工业机器人的现状及发展趋势

工业机器人的现状及发展趋势摘要：工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。关键词：工业机器人；产业化；智能化；发展现状；发展趋势1前言工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，它涉及机械工程学、电气工程学、微电子工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科。。工业机器人是机器人学的一个分支，它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展，工业机器人已成为柔性制造系统（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与数量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，对促进我国制造业的崛起，有着十分重要的意义。2工业机器人在世界各国的的发展1962年,美国AMF公司制造了世界上第一台实用的示教再现型工业机路人。迄今为止，世界上对于工业机器人的研究、开发及应用已经经历了50多年的历程。日本、美国、法国、德国的工业机器人产品已日趋成热和完善。随着现代科技的迅速发。工业机器人技术已经广泛地应用于各个生产领城。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后出现的，全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。工业机器人的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。在国外，工业机器人产品日趋成熟，已经成为一种标准设备而被工业界广泛地应用，从而相继地形成了一批具有影响力的著名的工业机器人公司。比如，跨国集团公司ABBRobotics，日本发那科(FANUC)、安川电机(Yaskawa)，德国KUKARobo-ter，美国AdeptTechnology、AmericanRobot、EmersonIndustrialAutomation、S-TRobot-ics，意大利COMAU，英国AutoTechRobotics，加拿大JcdInternationalRobotics，以色列RobogroupTek公司等，这些公司已经成为它们所在国家和地区的支柱性产业。工业机器人的发展过程可以分为以下三个阶段：第一代机器人为目前工业中大量使用的示教再现机器人，通过示教存储信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作，广泛应用于焊接、上下料、喷漆和搬运等。第二代机器人是带感觉的机器人，机器人带有视觉、触觉等功能，可以完成检测、装配、环境探测等作业。第三代机器人即智能机器人，它不仅具备感觉功能，而且能根据人的命令，按所处环境自行决策，规划出行动。目前，在工业上运行的90%以上的机器人都不具备智能。在FMS中，目前应用的为第一代和第二代机器人。2.1工业机器人在世界主要国家的发展：美国是工业机器人的诞生地，基础雄厚，技术先进。现今美国有着一批具有国际影响力的工业机器人供应商，像AdeptTechnologe、AmericanRobot、EmersomIndustrialAutomation等。德国工业机器人的数量占世界第三，仅次于日本和美国，其智能机器人的研究和应用在世界上处于领先地位。目前在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人经推广应用成为主流安装机型，而第三代智能机器人已占有一定比重并成为发展的方向。世界上的机器人供应商分为日系和欧系。瑞典的ABB公司是世界上最大机器人制造公司之一。1974年研发了世界上第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料搬运。1975年生产出第一台焊接机器人。到1980年兼并Trallfa喷漆机器人公司后，其机器人产品趋于完备。ABB公司制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配铸造、密封涂胶、材料处理、包装、喷漆、水切割等领域。德国的KUKARoboterGmbh公司是世界上几家顶级工业机器人制造商之一。1973年研制开发了KUKA的第一台工业机器人。年产量达到一万台左右。所生产的机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等工业，主要用于材料处理、机床装备、包装、堆垛、焊接、表面休整等领域。意大利COMAU公司从1978年开始研制和生产工业机器人，至今已有30多年的历史。其机器人产品包括Smart系列多功能机器人和MASK系列龙门焊接机器人。广泛应用于汽车制造、铸造、家具、食品、化工、航天、印刷等领域。日系是工业机器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等国际知名公司。FANUC是世界上最大的机器人制造商之一。FANUC的前身致力于数控设备和伺服电机系统的研制和生产。1972年从日本富士通公司的计算机控制部门独立出来成立了FANUC公司。FANUC公司的主要业务分为两部分：工业机器人和工厂自动化。据统计，截至2008年6月末，其生产的机器人突破20万台。FANUC最新研发的工业机器人产品有：R-2000iA系列多功能智能机器人。具有独特的视觉和压力传感器，可以将随意堆放的工件捡起并完成装配；Y44CCLDiA高功率LDYAG激光机器人。研制安装的4.4kwLDYAG激光振荡器，提高了效率和可靠性。安川公司于1977年研制出第一台全自动工业机器人，旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国以及SyneticsSolutions美国公司等子公司。其核心的工业机器人有点焊和弧焊机器人，油漆和处理机器人，LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。