對我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考

蔡鶴皋

（哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所 機器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室 哈爾濱 150080）

對我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考

蔡鶴皋

（哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所 機器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室 哈爾濱 150080）

機器人技術(shù)是二十一世紀世界科學技術(shù)發(fā)展的一個熱點，應用領(lǐng)域不斷擴大，智能化水平進一步提高。我國已成為世界上最大的機器人需求市場，我們應抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，加速中國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

機器人；產(chǎn)業(yè)發(fā)展；工業(yè)機器人；服務機器人；特種機器人

1 引 言

機器人技術(shù)已成為二十一世紀世界科學技術(shù)發(fā)展的一個熱點。機械、電子、計算機、自動控制、傳感器、網(wǎng)絡(luò)和通訊等相關(guān)科學技術(shù)的快速進步，為機器人的發(fā)展提供了非常強大的理論和技術(shù)支撐。目前，機器人已經(jīng)沖破工業(yè)應用領(lǐng)域，其應用范圍日益擴展，并且智能化程度越來越高，工業(yè)機器人、服務機器人和特種機器人正加快腳步走進人類社會的方方面面。機器人技術(shù)已經(jīng)駛進發(fā)展的快車道，對人類社會的進步和生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生深遠影響。

2 各類機器人的發(fā)展

工業(yè)機器人成為推動傳統(tǒng)制造業(yè)向數(shù)字化、智能化改造升級的重要技術(shù)。制造業(yè)是一個國家競爭力的重要標志，是國民經(jīng)濟實體的重要組成部分。2010 年，我國的制造業(yè)總產(chǎn)值已經(jīng)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(yè)的生產(chǎn)手段落后，很多工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，技術(shù)含量和產(chǎn)品附加值較低。隨著我國適齡勞動力人口數(shù)量的下降和勞動力成本的提高，人口紅利優(yōu)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(zhàn)。我國必須加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進從勞動密集型模式向信息化、自動化生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。目前，我國工業(yè)發(fā)展已進入升級轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，要通過產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型提高我國制造業(yè)的技術(shù)水平，將我國從一個制造大國建設(shè)成為一個制造強國，這是關(guān)系到國家生死存亡的大事。工業(yè)機器人作為高端制造裝備的重要組成部分，具有明顯的產(chǎn)業(yè)特征，工業(yè)機器人是制造業(yè)實現(xiàn)數(shù)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(yè)由密集型手工作業(yè)向信息化、自動化方向升級，是提升制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量和競爭力的重要路徑，工業(yè)機器人向數(shù)字化、智能化發(fā)展必將促進我國第三次工業(yè)革命的到來。

服務機器人技術(shù)是服務民生科技與老齡化社會的重要技術(shù)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(fā)展的突出問題，推動以家政服務、助老、助殘和醫(yī)療機器人等為代表的民生科技快速發(fā)展迫在眉睫?！秶抑虚L期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》明確將服務機器人作為未來優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略高技術(shù)。2013 年我國 60 歲以上老齡人口數(shù)量達到 2.02 億，老齡化水平達到14.8%，其中失能老人超過 4 000 萬人，老年撫養(yǎng)比達到 21.58%。我國獨有的家庭結(jié)構(gòu)使傳統(tǒng)家庭養(yǎng)老方式面臨嚴峻挑戰(zhàn)，社會養(yǎng)老壓力加大，已成為舉國上下關(guān)注的社會問題。同時，我國殘疾人總數(shù)已達到 8 296 萬，發(fā)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(fā)展水平的重要標志之一。我國城鄉(xiāng)發(fā)展水平差距巨大，造成社會服務水平地域差距明顯，以醫(yī)療資源為例，東部地區(qū)與中西部地區(qū)相比，人均資源占有量相差 3～5倍，將機器人技術(shù)融入醫(yī)療事業(yè)，開展以遠程會診、遠程治療為代表的新型醫(yī)療模式研究，實現(xiàn)醫(yī)療資源共享，成為提高落后、邊遠地區(qū)醫(yī)療水平，保障人民健康的重要舉措。發(fā)展以家政服務、助老、助殘和醫(yī)療為代表的服務機器人產(chǎn)業(yè)，可以有效緩解老齡殘障人群的社會服務壓力、推動民生科技快速發(fā)展，是實現(xiàn)科技成果惠及民生的重要戰(zhàn)略舉措。

