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    工業機器人作為高端制造裝備的重要組成部分，具有明顯的產業特征，工業機器人是制造業實現數字化、智能化和信息化的重要載體，機器人及以其為主體的自動化成套裝備推動著制造業由密集型手工作業向信息化、自動化方向升級，是提升制造產業發展質量和競爭力的重要路徑，工業機器人向數字化、智能化發展必將促進我國第三次工業革命的到來。

    我國制造業自動化程度距制造業強國尚有約10倍以上的增長空間，預計到2020年達到目前世界發達國家機器人裝機密度中等水平，需增加機器人裝機量130萬臺。

各類機器人發展現況

    工業機器人成為推動傳統制造業向數字化、智能化改造升級的重要技術。制造業是一個國家競爭力的重要標志，是國民經濟實體的重要組成部分。2010年，我國的制造業總產值已經超過美國，成為世界制造大國，但還不是制造強國。因為我國制造業的生產手段落后，很多工業生產仍然是以低廉勞動力成本為主要競爭手段的勞動密集型產業發展模式，技術含量和產品附加值較低。隨著我國適齡勞動力人口數量的下降和勞動力成本的提高，人口紅利優勢喪失，以低廉勞動力為中心的低端制造模式面臨嚴峻挑戰。我國必須加速產業結構調整，推動制造業轉型升級，促進從勞動密集型模式向信息化、自動化生產方式的轉變。目前，我國工業發展已進入升級轉型的關鍵時期，要通過產業升級轉型提高我國制造業的技術水平，將我國從一個制造大國建設成為一個制造強國，這是關系到國家生死存亡的大事。

    工業機器人作為高端制造裝備的重要組成部分，具有明顯的產業特征，工業機器人是制造業實現數字化、智能化和信息化的重要載體，機器人及以其為主體的自動化成套裝備推動著制造業由密集型手工作業向信息化、自動化方向升級，是提升制造產業發展質量和競爭力的重要路徑，工業機器人向數字化、智能化發展必將促進我國第三次工業革命的到來。

    服務機器人技術是服務民生科技與老齡化社會的重要技術保障。我國人口老齡化加劇、殘障人口眾多、社會服務水平地域差異明顯，這些已成為制約我國社會和諧發展的突出問題，推動以家政服務、助老、助殘和醫療機器人等為代表的民生科技快速發展迫在眉睫。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》明確將服務機器人作為未來優先發展的戰略高技術。2013年我國60歲以上老齡人口數量達到2.02億，老齡化水平達到14.8%，其中失能老人超過4000萬人，老年撫養比達到21.58%。我國獨有的家庭結構使傳統家庭養老方式面臨嚴峻挑戰，社會養老壓力加大，已成為舉國上下關注的社會問題。同時，我國殘疾人總數已達到8296萬，發展康復輔具是幫助殘障人士回歸社會最有效的手段，是國家社會發展水平的重要標志之一。

    特種機器人技術成為國家戰略資源勘探、公共安全與災難救援的不可替代的技術手段，成為全面融入國計民生的重要支撐技術。一方面，我國是世界上自然災害最為嚴重的國家之一，僅以地震為例，二十世紀發生的破壞性地震占全球1/3，2008年汶川地震造成直接經濟損失超8000億元；此外，我國正處于生產安全事故的高發期，屢屢發生的重特大事故更具突發性、災難性和社會危害性，我國每年因各類事故造成的經濟損失達2000億元以上，約占GDP的2%。災后應急處理救援的復雜性和技術性進一步增強，如何及時有效地提高救援效率和減少施救人員的傷亡，對災后應急處理救援技術的發展提出了更高和更緊迫的要求，上述情況都使得災難救援機器人起著越來越重要的作用。另一方面，我國社會公共安全面臨更嚴峻的形勢，國內外極端勢力制造的各種恐怖事件時有發生，爆炸、核、生化成為極端分子制造事件和恐怖威脅的常用手段。對上述危險物品進行快速拆除、安全轉移成為一個亟待解決的問題，促使反恐防暴機器人迅猛發展。

