我国工业机器人技术现状与产业化发展战略-机械工程学报2014.9
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我国工业机器人技术现状与产业化发展战略-机械工程学报2014.9
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第50卷第9期 机械工程学报 V01．50 NO．9
2014年5月 JOURNAL OF MECHANICALENGINEERING May 2014
DoI：10．3901／JME．2014．09．001
我国工业机器人技术现状与产业化发展战略木
王田苗 陶 永
(北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京 100191)
摘要：随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中
得到越来越多的应用。结合在机器人领域的相关工作，在分析国内外关于工业机器人发展现状的基础上，就工业机器人目前
涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展
的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供相
关战略思考与建议。
关键词：工业机器人；轻巧操作；自主导航；环境感知；产业化；发展战略
中图分类号：TP242
Research Status and Industrialization Development Strategy of
Chinese Industrial Robot
WANG Tianmiao TAO Yong
(College ofMechanical EngineeringandAutomation，Beihang University,Beijing 100191)
Abstract：With the rapid development of industrial robots，more and more robots are applied in the automobile manufacturing，
mechanical processing，welding，loading and unloading，grinding and polishing，handling and palletizing，assembling，painting and
other operations．Combining the relevant work in the field of robotics，the domestic and international present and developing
condition of industrial robots are discussed，and then a brief review on researches ofcutting·edge technology is proposed，such as
dexterous manipulation，amonomous navigation，environmental perception，human-robot interaction and security．Thinking and
suggestionof Chinese industrialrobot development are proposed，whichkeeps track of the latest developments in industrial robots，
and helpsto develop the theory,methodand suggestion for Chinese roboticstechnology andindustries．
Key words： industry robot；dexterous manipulation； autonomous navigation； environmental perception； industrialization；
development strate：gY
国际标准化组织(International Organization for
0前言
Standardization，ISO)对机器人的定义为“机器人是
一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能
国际机器人联合会(International Federation of 机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编
Robotics，IFR)将机器人定义如下：机器人是一种半 程序操作处理各种材料、零件、工具和专用装置，
自主或全自主工作的机器，它能完成有益于人类的 以执行种种任务”【2J。按照ISO定义，工业机器人
工作，应用于生产过程称为工业机器人，应用于特 是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器
殊环境称为专用机器人(特种机器人)，应用于家庭 人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和
或直接服务人称为(家政)服务机器人¨J。这种内涵广 控制能力来实现各种功能的一种机器pJ；它接受人
义的理解是机器人自动化机器，而不应该理解为如
类的指令后，将按照设定的程序执行运动路径和作
翻译的像人一样机器。 业。工业机器人的典型应用包括焊接、喷涂、组装、
采集和放置(例如包装和码垛等)、产品检测和测试
+国家高技术研究发展计划资助项1；I(863计划，2013AA040501)。20130729 等【4】o
收到初稿，20140211收到修改稿
万方数据2014年5月 王田苗等：我国工业机器人技术现状与产业化发展战略
年)资助约1 000万人民币，先进机器人单元技 备将成为未来制造强国的重要标志，在促进我国智
术战略开发计划(2006--2010年)预算5 447万人 能制造的发展，推动工业机器人产业化突破方面具
民币【31—321。 有重要的意义…J。
欧洲相关工业机器人发展计划。欧盟第七研发 随着我国劳动力成本的逐年增加，老龄化社会
框架计划(2007--2013年)投入机器人研究经费达6 的到来【4¨J，可进行传统加工制造业的一线工人将保
亿欧元，未来的研究计戈1J(2013--2020年)对机器人 持逐年减少的趋势，同时社会服务的成本将增加，
研究的经费投入将达到140亿欧元【j扣"J，另外还提 我国对工业机器人及自动化加工装备的需求将逐步
