湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展技術路線圖設計*

張紅霞，徐會波，聶晶晶

（武漢商學院機電工程與汽車服務學院，湖北武漢 430056）

湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展技術路線圖設計*

張紅霞，徐會波，聶晶晶

（武漢商學院機電工程與汽車服務學院，湖北武漢 430056）

通過對湖北省工業(yè)機器人優(yōu)勢競爭力的分析，結(jié)合湖北區(qū)域經(jīng)濟特點，設計了湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖；并對工業(yè)機器人關鍵技術和相關企業(yè)優(yōu)勢產(chǎn)品進行了分析研究，設計了湖北省工業(yè)機器人關鍵技術突破路線圖，對湖北地區(qū)工業(yè)機器人技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展節(jié)點及趨勢進行了預測。

工業(yè)機器人；產(chǎn)業(yè)化，技術路線圖

0 引言

我國工業(yè)機器人市場需求旺盛，以每年約30%的速度增長，年需求量在2萬～3萬臺套，大力發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)成為各地政府近幾年的工作重點。工業(yè)機器人的發(fā)展又站在了一個新的起點。隨著我國產(chǎn)業(yè)的逐步轉(zhuǎn)型升級，以工業(yè)機器人為代表的智能裝備將實現(xiàn)爆發(fā)式增長[1-3]。機器人的技術水平不斷提高，應用范圍越來越廣，對機器人的研究具有十分重大的科研價值與實用價值，它可以推動人工智能、計算機圖形學、機械設計及自動控制等相關學科的發(fā)展。

1 技術路線圖

目前，技術路線圖(Technology road mapping)已成為一些發(fā)達國家的技術前瞻、研發(fā)和管理中廣泛應用的一個基本工具。技術路線圖是對某一特定區(qū)域的未來延伸的看法，該看法集中了集體的智慧和最顯著的技術變化的相關專業(yè)人員的看法，一般是采用繪圖的形式表達出來的，形成基于未來經(jīng)濟、社會、科技與環(huán)境綜合判斷之上的技術創(chuàng)新路線圖，可以稱之為政府、產(chǎn)業(yè)和企業(yè)等進行技術創(chuàng)新的作戰(zhàn)地圖、技術發(fā)展路徑圖[4]。本文對湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進行了技術路線圖設計和研究。

2 湖北省機器人行業(yè)優(yōu)勢競爭力分析

湖北是我國重要的制造業(yè)基地，其汽車、船舶、電子等支柱產(chǎn)業(yè)是機器人應用的主要領域。發(fā)展以機器人為代表的智能裝備，實現(xiàn)“制造”向“智造”轉(zhuǎn)變，蘊含對工業(yè)機器人旺盛的需求。近年來，湖北工業(yè)機器人形成了一定的研發(fā)設計、生產(chǎn)制造和集成應用的能力，機器人產(chǎn)業(yè)集群正在醞釀形成，產(chǎn)業(yè)發(fā)展站在了一個新的起點。

湖北機器人研發(fā)實力雄厚，華中科技大學、武漢大學、武漢理工大學、國家數(shù)控系統(tǒng)工程研究中心、數(shù)字制造裝備與技術國家重點實驗室等機構(gòu)均位于武漢，形成工業(yè)機器人強勢研發(fā)系統(tǒng)，科技實力和研發(fā)水平全國領先。武漢光谷有近40家工業(yè)機器人相關企業(yè)，正籌建全國首個工業(yè)機器人孵化器。重點通過一系列措施支持機器人相關企業(yè)和創(chuàng)業(yè)團隊發(fā)展，整合產(chǎn)業(yè)鏈上大中小企業(yè)，推動產(chǎn)業(yè)抱團發(fā)展。湖北具有代表性的幾家企業(yè)優(yōu)勢技術及產(chǎn)品狀況如表1，這幾家企業(yè)各有所長，在機器人三大核心零部件方面有一定的技術優(yōu)勢，有潛力繼續(xù)深入研究，獲得核心技術突破，取代外資品牌。

表1 湖北省工業(yè)機器人代表企業(yè)優(yōu)勢技術及產(chǎn)品狀況

3 湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖

3.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖分析

同國外相比，國內(nèi)關于技術路線圖的研究和應用還比較少，但已經(jīng)開始逐步認識到技術路線圖的科學性和實用性，并探索性地開展了一些研究。2007年，廣東省科技廳對七個產(chǎn)業(yè)進行了技術路線圖的開發(fā)工作，組織制定了龍芯應用技術路線圖、廣東省綠色無鉛產(chǎn)業(yè)技術路線圖等。2011年，上?？茖W研究所開展了上海新興產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略技術路線圖的一系列研究工作，應用技術路線圖對上海十三個新興產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展路線及策略進行了預測研究。

為了進一步加深對我省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認識，本文從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈和技術發(fā)展出發(fā)，通過大量文獻資料和科學數(shù)據(jù)分析研究，分析市場需求、產(chǎn)業(yè)目標、技術難題和研發(fā)需求等，并結(jié)合湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的SWOT分析，研究并繪制出湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖和技術路線圖，為機器人產(chǎn)業(yè)化起到助推作用，圖1為湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線圖。

