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編者按：機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。近年來，我國機器人產業快速發展，即便受到疫情影響，依然穩坐世界最大機器人消費國地位。據國家統計局發布的工業生產數據顯示，2021年11月份國內工業機器人產量達31,915套，同比增長27.9%；1～11月國內工業機器人產量為330,098套，同比增長49%。

國家“十四五”規劃綱要明確指出，推動制造業優化升級，深入實施智能制造和綠色制造工程，培育先進制造業集群，推動包括機器人在內的高端制造產業創新發展。近年來，我國工業機器人領域核心共性技術與智能化水平快速提升，本體研發、系統集成、關鍵零部件生產得到充分發展，為制造業提質增效、換檔升級提供了全新動能。

全球疫情持續蔓延在一定程度上限制了機器人下游應用市場需求，同時因為銷售周期性變化和飽和度影響等問題，2019年、2020年全球工業機器人市場出現較大程度下滑。2021年，隨著疫情逐漸被控制，全球經濟呈現復蘇趨勢，更多人機協同的需求場景被發現激活，機器人產業迎來新的發展機遇。同時，得益于中國率先突破疫情封鎖，打開市場需求，全球工業機器人市場銷售額較2020年有所提升。

國際機器人聯合會（IFR）發布最新數據顯示，2021年，全球機器人市場規模預計將達到335.8億美元，2016~2021年的平均增長率約為11.5%。其中，工業機器人144.9億美元。隨著疫情在全球范圍內得到控制，機器人市場也將逐漸回暖，預計到2023年，全球機器人市場規模將突破477億美元。

受制造業自動化改造需求影響，2020年中國、日本、美國、韓國和德國等主要國家工業機器人的年裝機量合計超過全球72.9%。2021年全球工業機器人銷售額預計將達到144.9億美元，其中亞洲銷售額95.6億美元，歐洲銷售額25.8億美元，北美地區銷售額達到16.7億美元。預計到2023年，全球機器人市場將恢復疫情之前的增速狀態，銷售額將有望突破176億美元，其中亞洲仍將是最大的銷售市場。此外，全球制造業領域工業機器人使用密度已經達到113臺/萬人，機器換人趨勢特征日益明顯。

可控制性明顯提升，人機協作不斷深入

隨著人工智能、大數據、5G、云計算等新一代信息技術的飛速發展，機器人能力邊界持續拓展。在模塊化應用、離散型場景、復雜的干擾環境、多發的不可控因素等變量疊加影響下，對機器人的要求不再局限于本體的靈活性和自動化，易控、智能、互聯成為產品的重要發展方向，技術創新也圍繞著安全的人機協同、人工智能和物聯網等重點方向展開。

多項技術升級推動工業機器人產品可控性提升。工業機器人系統往往需要眾多外圍設備，例如工裝夾具、傳送帶、焊接變位機、移動導軌等，這些配件與機器人本體之間的高效配合與精確協同成為工業機器人創新發展重要的發展方向。

作為“ 機電融合” 的代表產品， 機器人電子控制技術是協同各部分的關鍵。可編程邏輯控制器（Programmable LogicController，PLC）因其在擴展性和可靠性方面的優勢，目前已廣泛應用于工業機器人領域。此外，PLC 正向高速、大容量方向發展，通過物聯網構建PLC、變頻器、遠程I/O 等外圍設備與計算機的連接，可以構造出多級式分布系統，使得工業機器人更易控、更易協同。

例如，CC-Link是三菱電機推出的開放式現場總線系統，具有數據容量大，通信速度多級可選擇的特性。CC-Link 是以控制設備層為主的網絡設施，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層，具有高達10Mb/s的高速數據傳輸能力，支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬間通信，是營造機器人控制操作環境的有效網絡設施，可廣泛應用于工業機器人的現場通信。

協作型機器人成為工業機器人重要創新方向。在復雜的離散型場景中，人們需要機器人替代人工完成更精確、更繁瑣的重復性勞動，安全的人機協作成為必然趨勢。傳統工業機器人需要在隔離環境中作業，相關人員不能對機器人進行靈活控制，面對程序之外的突發情況，也無法直接有效的進行人工干預，極大限制了工業機器人的應用效果和應用場景。隨著物聯網技術的廣泛普及，機器人的生產力和可靠性大幅提升，催生了更加適應特殊制造業應用場景的協作機器人出現。

例如，發那科CR-35iA是當今世界上負載最大的協作機器人。該款機器人無需安全柵欄，人與機器人可共享某個區域進行作業，使工人擺脫了繁重重復的工作壓力，從而可以專注于技巧性較強的工作，同時有效保證人員安全。目前，CR-35iA已經廣泛應用于汽車行業、包裝等行業。安川電機MotoMINI是一款工業用小型6軸機器人，負載重量為500g，最大伸展距離為350mm，重量約7kg，具有輕量、高速、高精度等三大特點。MotoMINI善于變換放置位置，可實現人機協同分擔作業，廣泛用于小型部件組裝操作，以及電子電氣零部件的裝配等重要工藝環節。