特種機器人技術(shù)成為國家戰(zhàn)略資源勘探、公共安全與災難救援的不可替代的技術(shù)手段，成為全面融入國計民生的重要支撐技術(shù)。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(fā)生的破壞性地震占全球 1/3，2008 年汶川地震造成直接經(jīng)濟損失超 8 000 億元；此外，我國正處于生產(chǎn)安全事故的高發(fā)期，屢屢發(fā)生的重特大事故更具突發(fā)性、災難性和社會危害性，我國每年因各類事故造成的經(jīng)濟損失達 2 000 億元以上，約占 GDP 的 2%。災后應急處理救援的復雜性和技術(shù)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(shù)的發(fā)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(nèi)外極端勢力制造的各種恐怖事件時有發(fā)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(zhuǎn)移成為一個亟待解決的問題，促使反恐防暴機器人迅猛發(fā)展。近年來國際上發(fā)生的局部戰(zhàn)爭突顯出未來戰(zhàn)爭的模式，以無人機、無人作戰(zhàn)機器人為代表的偵查、作戰(zhàn)軍用機器人技術(shù)在伊拉克戰(zhàn)場上得到了充分展示，這種新的未來戰(zhàn)爭模式推動世界各國大力發(fā)展軍用機器人的研究?？梢姡罅Πl(fā)展應急處理機器人裝備，減少各類災害、重大生產(chǎn)事故、恐怖事件等造成的重大人員傷害和經(jīng)濟損失，保持社會穩(wěn)定成為亟待解決的任務。

在關(guān)乎國家經(jīng)濟、科技、國防、社會等發(fā)展戰(zhàn)略的多項重大科技專項/工程的實施中，機器人發(fā)揮著不可替代的重要作用，引發(fā)該領(lǐng)域新一輪的全球競爭。在 16 個國家科技重大專項中，多數(shù)涉及到極端作業(yè)性能（重載、高速、高加速度、高精度等）或極端作業(yè)環(huán)境（真空、微重力、高低溫、核輻射、水下等），對極端作業(yè)機器人發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，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(guān)乎國家發(fā)展戰(zhàn)略的海洋、極地、新能源等的重大科技發(fā)展戰(zhàn)略中，如海底（油氣、可燃冰、礦產(chǎn)等）資源機器人化開采裝備亟待突破；機器人遠程操作技術(shù)被列為國際磁約束核聚變（ITER）專項的核心技術(shù)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(shù)實力的一個綜合展現(xiàn)等，機器人技術(shù)有效支撐了國家重大專項/工程的順利實施，發(fā)揮著不可替代的作用。

3 當代機器人技術(shù)發(fā)展的特點與趨勢

當前，機器人技術(shù)的發(fā)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(fā)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(fā)展趨勢，在復雜、未知非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的環(huán)境感知和認知、自主決策和行為控制成為智能機器人發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。與人共融是新一代機器人的共性特征。傳統(tǒng)工業(yè)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(nèi)，協(xié)調(diào)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(xiàn)機器人與人的交互共融，需要解決環(huán)境理解、智能控制、行為安全和人機交互等問題。其中，環(huán)境理解問題包括機器人對自然、不可預知和復雜動態(tài)環(huán)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(shù)；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(shù)。

4 中國的機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

我國已成為世界最大的機器人需求市場，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景巨大，這為我國機器人產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的機遇和發(fā)展原動力。據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計，我國每年新增進口工業(yè)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(nèi)工業(yè)機器人 10% 的增長速度，2012 年我國工業(yè)機器人裝機量新增 2.3 萬臺，已經(jīng)成為世界最大的工業(yè)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(chǎn)業(yè)工人所擁有的工業(yè)機器人數(shù)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(yè)自動化程度距制造業(yè)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(fā)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(chǎn)值達 2 500 億元，帶動配套系統(tǒng)產(chǎn)值將超過 7 500 億元，支撐成套系統(tǒng)的產(chǎn)值將高達約 2.5 萬億元。服務機器人正在成為機器人領(lǐng)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(chǎn)值將達到 2 000 億元，醫(yī)療、助老助殘、娛樂等服務機器人產(chǎn)值將達到 6 000 億元。特殊環(huán)境服役機器人是一個重要的產(chǎn)業(yè)方向，僅以水下機器人為例，2020 年我國水下作業(yè)機器人產(chǎn)品將達到 300 臺套，基本滿足我國海洋資源開發(fā)的需要，直接形成 100 億～200 億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。中國特定的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、社會需求將產(chǎn)生與之相適應的機器人需求結(jié)構(gòu)，為我國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了巨大市場機遇，成為我國機器人產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的原動力。