3.2 工業(yè)機器人技術發(fā)展趨勢分析

由于工業(yè)機器人是機械、計算機、電子、自動控制、人工智能等多個高新技術發(fā)展的綜合集成成果，而傳感技術、工程網(wǎng)絡技術、激光技術等高新技術也被廣泛應用在工業(yè)機器人工作領域，使工業(yè)機器人的應用性價比更高[5]。毫無疑問，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)是湖北地區(qū)高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分。

關鍵技術是制約工業(yè)機器人產(chǎn)品開發(fā)的重要因素，機器人技術正在向智能機器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，未來將從結(jié)構(gòu)模塊化開始，以控制技術為基礎，向PC化、網(wǎng)絡化和多傳感器融合技術方向發(fā)展，再進一步實現(xiàn)機器人智能化。

圖1 湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線圖

3.2.1 減速機

重點研究RV減速機，發(fā)展方向是如何通過對內(nèi)部軸承的配置，材料和熱處理工藝的改進，增加減速機的扭轉(zhuǎn)剛度，最大抗彎彎矩，以及提高在頻繁加減速等惡劣工況下的使用壽命。

圖2 湖北省工業(yè)機器人關鍵技術路線圖

3.2.2 伺服電機和驅(qū)動器

增加驅(qū)動器和電機的瞬時過載能力，增加驅(qū)動器的動態(tài)響應能力，驅(qū)動增加相應的自定義算法接口單元，并且采用通用的高速通訊總線作為通訊接口，進一步提高控制品質(zhì)。簡化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性，并進一步降低成本。

3.2.3 控制器和控制結(jié)構(gòu)

（1）開放性的體系結(jié)構(gòu)

所謂開放性的體系結(jié)構(gòu)，指的是對標準的自動化硬件平臺、標準的操作環(huán)境的機器人和工業(yè)自動化系統(tǒng)實現(xiàn)靈活控制，開發(fā)機器人可用的通用軟件包，可應用到實時伺服控制、智能傳感器、高層人機交互等機器人相關領域。

（2）總線控制方式

在現(xiàn)場總線分布式結(jié)構(gòu)中，把各種開關量、模擬量變成數(shù)字信號，所有總線設備間都采用數(shù)字信號進行通信，既減小了傳輸誤差，又提高了測量精度和控制精度。

（3）智能化和網(wǎng)絡化

智能化和網(wǎng)絡化同樣是發(fā)展趨勢，未來的工業(yè)機器人應該具有視覺，觸覺，具有很強的人機交互能力和學習能力，因此需要控制器具有多傳感器信息融合能力。同時，機器人之間可以任意組成網(wǎng)絡，完成多機器人協(xié)調(diào)控制，進一步提高自動化和智能化程度[6]。

盡管湖北省工業(yè)機器人在某些關鍵技術上有所突破，但還缺乏整體核心技術的突破，特別是在制造工藝與整套裝備方面，缺乏高精密、高速與高效的減速機、伺服電動機、控制器等關鍵部件。圖2為湖北省工業(yè)機器人關鍵技術路線圖，按照技術發(fā)展難易態(tài)勢和時間先后順序描繪出技術路線圖，其中時間節(jié)點為粗略預測。

4 結(jié)束語

通過對湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線和工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)核心技術發(fā)展路線圖的設計，認為湖北省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重點應集中在技術研究與轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)科學調(diào)整上，采取錯位競爭策略，先占領低端市場，大力推廣成熟技術產(chǎn)品，通過逐步提高工業(yè)機器人核心技術競爭力、自主創(chuàng)新，消除惡性競爭，根據(jù)市場變化動態(tài)調(diào)整產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略來帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的健康持續(xù)發(fā)展。

［1］馮宇.珠三角地區(qū)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析與技術路線設計［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2010.

［2］王田苗，陶永.我國工業(yè)機器人技術現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略［J］.機械工程學報，2014（5）：10-13.

［3］傅翠曉.基于技術路線圖的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略制定研究—以上海機器人產(chǎn)業(yè)為例［J］.創(chuàng)新科技，2012（11）：29-31.

［4］李雪鳳，仝允桓，談毅.技術路線圖——一種新型技術管理工具［J］.科學學研究，2004，22（12）：89.

［5］梁一新，劉凱.促進我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略思考［J］.現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，2013（6）：28-33.

［6］柳鵬.我國工業(yè)機器人發(fā)展及趨勢［J］.機器人技術與應用，2012（5）：20-22.

The Technology Roadmap Design of Hubei Industrial Robot Industry Development

ZHANG Hong-xia，XU Hui-bo，NIE Jing-jing
（Department of Mechanical Engineering and Automotive Services，Wuhan Business University，Wuhan430056，China）

Through the analysis of Hubei industrial robot competitive advantage，combined with the characteristic of Hubei regional economy，the roadmap of Hubei industrial robot industry is designed;and the key technology of industrial robot and the advantage products of the related enterprises are analysed and researched.Hubei industry robot breakthroughs in key technologies roadmap is also designed，the nodes and trend of Hubei industrial robot technology development and industrialization development are forecasted.

industrial robot；industrialization development；technology roadmap

TP242.2 F423

A

1009－9492(2015)10－0015－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.004

張紅霞，女，1982年生，湖北孝感人，碩士，講師。研究領域：自動控制。已發(fā)表論文16篇。

(編輯：阮 毅)

*湖北省教育廳科學技術研究項目2015年度課題（編號：B2015384）

2015－07－30