中国工业机器人四大瓶颈与突破点

工业机器人技术作为先进制造技术的杰出代表，不仅体现了国家工业竞争力的高度集中，而且已经成为中国最大的市场。我们必须正视一个事实：中国的工业机器人在关键技术方面与世界先进水平相比还存在差距，许多关键部件仍然依赖进口。面对这样的挑战，我们该如何在新时代背景下发展我国的工业机器人技术，缩小差距甚至实现技术超越呢？让我们跟随李教授深入了解国内外工业机器人的发展现状，找出我国与其他国家的差距所在，并基于对未来工业机器人发展趋势的洞察，为中国工业机器人的未来发展指明方向。

让我们来了解一下全球工业机器人的发展概况。工业机器人产业可以划分为上游、中游和下游三个部分。其中，上游包括关键的核心部件，中游主要是本体和集成技术，下游则是二次开发以及周边设备的开发。在当前的全球工业机器人市场中，日本和欧洲处于技术的前沿。尤其是日本，在关键部件——减速器的制造上遥遥领先，已经形成了强大的技术壁垒。德国则在原材料和本体零部件方面拥有优势。而在中国，我们的机器人产业主要位于产业链下游，集中在系统集成、二次开发、定制性部件和售后服务等领域，技术相对较为低端。

这一现象的形成有其历史原因。由于发达国家较早面临劳动力短缺的问题，环境因素也促使他们早早开始发展工业机器人，因此形成了先发优势。例如，美国从上世纪50年代就开始提出“工业机器人”的概念，而日本在70年代就已经实现了工业机器人的产业化发展。他们积累了大量的技术，特别是在一些关键部件的核心技术上具有优势。从当前产能和保有量来看，日本占据了66%的市场份额，每万人中就有300多台工业机器人。而中国虽然市场潜力巨大，但保有量相对较低。

近年来，中国的工业机器人市场呈现出蓬勃的发展态势。全球工业机器人的销售数据逐年上升，中国市场的销量更是年年递增，2016年已达到29万台，预计2019年将突破40万台。工业机器人社会需求旺盛，保持了高速增长态势。预计未来十年，全球工业机器人的销量平均增长率将保持在12%左右。

工业机器人的应用也呈现出集中趋势，主要集中在中国、韩国、日本、美国、德国这五个国家。这些国家的工业机器人销量占据了全球市场的75%。尤其是汽车行业，已成为工业机器人最大的应用领域，占到了38.7%的比例。电力/电子行业的应用增长也非常迅速，已经达到了21%左右，并且这个比例还在不断提高。

当前，工业机器人的市场份额主要由四大品牌占据：kuka、fanuc、YASKAWA和abb。这些品牌可以分为欧系和日系两系。欧系代表如ABB和库卡的主要应用领域是汽车制造，而日系在电子行业的应用技术则较为先进。这两系的工业机器人与视觉系统相结合，形成了精密的装备。

回顾我国工业机器人发展的现状，自2013年以来，得益于国家政策保障、宏观经济促进、社会环境推动和技术发展支撑等多方面的因素，我国的工业机器人技术发展迅猛。随着劳动力成本的上升，机器人替代人工的趋势愈发明显。低端机器人的核心部件已经逐步实现国产化，但高端领域仍有一定差距。随着新技术的不断涌现，机器人技术将进一步得到发展。

我国工业机器人正处在一个快速发展的阶段，预计在不久的将来会迎来技术的突破和市场的爆发。随着技术的不断进步和市场的不断扩大，我们有理由相信中国的工业机器人产业将会在未来的竞争中取得更大的成功。截止到2016年，全国已建成或在建中的工业机器人产业园区近五十家，其中有影响力的机器人公司超过八百家，涉及机器人业务的上市公司超过五十家。中国内地机器人产业在短短几年内取得了显著增长，特别是在2015年，增长率高达30%。这一数据足以证明机器人技术的重要性已经被全社会广泛认识到，各地都在积极推动机器人产业的发展。

