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　　今年以來，隨著國家工信部等十七部門印發的《“機器人+”應用行動實施方案》，以及上海經信委等八部門印發的第一批《上海市智能機器人標桿企業與應用場景推薦目錄》的陸續公布，標志著中國機器人產業邁向了新的高質量發展階段。“機器人+”代表的是一種新的經濟形態，目標是將機器人的智能創新成果深度融合于經濟社會的各個領域之中，以實現機器人技術的價值最大化。在這一發展過程中，增強“機器人+”應用的基礎支撐能力、構建機器人產用協同創新體系、加快機器人應用標準研制與推廣等都是當前十分緊迫的工作。

　　組編/編輯部

　　協作機器人成耀眼“明星”

　　由中國電子學會組織編寫的《中國機器人產業發展報告(2022年)》中指出，2022年全球機器人市場規模達513億美元，其中工業機器人為195億美元，服務機器人為217億美元，特種機器人為101億美元(如圖1所示)，2017-2022年整體市場的平均增長率達到14%;隨著疫情在全球范圍內得到控制，機器人市場逐漸回暖，預計到2024年，全球機器人市場規模將突破650億美元。

　　2022年，中國機器人市場規模達到174億美元，其中，2022年工業機器人市場規模87億美元，服務機器人65億美元，特種機器人22億美元;預計到2024年，中國機器人市場規模將超過250億美元，2022年至2024年市場的年均增長率將達21%左右(圖2)，發展速度要遠高于全球平均水平。

　　回顧過去的三年，新冠疫情席卷全球、世界政經局勢巨變，改變了人們的生產、生活方式，尤其是當中國制造業現階段正面臨人口紅利逐漸消退、制造業外遷等嚴峻挑戰之際，對于機器人技術應用產生了更為迫切的需求。從去年的市場狀況來看，由于3C電子制造市場的低迷，使得小六軸機器人與SCARA的市場應用增速不及預期;但另一方面，伴隨著近期國內新能源汽車、鋰電池行業的高速發展，也相應地帶動了中大負載六軸機器人的應用增速。

　　另一個值得關注的現象是，協作型機器人以其自動化實現速度快、行業應用范圍廣、無需專業編程等先天優勢，日益被市場寄予厚望，成為了當前一顆閃閃發亮的“明星”。根據Markets and Markets發布的報告數據顯示，全球協作機器人市場規模預計將從2022年的11億美元增長到2028年的92億美元，期內的復合年增長率約為41.5%左右，其中，預計增長速度最快的是負載5-10 kg的協作機器人細分應用市場。

　　顧名思義，協作機器人指的是一種能與人類在共同空間工作、近距離互動的機器人，2008年，丹麥優傲公司研制的UR5協作機器人正式交付使用，掀開了這類新型機器人應用的開端，如今，它不僅被用于汽車制造、3C電子、金屬加工等工業領域，并且在物流倉儲、零售服務以及教育科研等行業中，也越來越多地出現協作機器人的身影。總體而言，編程簡單是協作機器人的一大核心優勢，只需要通過對用戶友好的軟件和移動應用程序，便可學習新的動作，因此安裝調試方便，且對操作者的專業度要求不高;此外，成本較低、回本周期短、ROI投資回報率高、部署靈活、柔性度高、安全可靠等等，都是這類機器人在實際應用中的顯著特點。目前，除了優傲、安川、ABB、發那科、庫卡等國際知名大廠已推出了有代表性的協作機器人系列之外，中國本土也涌現出節卡、艾利特、珞石、遨博、越疆等一批優秀的協作機器人企業，整體市場正迅速朝著AI人工智能化、力控技術柔順控制等方向演進。

　　圖1 2022年全球機器人市場規模及構成

　　圖2 2017-2024年中國機器人市場規模統計及年均增長率預測(單位：億美元，資料來源：IFR，中國電子學會整理)

　　圖3 2017-2024年全球工業機器人銷售額及增長率統計(單位：億美元)

　　核心部件廠商密集擴產

　　根據相關資料顯示，減速器、伺服電機、中空力矩電機、控制器、傳感器、編碼器及末端執行器等關鍵零部件在機器人整體成本中的占比約為70%左右，目前國內減速器市場規模約為80億元，其中諧波減速器的市場規模約30億元，RV減速器市場約為50 億元;伺服系統的整體市場規模約為280億元，工業機器人用伺服市場的規模約為30億元;工業機器人控制器的市場規模約15億元。