多技術融合加強，企業紛紛布局協作機器人

近年來，技術發展催生了機器人應用方式的創新演進。隨著物聯網集成、邊緣智能和虛擬現實等技術的利用，有望推動機器人產業應用方向出現根本性突破，優化其部署方式和產業結構。

行業龍頭發力協作機器人。當前，制造業網絡化、智能化發展趨勢顯著，離散型場景和安全的人機協作需求不斷增加，下游市場應用需求催生了協作工業機器人等新興產品的蓬勃發展，吸引機器人龍頭企業紛紛落子。例如：

ABB公司推出新款協作機器人GoFa和SWIFTI，GoFa擁有5公斤負載和95厘米臂展，可用于物品搬運、包裝和上螺絲等應用；SWIFTI根據ABB原有工業機器人型號進行改進升級，通過實時探測人與機器人的距離調整其工作速度，可確保不會對人造成傷害。

發那科公司推出協作機器人CRX-10iA，最大負載為10kg，可達半徑1249毫米，具有高安全性、高可靠性、便捷使用等特點，針對小型部件的搬運、裝配等應用需求，可為用戶提供精準、靈活、安全的人機協作解決方案。

在協作機器人研發上，新松與國外品牌確保持著齊頭并進的態勢。早在2015年，新松的第一款協作機器人——柔性多關節機器人便已成功發布，這款柔性多關節機器人具有七自由度，具備快速配置、牽引示教、視覺引導、碰撞檢測等功能，重復定位精度達到+/-0.02mm，其技術達到國際先進水平。

機器人未來將發展成為一個開放、共融的平臺，而協作機器人作為未來機器人重要的增長極，將有效融合AR、IoT、大數據、人工智能等創新技術，在人機交互、自主感知與決策等方面取得新的突破，協作機器人也將走出工廠，在更廣闊的民用、醫療、養老等領域發揮重要作用，在更廣的維度上影響著我們每一個人的生產和生活。

工業機器人自主化進程提速，應用領域不斷拓展

目前，我國工業機器人研發以突破機器人關鍵核心技術為首要目標，政產學研用通力配合，不斷提升減速器、控制器、伺服電機、操作系統等核心環節的國產替代率。隨著核心零部件國產化率不斷提升，逐步形成自主可控的全產業鏈生態。

蘇州綠的公司已掌握諧波減速器多項核心技術，圍繞抗磨新材料、潤滑新技術、軸承優化、齒廓修形、獨特材料處理等領域，擁有9項發明專利和72項實用新型專利。

秦川機床工具集團牽頭承擔國家科技重大專項“工業機器人關節減速生產線”課題，已研制出5種機器人關節減速器核心零件專用加工裝備，形成年產10000套工業機器人關節減速器的能力。

我國工業機器人的傳統應用領域包括汽車、3C、家電、金屬加工、塑料加工、食品煙草飲料等行業。隨著制造業產業升級和轉型的不斷深化，工業互聯網建設節奏加快，智能工廠的方案設計、架構搭建、施工組織等方面經驗日趨成熟，為工業機器人創造了良好的應用平臺。

湖北華強科技股份有限公司與新松機器人公司合作完成新冠疫苗瓶裝丁基膠塞智慧工廠的整體布局，實現生產、物流、倉儲等全工藝環節的智能管控，達到物流智能化、生產自動化、產能最大化的發展目標。新松機器人公司為寧德時代新能源公司研發適用于電池生產環境下應用的AGV機器人，規劃上千條運行軌跡，綜合成運行地圖由控制臺計算出起始點與目標點間的最短路徑，為電池生產線節省大量運輸成本，顯著提高生產效率。

格力生產的GR608工業機器人，具有重量輕、方便搭載等優勢，可搭載在AGV上，無需地軌或桁架移動。GR608機器人提供通用的法蘭接口，可以輕松應用在機器裝載、去毛刺、研磨、一般裝配、焊接、包裝（封裝）、碼垛等多領域。此外，格力已完成機器人伺服電機及伺服驅動器的自主研發，其中伺服電機已達到國際同類產品領先水平。

當前，我國正處于制造業轉型升級的歷史機遇期，半導體、顯示面板、智能消費電子終端、新能源等高端制造業產能穩步擴張，自動化、智能化、網絡化制造趨勢特征明顯，催生了更加多元化的工業機器人研發與應用需求，將有力推動我國工業機器人整體裝機量和人均使用密度的雙增長，持續擴展市場容量，進一步加速我國機器人產業發展壯大。

本文根據《中國機器人產業發展報告（2021年）》整理

摘自《自動化博覽》2021年12月刊