在众多优秀的机器人企业中，新松机器人自动化有限公司、哈尔滨博实自动化股份有限公司以及南京埃斯顿自动化有限公司等以其卓越的技术和创新能力成为行业佼佼者。这些企业不仅在产品研发上取得了显著成果，还在推动产业进步方面发挥了重要作用。

我国高度重视工业机器人的三大核心零部件——减速器、伺服器和控制器。这三项技术的成本占工业机器人的比重超过70%，在过去主要依赖国外技术。但现在，我们已经拥有了自主研发的产品，并在性能上取得了显著的提升。

在减速器领域，南通振康、苏州绿的等企业已经具备了生产精密减速机的能力，其产品与日本的同类产品相比也毫不逊色。而在RV减速器领域，我国的企业也已经开始生产自己的产品。尽管我们在某些领域已经取得了显著的进步，但在原材料方面仍存在不足，需要我们进一步努力提升。

伺服系统分为欧美和日系两大流派，各自都有其代表企业。控制器方面，国际四大家族企业拥有强大的研发实力。我国在控制器硬件方面与国际差距较小，但在软件实现、控制算法和二次开发等方面还存在一定的差距。这也是国产机器人在核心技术方面缺失的一个表现。

尽管如此，我国工业机器人发展仍面临多个瓶颈。除了国际厂商先发优势和核心零部件性能有待提高外，原材料缺失导致企业生产成本上升和缺少高端技术人才也是制约我们发展的因素。但国家已经意识到这些问题并积极采取措施，如建立机器人工程专业和机器人学院等。

展望未来，工业机器人发展趋势是向着更加智能、灵活和高效的方向发展。现在的工业机器人更多的是在机械性任务中发挥作用，但在灵活性和智能性方面还有待提高。未来的工业机器人需要适应更复杂的环境和任务，因此需要不断提高其性能，真正让“机器”变成人。我们还需要关注机器人的应用场景，不仅关注高端应用，也要关注低端应用，以满足市场的多样化需求。新型机器人的研发也将更加多样化和创新化，如双臂机器人、柔性机器人等。机器人正在进行一场由“机器”向“人”的进化过程，未来的机器人将更加智能、高效和适应各种环境。在追求工艺精度的领域，例如卫浴五金的打磨抛光，看似简单的操作实则蕴含着高标准的技术要求。若交由机器人执行，它们必须具备力的感知，适应防水、防尘、防爆等严苛环境，其应用要求甚至超越汽车生产线上的标准。面对这样的挑战，如何构建一个成本优化的系统，是业界关注的焦点。

工业机器人的发展已不再是单纯的机械运动，而是必须与传感器相结合，特别是与视觉技术的融合，以拓宽其应用范围并增强其适应环境变化和任务变化的能力。展望未来，工业机器人不再局限于单元性任务，而是迈向“数字化工厂”的构想。

当前存在的机器人技术，我们期望的下一代工业机器人需要更加柔性、双臂人机协同，并强调安全性和交互性。为此，我们必须应对四大挑战：环境挑战、任务挑战、行为方式挑战以及自然交互挑战。

针对这些挑战，核心研究内容包括：理解环境，研究机器人在自然、不可预测和动态环境中的感知能力；关注行为方式和安全问题，研究在人机紧密接触和配合的过程中如何确保人机物的安全；第三，提升交互体验，让机器人作为“人类助手”甚至进入日常生活，发展友好、智能、自然的人机交互技术。

过去，机器人为中心的操作模式已不能满足需求，未来的趋势是以人为中心，让机器人适应人的指令。例如，通过人的手势或简单语句，机器人就能理解并执行任务。这是一个根本性的转变。

我们还要研究机器人的学习和进化能力。基于反馈思想的在线学习方法，使机器人能够不断吸收外界知识并提高自身能力，适应不断变化的环境和复杂任务。这涉及到自主学习、协同进化、机器思维以及成长发育等多个领域。

新一代机器人如库卡和ABB，它们的核心目标是实现人机协同作业，确保在共同空间内作业时不损伤人和机器人本身。我们的愿景是利用这些先进技术构建“智慧的工厂”，这正是工业4.0引领的发展方向。以上内容，源于山东大学李贻斌教授在机器人领域的深入研究和精彩讲座。