我國在 20 世紀 80 年代將機器人技術(shù)列入國家科技發(fā)展計劃，30 多年來，已經(jīng)形成了一支具有較強創(chuàng)新能力的機器人研發(fā)隊伍。在工業(yè)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(shù)上中國已具備生產(chǎn)工業(yè)機器人的能力：（1）成功研制出全系列工業(yè)機器人產(chǎn)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(yè)機器人，中國多家企業(yè)具備了一定規(guī)?；纳a(chǎn)能力，并進行了小批量生產(chǎn)；（2）中國工業(yè)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(shù)控機床上下料、碼垛和搬運等工業(yè)領(lǐng)域；（3）中國工業(yè)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(chǔ)部件的性能指標達到國外同類水平，形成小批量生產(chǎn)能力，并在多個型號中國工業(yè)機器人中得到初步應用。我國制造的數(shù)百臺工業(yè)機器人已經(jīng)用于汽車工業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)中。目前中國具有四百多家工業(yè)機器人制造企業(yè)和系統(tǒng)集成企業(yè)，其中 88% 是系統(tǒng)集成企業(yè)。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(yè)。

5 抓機遇迎挑戰(zhàn)加速中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展

對于中國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我認為應該注意以下幾個方面。

（1）中國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要遵循市場為導向的原則。中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)要走向成功，就一定要從中國機器人市場需求出發(fā)，深入調(diào)查研究，只要產(chǎn)品對路，產(chǎn)品具有性價比優(yōu)勢，就可以贏得用戶支持，逐步擴大市場，將工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)逐漸做大做強。雖然在汽車行業(yè)和電子行業(yè)，國外幾家機器人廠家已經(jīng)占領(lǐng)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(yè)，這些企業(yè)對工業(yè)機器人的需求迫切，存在大面積的工業(yè)機器人應用的空白區(qū)。中國制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求量大、面廣，這為我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)提供了一個非常大的發(fā)展空間。

（2）中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)要通過技術(shù)創(chuàng)新走出一條新路?；A(chǔ)部件是制約我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸技術(shù)，目前我國的機器人關(guān)鍵基礎(chǔ)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(chǎn)機器人產(chǎn)品的生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)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(guān)鍵基礎(chǔ)部件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)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(huán)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(gòu)和順應控制功能，特種機器人要求機器人具備在極端作業(yè)環(huán)境下的適應能力，這些都可能成為技術(shù)創(chuàng)新的方向。目前正處在一個信息時代，我們應該強化創(chuàng)新驅(qū)動，通過在機器人示教、柔順、跟蹤、網(wǎng)絡(luò)、感知、智能等方面的技術(shù)創(chuàng)新，提高機器人的智能化水平和作業(yè)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(chǎn)學研用結(jié)合，整合創(chuàng)新資源，促進機器人產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。中國工業(yè)機器人已經(jīng)由研究階段進入到產(chǎn)業(yè)和應用階段，在這一階段，應以企業(yè)為主導，通過官產(chǎn)學研用結(jié)合，大力推進中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。政府應做好頂層設(shè)計和政策引導，制定有利于發(fā)展工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)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(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和名牌企業(yè)。調(diào)動廣大產(chǎn)業(yè)界和科技界人士的積極性，實現(xiàn)我國機器人產(chǎn)業(yè)的有序和可持續(xù)發(fā)展。

Reflections on the Development of Robot Industry in China

CAI Hegao
（ Robotics Institute and State Key Laboratory for Robotics and System of Harbin Institute of Technology， Harbin 150080， China ）

Robotics is a focus of the science and technology development in the 21st century. Robots are employed in more and more fields， with the rapid progress of their intelligence level. Since China has become the largest market of robots in the world， we should seize the opportunity， get ready to the challenge and accelerate the development of China's robot industry.

robot； industry development； industrial robot； service robot； special robot

TP 242

A

2015-04-22

2015-05-04

蔡鶴皋，中國工程院院士，教授，研究方向為機電一體化和機器人技術(shù)，E-mail： hgcai@hit.edu.cn。