机器人产业在世界舞台上被尊崇为“制造业皇冠之上璀璨的宝石”,发展壮大机器人产业已然成为全球各国争夺未来经济科技至高点的国家战略。如今,工业机器人已广泛渗透到汽车及其零部件制造、机械加工、电子电气、橡胶塑料以及食品工业等众多领域。作为先进制造业中无可或缺的重要装备和手段,工业机器人已然成为衡量一个国家制造业水准和科技实力的重要标尺。
机械结构正朝着模块化、可重构化的方向不断演进。譬如,关节模块中伺服电机、减速器、检测系统三者融为一体;通过关节模块、连杆模块的重组方式构建出完整的机器人机体。而控制系统亦在向着开放化、高度集成化的方向迈进,将采用基于个人电脑(PC)的开发型控制系统,从而方便实现标准化、网络化。此外,控制系统器件的集成度将得到显著提升,控制柜也将变得愈发轻便小巧。传感器的重要性日益凸显,装配、焊接机器人采用了位置、速度、加速度、力觉等多种传感器,而遥控机器人则运用视觉、声音、力觉、触觉等多传感器融合技术进行环境建模及决策控制。值得一提的是,伴随着机器学习等人工智能技术的蓬勃发展,工业机器人将逐步走向智能化,不仅能够自主学习,更能自主发掘大数据的潜在价值。
据了解,工业机器人的核心零部件主要涵盖高精度减速器、高性能交流伺服电机和驱动器、高性能控制器等。这些核心零部件对于整个工业机器人的性能指标具有举足轻重的影响。当前,跨国企业在核心零部件、整机、系统集成等机器人产业链的各个环节都展现出明显的竞争优势。例如,在减速器领域,用于工业关节机器人的谐波减速器几乎被日本哈默纳科一家公司所垄断。另一款更为重要的RV减速器也基本被日本纳博特斯克一家公司所独揽。以上两家日企目前占据了全球工业机器人减速器市场的75%份额。然而,近年来,我国自主研发的RV减速器虽已取得初步进展,但仍处于小批量生产阶段。
在伺服系统方面,由于机器人独特的运动性质,使得伺服系统必须具备高精度、高动态响应、高过载能力、高可靠性等卓越特性。尽管如此,国产伺服系统在功能、性能和工艺方面相较于国外产品仍存在一定差距,特别是在自适应机械共振抑制技术、自适应低频震动技术和惯量动态前馈技术等关键技术方面尚未完全掌握。
在工业机器人整机领域,发那科、库卡、ABB、安川四大巨头无疑是全球市场的主导力量。此外,工业机器人的使用效益往往需要通过高可靠性来实现,这其中涉及到材料选择、设计优化、采购管理、加工制造、设备安装、质量检测、老化试验、技术维护等多个环节,投资巨大且周期漫长,这恰恰是我国本土企业所面临的挑战。
工业和信息化部发布的《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》明确指出,将紧密围绕市场需求,全力攻克核心技术难题。展望未来,工业和信息化部将组织制定中国机器人技术路线图及机器人产业“十三五”规划,通过强化顶层设计,引领行业发展方向,致力于突破关键技术和重要环节,推动机器人产业健康有序地向前发展。