《中國制造2025》機(jī)器人領(lǐng)域技術(shù)路線圖

□文/國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)

《中國制造2025》機(jī)器人領(lǐng)域技術(shù)路線圖

□文/國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)

機(jī)器人是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效必不可少的高端裝備，是《中國制造2025》提出的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。機(jī)器人領(lǐng)域技術(shù)路線圖按照“需求”、“目標(biāo)”、“發(fā)展重點(diǎn)”、“應(yīng)用示范工程”、“戰(zhàn)略支撐和保障"五個(gè)維度進(jìn)行分析和描繪，分別形成了從2015年到2025年，展望2030年的詳細(xì)技術(shù)路線圖。

機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器，集現(xiàn)代制造技術(shù)、新型材料技術(shù)和信息控制技術(shù)為一體，是智能制造的代表性產(chǎn)品。機(jī)器人包括在制造環(huán)境下應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下應(yīng)用的服務(wù)機(jī)器人兩大類。其中，服務(wù)機(jī)器人根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同又分為應(yīng)用于家庭或直接服務(wù)于人的個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人和應(yīng)用于特殊環(huán)境的專業(yè)服務(wù)機(jī)器人。

需求

近年來，我國機(jī)器人市場(chǎng)快速發(fā)展。2014年，中國工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到5.6萬臺(tái)，成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。養(yǎng)老助殘、救災(zāi)救援、公共安全等多種型號(hào)的服務(wù)機(jī)器人已開始進(jìn)入示范應(yīng)用，清潔機(jī)器人、兩輪自平衡車和模型無人機(jī)等家用服務(wù)機(jī)器人已進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2020年工業(yè)機(jī)器人銷量將達(dá)15萬臺(tái)，保有量達(dá)80萬臺(tái)；到2025年工業(yè)機(jī)器人銷量將達(dá)26萬臺(tái)，保有量達(dá)180萬臺(tái)。

目標(biāo)

2020年，基本建成以市場(chǎng)為導(dǎo)向、企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系。自主品牌工業(yè)機(jī)器人國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到50%，國產(chǎn)關(guān)鍵零部件國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到50%，產(chǎn)品平均無故障時(shí)間（MTBF）達(dá)到8萬小時(shí)；服務(wù)機(jī)器人在養(yǎng)老、康復(fù)、社會(huì)服務(wù)、救災(zāi)救援等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)及應(yīng)用；新一代機(jī)器人的核心技術(shù)取得突破；培育出2~3家年產(chǎn)萬臺(tái)以上、產(chǎn)值規(guī)模超過百億元、具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)，打造出5~8個(gè)機(jī)器人配套產(chǎn)業(yè)集群。

2025年，形成完善的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系，機(jī)器人研發(fā)、制造及系統(tǒng)集成能力力爭(zhēng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。自主品牌工業(yè)機(jī)器人國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到70%，國產(chǎn)關(guān)鍵零部件國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到70%，產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，平均無故障時(shí)間達(dá)到國際先進(jìn)水平；服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)大批量規(guī)模生產(chǎn)，在人民生活、社會(huì)服務(wù)和國防建設(shè)中開始普及應(yīng)用，部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)出口；新一代機(jī)器人樣機(jī)研制成功，并實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的示范應(yīng)用；有1~2家企業(yè)進(jìn)入世界前五名。

發(fā)展重點(diǎn)

重點(diǎn)產(chǎn)品

工業(yè)機(jī)器人

實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人的本體開發(fā)及批量生產(chǎn)，使國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在焊接、搬運(yùn)、噴涂、加工、裝配、檢測(cè)、清潔生產(chǎn)等方面實(shí)現(xiàn)規(guī)模化集成應(yīng)用。

服務(wù)機(jī)器人

重點(diǎn)開發(fā)養(yǎng)老助殘、家政服務(wù)、社會(huì)公共服務(wù)、教育娛樂等消費(fèi)服務(wù)領(lǐng)域的機(jī)器人；重點(diǎn)開發(fā)醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人、空間機(jī)器人、救援機(jī)器人、能源安全機(jī)器人、無人機(jī)等特種機(jī)器人。

新一代機(jī)器人

積極研發(fā)能夠滿足智能制造需求，特別是與小批量定制、個(gè)性化制造、柔性制造相適應(yīng)的，可完成動(dòng)態(tài)、復(fù)雜作業(yè)使命，可以與人類協(xié)同作業(yè)的新一代機(jī)器人。

關(guān)鍵零部件

機(jī)器人專用擺線針輪減速器

傳動(dòng)精度和回差小于1角分，傳動(dòng)效率大于80%，噪音小于75分貝，溫升小于45°C，壽命大于6000小時(shí)，額定輸出轉(zhuǎn)矩100Nm~6000Nm，加速度轉(zhuǎn)矩200Nm~12000Nm，瞬時(shí)加速轉(zhuǎn)矩500Nm~30000Nm。

