都能以其精確性輕松應(yīng)對(duì)，甚至連穿針引線都不在話下。YuMi將人與機(jī)器人并肩合作變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并宣告一個(gè)人機(jī)協(xié)作新時(shí)代的來(lái)臨。

　　1.5.3日本安川電機(jī)機(jī)

　　安川電機(jī)創(chuàng)立于1915年，總部位于日本福岡縣北九州市。1999年4月，安川電機(jī)（中國(guó)）有限公司在上海注冊(cè)成立，注冊(cè)資金3110萬(wàn)美金，公司位于上海市黃河路21號(hào)鴻祥大廈12樓。

　　截至2011年3月，安川的機(jī)器人累計(jì)出售臺(tái)數(shù)已突破23萬(wàn)臺(tái)，活躍在從日本國(guó)內(nèi)到世界各國(guó)的焊接、搬運(yùn)、裝配、噴涂以及放置在無(wú)塵室內(nèi)的液晶顯示器、等離子顯示器和半導(dǎo)體制造的搬運(yùn)搬送等各種各樣的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中。

　　2012年7月，安川電機(jī)海外首個(gè)機(jī)器人生產(chǎn)基地落戶常州武進(jìn)高新區(qū)，該基地將用最新的設(shè)備生產(chǎn)用于汽車相關(guān)制造的溶解用機(jī)器人。項(xiàng)目總投資約3億元，設(shè)計(jì)產(chǎn)能12000臺(tái)套機(jī)器人/年（含控制系統(tǒng)），年銷售6億元人民幣。基地已于2013年6月投入生產(chǎn)。

　　安川重磅推出機(jī)械外骨骼ReWalk

　　安川電機(jī)2015年重磅推出了“輔助脊髄損傷患者步行的機(jī)器人”ReWalk，為脊髄損傷患者帶來(lái)了福音。ReWalk作為外骨骼狀機(jī)器人，不采用力傳感器和肌電傳感器，而是采用通過(guò)可以定位穿戴者的身體重心進(jìn)行步行的獨(dú)創(chuàng)性計(jì)算程序算法，從而實(shí)現(xiàn)步行自然化和穿戴簡(jiǎn)便化，在歐美已實(shí)現(xiàn)商品化，可幫助因?yàn)榧贵l損傷造成的下肢麻痹患者實(shí)現(xiàn)站立和步行。患者在指定醫(yī)院接受使用訓(xùn)練（基礎(chǔ)訓(xùn)練20小時(shí)，應(yīng)用訓(xùn)練最低20小時(shí)）后，便可在日常生活中使用。

　　1.5.4德國(guó)庫(kù)卡（kuka）

　　庫(kù)卡（KUKA）是世界工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的頂尖制造商，總部位于德國(guó)奧格斯堡。

　　KUKA機(jī)器人公司在全球擁有20多個(gè)子公司，其中大部分是銷售和服務(wù)中心。KUKA在全球的運(yùn)營(yíng)點(diǎn)有：美國(guó)，墨西哥，巴西，日本，韓國(guó)，***，印度和歐洲各國(guó)。庫(kù)卡機(jī)器人（上海）有限公司是德國(guó)庫(kù)卡公司設(shè)在中國(guó)的全資子公司，成立于2000年，是庫(kù)卡公司在德國(guó)以外設(shè)立的第一家，也是唯一一家海外工廠。庫(kù)卡機(jī)器人（上海）有限公司位于上海市。庫(kù)卡機(jī)器人的品牌代言人是乒乓球運(yùn)動(dòng)員蒂姆波爾。

　　1973年KUKA研發(fā)其第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，即名為FAMULUS。這是世界上第一臺(tái)機(jī)電驅(qū)動(dòng)的6軸機(jī)器人。今天該公司四軸和六軸機(jī)器人有效載荷范圍達(dá)3~1300公斤、機(jī)械臂展達(dá)350~3700mm，機(jī)型包括：SCARA、碼垛機(jī)、門式及多關(guān)節(jié)機(jī)器人，皆采用基于通用PC控制器平臺(tái)控制。KUKA的機(jī)器人產(chǎn)品最通用的應(yīng)用范圍包括工廠焊接、操作、碼垛、包裝、加工或其它自動(dòng)化作業(yè)，同時(shí)還適用于醫(yī)院，比如腦外科及放射造影。

　　庫(kù)卡推出首款輕型工業(yè)機(jī)器人

　　2015年，庫(kù)卡推出首款輕型工業(yè)機(jī)器人LBRiiwa，LBRiiwa是一款具有突破性構(gòu)造的7軸機(jī)器人手臂，其極高的靈敏度、靈活度、精確度和安全性的產(chǎn)品特征，使它特別適用于柔性、靈活度和精準(zhǔn)度要求較高的行業(yè)（如電子、醫(yī)藥、精密儀器等），可滿足更多工業(yè)生產(chǎn)中的操作需要。

　　傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人往往被鐵柵隔離，以防止其用力過(guò)猛傷及附近的工人，而LBRiiwa在接觸到人體時(shí)，則會(huì)按照設(shè)定的程序自動(dòng)彈開(kāi)保持安全距離。它的機(jī)身裝配有7個(gè)力矩傳感器，使得其能夠精確感知外部所施加力量的大小。

　　綜合財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)來(lái)看，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制掌握的深度決定機(jī)器人企業(yè)的體量。四大家族中惟有發(fā)那科研發(fā)和制造數(shù)控系統(tǒng)，這是比電機(jī)、伺服等更底層的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，可以說(shuō)FANUC是最具有運(yùn)動(dòng)控制基因的企業(yè)，ABB和安川電機(jī)相當(dāng)，處于中等，KUKA沒(méi)有。

　　截止2013年末FANUC市值300億美元，營(yíng)業(yè)收入60億美元，凈利潤(rùn)15億美元，毛利率和凈利率分別達(dá)到48%和25%，除市值低于ABB外，其他各項(xiàng)指標(biāo)都遙遙領(lǐng)先。考慮到ABB是大型的工業(yè)集團(tuán)，機(jī)器人和自動(dòng)化業(yè)務(wù)占比低，可以認(rèn)為機(jī)器人四大家族中FANUC體量最大。

　　ABB和安川電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)都比較單一，只有FANUC通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)，將其連接在一起，產(chǎn)生了1+1遠(yuǎn)大于2的協(xié)同作用。

　　同為日企，F(xiàn)ANUC和安川電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人收入基本一致的情況下，市值、凈利率相差10倍以上，凈利潤(rùn)相差約20倍；作為歐洲企業(yè)的ABB和KUKA機(jī)器人收入相同，市值和凈利潤(rùn)相差約30倍。

　　機(jī)器人本體不是高利潤(rùn)的行業(yè)，純粹的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)很難有大體量和高估值。機(jī)器人的價(jià)值在于作為系統(tǒng)集成的中心，與其他業(yè)務(wù)結(jié)合提供整體解決方案所產(chǎn)生的協(xié)同作用。而與機(jī)床數(shù)控相結(jié)合是最合適的。FANUC無(wú)疑是一個(gè)成功的典范。