出了2002--2022年欧洲机器人研究与应用的路线 增加。国际制造环境竞争的日益激烈，客户可定制、
刚351。 柔性加工制造、成本投入与效率提高、整合全球资
韩国相关工业机器人发展计划。韩国工业机器 源逐渐成为制造业竞争力的核心要素ⅢJ。
人产业起步较晚，但发展速度较快。韩国于20世纪 因而，我国工业机器人的市场需求是刚性与持
80年代末开始大力发展工业机器人技术，在政府的 续的，期望一个新时代到来，厂厂都有机器人m1。
资助和引导下，由现代重工集团牵头，用了10年的 工业机器人发展的临界点已经到来，工业机器人发
时间形成其工业机器人体系，目前韩国的汽车工业 展将是中国制造业历史上一次机遇与革命。
大量应用其本国的机器人。韩国将机器人与互联网
相结合，提出了“839”战略计划【j6I，其中智能机 2 国内外工业机器人技术与产业发展
器人是其提出的九项核心技术之一。韩国在2003 现状
年提出了“十大未来发展动力产业”计划，2004年
韩国信息通信部提出“IT839”计划Lj¨，及其“无
2．1 国外工业机器人技术与产业发展现状
所不在的机器人伙伴”项目，2008后每年4 000亿
自从20世纪60年代开始，经过近六十年的迅
韩元(约合22亿人民币)p引；2009年韩国政府提出
速发展，随着对产品加工精度要求的提高，关键工
了“第一次智能型机器人基本计划”，计划在2013
艺生产环节逐步由工业机器人代替工人操作，再加
年以前投入1万亿韩元(约合55亿人民币)p圳。
上各国对工人工作环境的严格要求，高危、有毒等
世界工业机器人的发展模式。世界各国的工业
恶劣条件的工作逐渐由机器人进行替代作业，从而
机器人产业发展过程，分为三种不同的发展模式，
增加了对工业机器人的市场需求。
即日本模式、欧洲模式和美国模式【4…。
在工业发达国家中，工业机器人及自动化生产
日本模式为基于完善的工业机器人产业链分
线成套装备己成为高端装备的重要组成部分及未来
工进行发展，日本机器人制造厂商以面向开发新型
工业机器人和批量化生产的机器人产品为发展目 发展趋势，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车
标，并由应用工程集成公司针对不同行业的具体工 零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡
艺与需求，开展工业机器人生产线成套系统的集成 胶及塑料工业、食品工业、物流、制造业等领域mJ，
应用。 工业机器人在主要领域的年度供应量如图l所示
欧洲模式为用户单位提供一揽子的系统集成 (数据来源：IFR)。
解决方案，工业机器人的生产、应用工艺的系统 欧洲、日本在工业机器人的研发与生产方面占
设计与集成调试，均有工业机器人的制造商承担和 有优势，其中知名的机器人公司包括ABB、KUKA、
完成。 FANUC、YASKAWA等，这四家机器人企业占据的
美国模式为集成应用，在全球范围内采购工业
工业机器人市场份额达到60％'-'80％mJ。美国特种
机器人主机及成套设计的配套设备，由工程公司进
机器人技术创新活跃，军用、医疗与家政服务机器
口，在进行集成生产线的设计、外围设备的研发与
人产业占有绝对优势，占有智能服务机器人市场
集成调试应用。
60％14川。我国工业机器人需求迫切，以每年25％～
大力发展工业机器人的意义及未来空间。新一
30％的速度增长，年需求量在2万～3万台套，国
轮工业革命呼唤着工业机器人产业的发展，市场激
产工业机器人产业化刚刚开始；在区域分布上，沿
2014年5月 JOURNAL OF MECHANICALENGINEERING May 2014
DoI：10．3901／JME．2014．09．001
我国工业机器人技术现状与产业化发展战略木
王田苗 陶 永
(北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京 100191)
摘要：随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中
得到越来越多的应用。结合在机器人领域的相关工作，在分析国内外关于工业机器人发展现状的基础上，就工业机器人目前
涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展
的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供相
关战略思考与建议。
关键词：工业机器人；轻巧操作；自主导航；环境感知；产业化；发展战略
中图分类号：TP242
Research Status and Industrialization Development Strategy of
Chinese Industrial Robot
WANG Tianmiao TAO Yong
(College ofMechanical EngineeringandAutomation，Beihang University,Beijing 100191)
Abstract：With the rapid development of industrial robots，more and more robots are applied in the automobile manufacturing，
mechanical processing，welding，loading and unloading，grinding and polishing，handling and palletizing，assembling，painting and
other operations．Combining the relevant work in the field of robotics，the domestic and international present and developing
condition of industrial robots are discussed，and then a brief review on researches ofcutting·edge technology is proposed，such as
dexterous manipulation，amonomous navigation，environmental perception，human-robot interaction and security．Thinking and
suggestionof Chinese industrialrobot development are proposed，whichkeeps track of the latest developments in industrial robots，