近年来安川生产的新型液晶玻璃板搬运机器人受到市场欢迎。此外，安川还是将工业机器人应用于半导体领域最早厂商之一。川崎公司生产出了日本第一台工业机器人，对工业机器人产业做出了不可磨灭的贡献。川崎生产的喷涂机器人、焊接和组装机器人、半导体工业用机器人也很受市场欢迎。2.2工业机器人在日本发展：与此同时，十九世纪七十年代的日本正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。毫无疑问，在美国诞生并已投入生产的工业机器人给日本带来了福音。1967年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于1968年试制出第一台日本产unimate机器人。经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到其它制造业以及非制造业。1980年被称为日本的“机器人普及元年”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓励政策，这些机器人收到了广大企业的欢迎。1980年~1990年日本的工业机器人处于鼎盛时期，后来国际市场曾一度转向欧洲和北美，但日本经过短暂的低迷期又恢复其昔日的辉煌。1993年末，全世界安装的工业机器人有61万台，其中日本占60%，美国占8%，欧洲占17%，俄罗斯和东欧占12%。是什么使得日本的工业机器人产业有如此快速的发展，现理出几点原因：（1）根本原因是日本的基本国情，人口少，劳动力严重短缺。日本每年的人口增长率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育导致其劳动力的增长速度却始终停留在0.7%。为了满足国民经济3%的增长要求，必须提高生产效率。（2）1973年十月爆发的第一次石油危机提高了劳动力成本，日本政府不得不鼓励私营企业向自动化领域投资，提高生产效率，以抑制由石油危机带来的成本型通货膨胀。（3）工业机器人可以代替劳动者从事可能危害身体健康的劳动，避免了大量的工伤事故和职业病，受到了人们的欢迎。（4）日本自80年代起就采用推动工业机器人的普及和促进研究与发展的政策。日本工业机器人协会成立于1972年10月,是世界上第一个工业机器人组织。它的宗旨是加速发展工业机器人制造业,推动工业自动化和安全生产。1992年,日本工业机器人协会欢度了它的20岁生日。在过去的20年中,它得到了政府和大专院校的支持和帮助,与工业机器人制造商及用户进行了合作。正是这一切使日本工业机器人协会有效地推动了工业机器人的生产,使自己站在提高工业各个领域的生产率及雇员福利的前列。2.3政策扶持，起步发展神速日本在20世纪60年代末正处于经济高度发展时期，年增长率达11%。第二次世界大战后，劳动力趋于紧张的日本，因高速度的经济发展更加剧了劳动力严重不足的困难。而此时，美国研制成功的工业机器人无疑为日本的工业发展带来了最大的福音，1967年日本由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。极大地缓解日本劳动力不足的工业机器人，受到了日本企业“救世主”般的欢迎。再加上日本政府在经济上所采取的积极扶植政策，进一步鼓励发展和推广应用机器人，激发了企业从事机器人产业的积极性。尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政府银行提供优惠的低息资金，鼓励集资成立机器人长期租赁公司，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的资金负担；政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优惠产品，企业除享受新设备通常的40%折扣优惠外。还可再享受13%的价格补贴。此外，国家还出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年。到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期。70年代的实用期。到80年代进人普及提高期。”并正式把1980年定为产业机器人的普及元年”。开始在各个领域内广泛推广使用机器人。2.4日本国内排名前五位的工业机器人厂商1、排名第一的是MatsushitaElectricIndustrialCo(6752)，市场份额为25.1%。虽然Matsushita排名处于首位，但与2003年相比，市场份额下降3.5%。其原因在于：2003年电子器件，如平板电视、DVD播放器/录像机和其他数字应用的强劲增长，推动了Matsushita5%的市场份额。到了2004年电子器件安装商的需求相对疲软。2、排名第二的是YaskawaElectricCorp.(6506)，市场份额为18.8%。关节型工业机器人是Yaskawa主要产品，2004年市场份额同比2003年增长了2.3%。主要原因：市场对于新型的液晶玻璃板的搬运机器人需求增长。3、排名第三的是FanucLtd.(6954)，市场份额为15.4%，在其2003年失去了部分市场份额后，2004年市场份额增长了2.6%。主要原因：由于该公司的配备有视觉系统和压力传感器的焊接机器人被汽车制造商看好，市场份额随之提升。4、排名第四的是KawasakiHeavyIndustriesLtd.(7012)市场份额为6.4%，同比上升0.5%。主要原因：主要用于汽车制造业的关节型工业机器人销售的增长。5、YamahaMotorCo.(7272)市场份额为6%，同比上升0.8%。主要原因：用于电子部件安装的工业机器人销售的增长。注：公司名后括号内的数字为该公司在东京交易所的证券代码。3工业机器人的发展趋势3.1工业机器人的技术发展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。3.2工业机器人的产业发展趋势国际机器人联盟（IFR）与联合国欧洲经济委员会（UNECE）发布的数据显示，全球多用途工业机器人销售从2003年开始恢复增长，预计在2005年到2008年间，全球工业机器人销量预计年均增长6