    在關乎國家經濟、科技、國防、社會等發展戰略的多項重大科技專項/工程的實施中，機器人發揮著不可替代的重要作用，引發該領域新一輪的全球競爭。在16個國家科技重大專項中，多數涉及到極端作業性能(重載、高速、高加速度、高精度等)或極端作業環境(真空、微重力、高低溫、核輻射、水下等)，對極端作業機器人發展提出了新的挑戰，如載人航天專項中空間站機械臂和月球車、IC專項的高速工件臺和晶片傳輸機器人、NC專項中的(航空、航天、船舶、汽車)制造機器人化成套工藝裝備、壓水堆及氣冷堆核電站專項中的核電(運行、維護、應急處理等)機器人、激光約束核聚變專項中的精密定位和靶操作機器人等。在其他關乎國家發展戰略的海洋、極地、新能源等的重大科技發展戰略中，如海底(油氣、可燃冰、礦產等)資源機器人化開采裝備亟待突破；機器人遠程操作技術被列為國際磁約束核聚變(ITER)專項的核心技術之一；南極全天候機器人無人值守科考站成為我國總體技術實力的一個綜合展現等，機器人技術都有效支撐了國家重大專項/工程的順利實施，發揮著不可替代的作用。

當代機器人技術發展的特點與趨勢

    當前，機器人技術的發展特點和趨勢是智能化以及人與機器人的交互共融。智能化是機器人發展的第三個階段，具有感知功能和自主行為控制功能的機器人成為發展趨勢，在復雜、未知非結構環境下的環境感知和認知、自主決策和行為控制成為智能機器人發展的關鍵技術。與人共融是新一代機器人的共性特征。傳統工業機器人的工作空間與人相隔離，采用預編程控制和示教盒交互方式，且無安全保障。新一代機器人與人工作在同一個自然空間內，協調合作緊密，需要與人進行自然交互，從而確保機器人工作的安全性。

    為了實現機器人與人的交互共融，需要解決環境理解、智能控制、行為安全和人機交互等問題。其中，環境理解問題包括機器人對自然、不可預知和復雜動態環境的感知和理解；智能控制問題就是機器人在目標及任務更加多樣化、操作靈活性更高、人機合作程度更深、過程更加復雜多變情況下的智能決策與控制；行為安全問題包括機器人與人在物理界限消失、緊密接觸、密切配合情況下確保人—機—物安全的技術；人機交互問題包括機器人與人之間能夠相互適應且具有智能、魯棒、友好、安全等特點的人機交互技術。

中國的機器人產業現狀

    我國已成為世界最大的機器人需求市場，產業發展前景巨大，這為我國機器人產業帶來了前所未有的機遇和發展原動力。據國際機器人聯合會(IFR)統計，我國每年新增進口工業機器人裝機量平均以25%的速度迅猛增長，遠超過全球范圍內工業機器人10%的增長速度，2012年我國工業機器人裝機量新增2.3萬臺，已經成為世界最大的工業機器人需求市場。作為衡量一個國家自動化水平的基準，每萬名產業工人所擁有的工業機器人數量，2012年我國為23臺，不足國際平均水平(58臺)的1/2，表明我國制造業自動化程度距制造業強國尚有約10倍以上的增長空間，預計到2020年達到目前世界發達國家機器人裝機密度中等水平，需增加機器人裝機量130萬臺，直接增加產值達2500億元，帶動配套系統產值將超過7500億元，支撐成套系統的產值將高達約2.5萬億元。

    服務機器人正在成為機器人領域最具潛力的增長點，2011年度全球服務機器人銷量約為250萬臺，市場總值超過42億美元，正在以20%～30%的速度增長，到2015年銷售額將達到85億美元。預計到2030年，我國個人/家用服務機器人產值將達到2000億元，醫療、助老助殘、娛樂等服務機器人產值將達到6000億元。特殊環境服役機器人是一個重要的產業方向，僅以水下機器人為例，2020年我國水下作業機器人產品將達到300臺套，基本滿足我國海洋資源開發的需要，直接形成100億～200億元的產業規模。中國特定的產業結構、社會需求將產生與之相適應的機器人需求結構，為我國機器人產業的發展創造了巨大市場機遇，成為我國機器人產業迅猛發展的原動力。