諧波減速器

傳動(dòng)精度和回差小于1角分，傳動(dòng)效率大于80%，允許最高輸入轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)/分，壽命大于10000小時(shí)，額定輸出轉(zhuǎn)矩4Nm~500Nm，加速度轉(zhuǎn)矩8Nm~1100Nm，瞬時(shí)加速轉(zhuǎn)矩16Nm~2200Nm。

高速高性能機(jī)器人控制器

通訊方式：高速總線接口，控制軸數(shù)為8軸，插補(bǔ)周期小于1毫秒。

伺服驅(qū)動(dòng)器

供電電壓220V~380V，連續(xù)輸出電流1A~50A，過載能力：2倍過載持續(xù)1秒、3倍過載持續(xù)0.5秒、5倍過載持續(xù)0.3秒，空載速度環(huán)帶寬：600Hz以上，通訊方式CAN、EtherCAT、PowerLink總線接口。

高精度機(jī)器人專用伺服電機(jī)

供電電壓220V~380V，功率0.1KW~15KW，過載能力：2倍過載持續(xù)1.5秒、3倍過載持續(xù)0.8秒、5倍過載持續(xù)0.5秒，轉(zhuǎn)速1500rpm~6000rpm，額定輸出扭矩0.32Nm~32Nm，峰值扭矩1.6Nm~160Nm。

傳感器

重點(diǎn)開發(fā)關(guān)節(jié)位置、力矩、視覺、觸覺、光敏、高頻測(cè)量、激光位移等傳感器，滿足國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵共性技術(shù)

整機(jī)技術(shù)

表1 節(jié)選自《〈中國制造2025〉重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖（2015年版）》

以機(jī)器人的系列化設(shè)計(jì)和批量化制造，提高機(jī)器人產(chǎn)品的控制性能、人機(jī)交互性能和可靠性性能，提高機(jī)器人負(fù)載/自重比、人機(jī)協(xié)作安全為目標(biāo)，分階段開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)。

部件技術(shù)

以突破機(jī)器人關(guān)鍵零部件、滿足國內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用，滿足與人協(xié)作型機(jī)器人的關(guān)鍵部件需求，滿足新型機(jī)器人關(guān)鍵部件需求為目標(biāo)，分階段開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)。

集成應(yīng)用技術(shù)