　　從去年開始，在整體機器人產業迅猛發展的形勢下，部分國內外核心零部件廠商也紛紛加快了產能擴展的步伐。例如， 據日經中文網報導，日本電產宣布在2022年度內把小型減速器的產能提高到原來的近3倍，小型減速器是手臂型工業機器人的主要部件，據悉，公司正在菲律賓建設新廠房，同時，為了擴大市場份額，日本電產新寶還開發出了一款將過去外置于減速器的扭矩傳感器做成片狀內置其中的新型減速器。

　　今年三月，綠地諧波宣布將在上海成立機器人新公司，注冊資本100萬元;中大力德計劃在泰國投資設立孫公司，主要從事減速電機/減速器的研發、生產、銷售及咨詢服務、進出口等。而早在去年6月份，安川電機建在江蘇省常州市的新工廠已順利竣工投產，據介紹，該工廠主要生產安裝在工業機器人控制面板上的電子零部件，以及伺服電機和逆變器零部件等。匯川技術在岳陽基地的項目預計將在今年4月份試生產，建成后將形成年產1100萬套伺服電機及相關零部件的產能，同時公司在南京的新工廠定位為精密機械制造基地，主要涉及工業機器人、工業軟件、絲杠、數字化以及研發等業務板塊，并將整合工業視覺和圖像、磁懸浮高速電機、自動化等板塊業務，預計達產后，年產28萬套精密絲桿、12萬套機器人。

　　核心零部件的技術性能在機器人系統中的作用也越來越被重視，在國家制定的《“十四五”機器人產業發展規劃》中，詳細地指明了各重要零部件未來的技術攻關方向：

　　l 高性能減速器：研發RV減速器和諧波減速器的先進制造技術和工藝，提高減速器的精度保持性(壽命)、可靠性，降低噪音，實現規模生產;研究新型高性能精密齒輪傳動裝置的基礎理論，突破精密/超精密制造技術、裝配工藝，研制新型高性能精密減速器;

　　l 高性能伺服驅動系統：優化高性能伺服驅動控制、伺服電機結構設計、制造工藝、自整定等技術，研制高精度、高功率密度的機器人專用伺服電機及高性能電機制動器等核心部件;

　　l 智能控制器：研發具有高實時性、高可靠性、多處理器并行工作或多核處理器的控制器硬件系統，實現標準化、模塊化、網絡化;突破多關節高精度運動解算、運動控制及智能運動規劃算法，提升控制系統的智能化水平及安全性、可靠性和易用性;

　　l 智能一體化關節：研制機構/驅動/感知/控制一體化、模塊化機器人關節，研發伺服電機驅動、高精度諧波傳動動態補償、復合型傳感器高精度實時數據融合、模塊化一體化集成等技術，實現高速實時通信、關節力/力矩保護等功能;

　　l 新型傳感器：研制三維視覺傳感器、六維力傳感器和關節力矩傳感器等力覺傳感器、大視場單線和多線激光雷達、智能聽覺傳感器以及高精度編碼器等產品，滿足機器人智能化發展需求;

　　l 智能末端執行器：研制能夠實現智能抓取、柔性裝配、快速更換等功能的智能靈巧作業末端執行器，滿足機器人多樣化操作需求。

　　新型核心部件創新不斷

　　在移動機器人領域，針對物流倉儲AGV(Automated Guided Vehicle)的應用特點，集成化伺服輪是現階段的一個主要開發趨勢。

　　例如，步科自動化新推出的600公?以下負載移動機器???專?iWMC集成式動?伺服輪，采用?集成化設計，驅動器、電機、減速機、輪?四?部件一體化，結構緊湊，有利于?體?型化;安裝精度?，提?了??控制精度;外部只有電源與通信線纜，抗?擾性好，提?了整?系統的穩定性、可靠性。

　　偉創電氣開發的V7R系列伺服減速電機同樣采用一體化設計，減速機與電機精密配合，實現更可靠、精度更高的控制，相比于傳統的分體式搭配，具備短機身、精度高、可靠性好等特點，安裝簡易，可用于激光切割、手持工具、木工雕刻、物流倉儲AGV自動導引運輸車等行業。

　　另外將動力裝置和傳動裝置整合在一起的輪轂電機也逐漸被引入這一專業領域。如和利時電機為快倉“青鸞”量身定做的10530NE伺服電動輪，就屬于一種直驅低壓伺服輪轂電機，其應用優勢是省去了傳統電機必配的減速器，令機器人實現了低噪音、低故障率、低成本、結構簡單等特點，且車身小巧，大幅度提升了設備空間利用率，使得“青鸞”整車成本及生產組裝成本大大降低。和利時電機公司還為小型清潔機器人量身打造了7030系列、8030系列低壓伺服電動輪，該電機及外輪一體化設計，具有伺服電機高精度、高響應速度等優良特性，不需要減速箱，且安裝方便。