    我國在20世紀80年代將機器人技術列入國家科技發展計劃，30多年來，已經形成了一支具有較強創新能力的機器人研發隊伍。在工業機器人、服務機器人和特種機器人等方面取得了許多標志性的研究成果，在技術上中國已具備生產工業機器人的能力：(1)成功研制出全系列工業機器人產品，包括6公斤、10公斤、20公斤、50公斤到165公斤、180公斤、210公斤、300公斤和400公斤的系列化工業機器人，中國多家企業具備了一定規模化的生產

    能力，并進行了小批量生產；(2)中國工業機器人的應用正在快速擴展，應用在汽車焊接線、鍛壓、噴涂、折彎、數控機床上下料、碼垛和搬運等工業領域；(3)中國工業機器人核心部件初見成效。RV、諧波減速器、伺服電機、控制器等基礎部件的性能指標達到國外同類水平，形成小批量生產能力，并在多個型號中國工業機器人中得到初步應用。我國制造的數百臺工業機器人已經用于汽車工業的生產作業中。目前中國具有四百多家工業機器人制造企業和系統集成企業，其中88%是系統集成企業。但是我國還沒有如安川、KUKA、ABB、FANUK等那樣的世界巨頭機器人公司的機器人制造企業。

中國機器人產業發展之探索

    對于中國機器人產業的發展，應該注意以下幾個方面。

    (1)中國機器人產業的發展要遵循市場為導向的原則。中國工業機器人產業要走向成功，就一定要從中國機器人市場需求出發，深入調查研究，只要產品對路，產品具有性價比優勢，就可以贏得用戶支持，逐步擴大市場，將工業機器人產業逐漸做大做強。雖然在汽車行業和電子行業，國外幾家機器人廠家已經占領了很大的市場，但是中國存在大量的低端勞動密集型制造企業，這些企業對工業機器人的需求迫切，存在大面積的工業機器人應用的空白區。中國制造業對工業機器人的需求量大、面廣，這為我國工業機器人產業提供了一個非常大的發展空間。

    (2)中國工業機器人產業要通過技術創新走出一條新路。基礎部件是制約我國機器人產業發展的瓶頸技術，目前我國的機器人關鍵基礎部件，如伺服電機和精密減速器等，大部分依賴進口，造成國產機器人產品的生產成本居高不下，缺乏國際競爭力。因此，我國需要加強機器人產業鏈的合理、有序布局，在培育更多機器人應用工程集成商的同時，加快機器人關鍵基礎部件的研發和產業化進程。另外，中國機器人需求市場非常巨大，種類五花八門，特殊的用途和環境要求機器人具備特殊的功能和性能，例如打磨機器人需要具備柔順機構和順應控制功能，特種機器人要求機器人具備在極端作業環境下的適應能力，這些都可能成為技術創新的方向。目前正處在一個信息時代，我們應該強化創新驅動，通過在機器人示教、柔順、跟蹤、網絡、感知、智能等方面的技術創新，提高機器人的智能化水平和作業水平，制造出適應中國市場需求的高性價比機器人。

    (3)實行官產學研用結合，整合創新資源，促進機器人產業的可持續發展。中國工業機器人已經由研究階段進入到產業和應用階段，在這一階段，應以企業為主導，通過官產學研用結合，大力推進中國工業機器人產業的快速發展。政府應做好頂層設計和政策引導，制定有利于發展工業機器人產業的稅收與激勵政策制度，防止低水平重復和資源浪費，培育優質產品和名牌企業。調動廣大產業界和科技界人士的積極性，實現我國機器人產業的有序和可持續發展。

文/中國工程院院士、哈爾濱工業大學機器人研究所名譽所長、機器人技術與系統國家重點實驗室名譽主任蔡鶴皋