國產(chǎn)焊接機(jī)器人在汽車、工程機(jī)械、船舶、石化、農(nóng)機(jī)等行業(yè)大批量應(yīng)用國產(chǎn)搬運(yùn)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)柔性空制與碰撞檢測(cè)及人機(jī)協(xié)同作業(yè)；整體小型化、靈活化國產(chǎn)搬運(yùn)機(jī)器人在汽車、家電、食品、醫(yī)藥、物流等行業(yè)大批量應(yīng)用國產(chǎn)加工機(jī)器人在航空、汽車、木制品、塑料制品、食品等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量應(yīng)用國產(chǎn)噴涂機(jī)器人在汽車、家具、船舶、航空航天等行業(yè)實(shí)現(xiàn)大批量應(yīng)用國產(chǎn)智能加工機(jī)器人在制造業(yè)實(shí)現(xiàn)打磨、拋光、鉆削、銑削等工序的廣泛應(yīng)用國產(chǎn)噴涂機(jī)器人具備實(shí)時(shí)檢測(cè)、自主規(guī)劃噴涂路徑的能力;能夠?qū)崿F(xiàn)工件的無人化、綠色化涂裝生產(chǎn)國產(chǎn)裝配機(jī)器人在汽車、電氣、電子等行業(yè)市場(chǎng)占有率達(dá)到30%工業(yè)機(jī)器人智能裝配、協(xié)作裝配技術(shù)取得突破；國產(chǎn)裝配機(jī)器人在航空航天、儀器制造等行業(yè)市場(chǎng)占有率達(dá)到60%國產(chǎn)檢測(cè)機(jī)器人在食品、汽車、航空航天等領(lǐng)域大批量應(yīng)用國產(chǎn)檢測(cè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展重點(diǎn)產(chǎn)品國產(chǎn)潔凈機(jī)器人在IC裝備、平板顯示領(lǐng)域國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到70%國產(chǎn)潔凈機(jī)械手及成套潔凈傳輸生產(chǎn)線占國內(nèi)市場(chǎng)的一半以上國產(chǎn)智能焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并批量應(yīng)用家庭服務(wù)機(jī)器人具備家居環(huán)境自主認(rèn)知、自主移動(dòng)、與互聯(lián)網(wǎng)及“智能家電”相結(jié)合、指令語言理解等功能，可代替人從事簡(jiǎn)單家務(wù)勞動(dòng)家庭服務(wù)機(jī)器人具備類人操作、與人共用工具、與人自然交互(語言)等功能智能輪椅、護(hù)理床等養(yǎng)老助殘機(jī)器人化逐步產(chǎn)品化，并實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用家庭服務(wù)機(jī)器人具備移動(dòng)與多功能手臂結(jié)合、靈活安全作業(yè)、自主學(xué)習(xí)、初步自然語言理解等功能，可替人從事比較復(fù)雜的家務(wù)勞動(dòng)多功能手臂與智能輪椅、護(hù)理床等結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)生理信號(hào)監(jiān)測(cè)、初步自然語言理解 , 逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用,可穿戴智能假肢開始實(shí)用化實(shí)現(xiàn)完全可穿戴行為輔助、人意圖理解、與人自然交互等功能、養(yǎng)老肋殘機(jī)器人逐步產(chǎn)業(yè)化服務(wù)機(jī)器人通用機(jī)械臂與多自由度靈巧手術(shù)工具結(jié)合，仿人結(jié)構(gòu)的上肢、下肢、手指康復(fù)機(jī)器人等醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人逐步產(chǎn)品化體內(nèi)手術(shù)工具向軟體、多手指方向發(fā)展、體內(nèi)靶向移動(dòng)、操作機(jī)器人開始臨床應(yīng)用，生機(jī)電融合的康復(fù)機(jī)器人開始臨床應(yīng)用軟體、多手指、體內(nèi)移動(dòng)操作機(jī)器人開始產(chǎn)業(yè)化，醫(yī)療機(jī)器人與醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)相融合、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人向個(gè)性化自主操作發(fā)展無人機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)編程控制、動(dòng)平臺(tái)起降、靜態(tài)環(huán)境適應(yīng)能力，以及小型化、大載荷能力無人機(jī)自主能力進(jìn)一步提高，動(dòng)態(tài)環(huán)境適應(yīng)能力增強(qiáng)，仿生飛行器取得明顯進(jìn)展無人機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)合作，仿生飛行器開始產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用

以提升機(jī)器人任務(wù)重構(gòu)、偏差自適應(yīng)調(diào)整的能力，提高機(jī)器人在人機(jī)共存環(huán)境中完成復(fù)雜任務(wù)的能力，促進(jìn)機(jī)器人融入人類生活為目標(biāo)，分階段開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)。

應(yīng)用示范工程

機(jī)器人關(guān)鍵零部件研制及應(yīng)用示范工程

支持減速器、控制器、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、傳感器等關(guān)鍵零部件的研制及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程

支持工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)、多工業(yè)機(jī)器人協(xié)作技術(shù)及智能工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究，并按照細(xì)分行業(yè)推進(jìn)示范應(yīng)用。

服務(wù)機(jī)器人技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程

重點(diǎn)支持醫(yī)療、康復(fù)、養(yǎng)老、助殘、救援等社會(huì)公共服務(wù)機(jī)器人的研制，創(chuàng)造良好社會(huì)和政策環(huán)境，推進(jìn)國產(chǎn)產(chǎn)品的示范應(yīng)用。

機(jī)器人人才培養(yǎng)示范工程

加強(qiáng)機(jī)器人相關(guān)專業(yè)學(xué)科建設(shè)，加強(qiáng)多學(xué)科交叉整合，加強(qiáng)國際交流與學(xué)習(xí)，加快引進(jìn)海外高端人才，設(shè)立機(jī)器人教學(xué)示范點(diǎn)，培養(yǎng)基礎(chǔ)人才。

戰(zhàn)略支撐和保障

編制機(jī)器人專項(xiàng)規(guī)劃，支持和推動(dòng)機(jī)器人自主創(chuàng)新能力建設(shè)和自主品牌建設(shè)，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有帶動(dòng)性或突出貢獻(xiàn)的企業(yè)或項(xiàng)目給予獎(jiǎng)勵(lì)，落實(shí)《增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力三年行動(dòng)計(jì)劃（2015-2017年）》對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的支持。

建議建立國家機(jī)器人協(xié)同創(chuàng)新中心，開展機(jī)器人共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究。

建立國家機(jī)器人檢測(cè)與評(píng)定中心，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人及其關(guān)鍵零部件性能檢測(cè)能力，及可靠性和安全性能評(píng)價(jià)能力，推廣機(jī)器人評(píng)價(jià)、認(rèn)證體系。

加強(qiáng)機(jī)器人基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和重點(diǎn)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的研究制定，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。