　　在驅控一體化的探索上，上海新時達機器人開發的集中式機器人智能伺服驅動器，是集伺服驅動技術、機器人控制技術于一體的多軸驅控系統，通過集中式驅動控制，除去了接線麻煩、避免了信號干擾，可大幅提高機器人的集成化程度，提高了機器人系統的可靠性，相對傳統機器人控制器與伺服驅動器組合系統，具有低成本、高集成度、高性能等優勢，提升了機器人控制系統、伺服系統、軟件系統等關鍵部件的技術水平，促進了上下游產業鏈的蓬勃發展，使機器人本體的精度、節拍都有大幅的提升，從而使得機器人的應用從簡單的搬運、上下料，向弧焊、噴涂、裝配等高端應用拓展礎。

　　力控功能是協作機器人的重中之重，目前市場上出現的力感知方式包括：(扭矩)電流環感知、扭矩傳感器感知、六維力傳感器感知，以及柔性電子皮膚力感知等。

　　基于關節扭矩傳感器的力控協作機器人是近年來比較熱門的一類產品，它由扭矩傳感器與電機(帶多圈編碼器、單圈絕對值編碼器)、減速器等構成柔性關節(見圖4)，扭矩傳感器基于集成的 MEMS 稱重傳感器，可以將機械扭矩轉換為與施加的扭矩成正比的數字輸出信號，用以監測協作機器人上各種旋轉樞軸點的機械扭矩，具有更高的精度和反饋頻率，并可提高協作機器人的安全性和可靠性，易于實現機器人的柔順控制，在精密裝配、打磨、手術、按摩等場景都有應用。

　　另一種基于六維力傳感器的力感知協作機器人，原理是利用外裝于機械臂末端或底座的六維力傳感器來感知外界環境，具有較高的測量精度。艾利特新出品的CS66F力控協作機器人就是其中的代表產品之一，借助工具端法蘭內的六維力/力矩傳感器，CS66F協作機器人能提供150N、10Nm的力/力矩量程，綜合準度2%，精度0.5%，相比依靠關節電流進行力檢測的形式，機器人工具端力/力矩檢測精度可提高1個數量級以上，并且工具法蘭內置姿態和加速度傳感器，通過傳感器融合算法實現負載運動的補償，進一步提高了機器人加減速和振動工況下的力/力矩檢測精度。

　　圖4 典型協作機器人關節結構(圖片來源：TE Connectivity)

　　ChatGPT引爆服務機器人市場開發

　　2023年，市場最熱的話題莫過于美國人工智能研究實驗室OpenAI開發的全新聊天機器人模型——ChatGPT，它能夠通過學習和理解人類的語言來進行對話，還能根據聊天的上下文進行互動，并協助人類完成一系列任務。有觀點提出機器人是人工智能未來的終極入口，這一類AI語言模型，將為服務機器人的應用場景開發提供更強有力的人工智能技術支撐。

　　三月中旬，百度公司正式發布了大語言模型、生成式AI產品“文心一言”(英文名：ERNIE Bot)，這也是國內第一個對標ChatGPT的語言模型，旋即已有超過600多家企業宣布加入百度“文心一言”生態圈建設，其中也包括一些服務機器人企業。例如，創澤智能機器人計劃把百度領先的智能對話技術成果應用在服務機器人領域，通過百度智能云全面體驗并接入“文心一言”的能力;麥巖智能將會把“文心一言”的強大功能用于其“極光壹號”系列商用清潔機器人上，以實現更加先進和高效的人機交互及環境交互方式;鯨啟智能將全面接入百度“文心一言”的智能化能力，雙方在智能服務機器人聚焦語音交互場景的產業深度服務方面進行合作，打造“更加智能”的服務機器人。

　　根據中國電子學會組編制的《中國機器人產業發展報告(2022年)》顯示，至2024年，全球服務機器人的市場規模將有望增長到290億美元(見圖5)，中國服務機器人的市場規模將突破100億美元，市場潛力和發展空間巨大。服務機器人對于人機交互、環境交互功能有著嚴苛的要求，大語言模型、生成式AI技術將大幅提升服務機器人的感知、計算、執行能力，使其更加智能化、精準化和柔性化，對于實際應用場景的開拓是一劑強而有力的強心劑。

　　圖5 2017-2024年全球服務機器人銷售額及增長率預測(單位：億美元)