and helpsto develop the theory,methodand suggestion for Chinese roboticstechnology andindustries．
Key words： industry robot；dexterous manipulation； autonomous navigation； environmental perception； industrialization；
development strate：gY
国际标准化组织(International Organization for
0前言
Standardization，ISO)对机器人的定义为“机器人是
一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能
国际机器人联合会(International Federation of 机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编
Robotics，IFR)将机器人定义如下：机器人是一种半 程序操作处理各种材料、零件、工具和专用装置，
自主或全自主工作的机器，它能完成有益于人类的 以执行种种任务”【2J。按照ISO定义，工业机器人
工作，应用于生产过程称为工业机器人，应用于特 是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器
殊环境称为专用机器人(特种机器人)，应用于家庭 人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和
或直接服务人称为(家政)服务机器人¨J。这种内涵广 控制能力来实现各种功能的一种机器pJ；它接受人
义的理解是机器人自动化机器，而不应该理解为如
类的指令后，将按照设定的程序执行运动路径和作
翻译的像人一样机器。 业。工业机器人的典型应用包括焊接、喷涂、组装、
采集和放置(例如包装和码垛等)、产品检测和测试
+国家高技术研究发展计划资助项1；I(863计划，2013AA040501)。20130729 等【4】o
收到初稿，20140211收到修改稿
万方数据2014年5月 王田苗等：我国工业机器人技术现状与产业化发展战略
年)资助约1 000万人民币，先进机器人单元技 备将成为未来制造强国的重要标志，在促进我国智
术战略开发计划(2006--2010年)预算5 447万人 能制造的发展，推动工业机器人产业化突破方面具
民币【31—321。 有重要的意义…J。
欧洲相关工业机器人发展计划。欧盟第七研发 随着我国劳动力成本的逐年增加，老龄化社会
框架计划(2007--2013年)投入机器人研究经费达6 的到来【4¨J，可进行传统加工制造业的一线工人将保
亿欧元，未来的研究计戈1J(2013--2020年)对机器人 持逐年减少的趋势，同时社会服务的成本将增加，
研究的经费投入将达到140亿欧元【j扣"J，另外还提 我国对工业机器人及自动化加工装备的需求将逐步
出了2002--2022年欧洲机器人研究与应用的路线 增加。国际制造环境竞争的日益激烈，客户可定制、
刚351。 柔性加工制造、成本投入与效率提高、整合全球资
韩国相关工业机器人发展计划。韩国工业机器 源逐渐成为制造业竞争力的核心要素ⅢJ。
人产业起步较晚，但发展速度较快。韩国于20世纪 因而，我国工业机器人的市场需求是刚性与持
80年代末开始大力发展工业机器人技术，在政府的 续的，期望一个新时代到来，厂厂都有机器人m1。
资助和引导下，由现代重工集团牵头，用了10年的 工业机器人发展的临界点已经到来，工业机器人发
时间形成其工业机器人体系，目前韩国的汽车工业 展将是中国制造业历史上一次机遇与革命。
大量应用其本国的机器人。韩国将机器人与互联网
相结合，提出了“839”战略计划【j6I，其中智能机 2 国内外工业机器人技术与产业发展
器人是其提出的九项核心技术之一。韩国在2003 现状
年提出了“十大未来发展动力产业”计划，2004年
韩国信息通信部提出“IT839”计划Lj¨，及其“无
2．1 国外工业机器人技术与产业发展现状
所不在的机器人伙伴”项目，2008后每年4 000亿
自从20世纪60年代开始，经过近六十年的迅
韩元(约合22亿人民币)p引；2009年韩国政府提出
速发展，随着对产品加工精度要求的提高，关键工
了“第一次智能型机器人基本计划”，计划在2013
艺生产环节逐步由工业机器人代替工人操作，再加
年以前投入1万亿韩元(约合55亿人民币)p圳。
上各国对工人工作环境的严格要求，高危、有毒等
世界工业机器人的发展模式。世界各国的工业
恶劣条件的工作逐渐由机器人进行替代作业，从而
机器人产业发展过程，分为三种不同的发展模式，
增加了对工业机器人的市场需求。
即日本模式、欧洲模式和美国模式【4…。
在工业发达国家中，工业机器人及自动化生产
日本模式为基于完善的工业机器人产业链分
线成套装备己成为高端装备的重要组成部分及未来
工进行发展，日本机器人制造厂商以面向开发新型
工业机器人和批量化生产的机器人产品为发展目 发展趋势，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车
标，并由应用工程集成公司针对不同行业的具体工 零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡
艺与需求，开展工业机器人生产线成套系统的集成 胶及塑料工业、食品工业、物流、制造业等领域mJ，
应用。 工业机器人在主要领域的年度供应量如图l所示
欧洲模式为用户单位提供一揽子的系统集成 (数据来源：IFR)。
解决方案，工业机器人的生产、应用工艺的系统 欧洲、日本在工业机器人的研发与生产方面占
设计与集成调试，均有工业机器人的制造商承担和 有优势，其中知名的机器人公司包括ABB、KUKA、
完成。 FANUC、YASKAWA等，这四家机器人企业占据的
美国模式为集成应用，在全球范围内采购工业
工业机器人市场份额达到60％'-'80％mJ。美国特种
机器人主机及成套设计的配套设备，由工程公司进
机器人技术创新活跃，军用、医疗与家政服务机器
口，在进行集成生产线的设计、外围设备的研发与
人产业占有绝对优势，占有智能服务机器人市场
集成调试应用。
60％14川。我国工业机器人需求迫切，以每年25％～
大力发展工业机器人的意义及未来空间。新一
30％的速度增长，年需求量在2万～3万台套，国
轮工业革命呼唤着工业机器人产业的发展，市场激
产工业机器人产业化刚刚开始；在区域分布上，沿
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