机械工程专题报告

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机器人技术发展报告

据悉，中国机器人产业联盟2013年上半年对我国6家主要机器人企业统计显示，机器人产量和总产值同比增速分别达到68%和67%。2005年至2012年，中国工业机器人销量以年均25%以上的速度高速增长，成为全球增长最快的市场之一。这一增速自2008年之后呈现加快趋势。2011年销售量约22600台，同比增长51%，2012年中国工业机器人销量为26902台，同比增长约20%。2013年中国成为全球最大的机器人市场，2014年约占全球销量的1/4。在市场需求推动下，我国机器人产业迅速发展。

我国机器人产业发展还有很大的潜力。国际上通常用每万名工人机器人拥有量来衡量机器人普及水平。目前，我国每万名工人机器人拥有量为23台，日本、韩国则超过了300台。

机器人技术及应用在未来国际竞争中具有重要战略价值，世界主要国家都出台政策，鼓励发展机器人产业。美国发布了机器人发展路线报告，将机器人与互联网放在同等重要的地位；欧盟启动了全球最大民用机器人研发计划。我国也正制定机器人产业“十三五”发展规划。《中国制造2025》将机器人与高档数控机床列为需大力推动实现突破发展的十大重点领域。

1．机器人产业发展现状

1.1机器人定义与分类

根据美国机器人协会给出的定义：机器人是一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。从应用环境的角度划分，机器人分为工业机器人（industryrobot）和服务机器人（servicerobot）两大类。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力实现各种功能的一种机器，它接受人类指令后，将按照设定的程序执行运动路径和作业，包括焊接、喷涂、组装、采集和放置（例如包装和码垛等）、产品检测和测试等（ISO定义）。

根据国际机器人联合会（InternationalFederationofRobotics，IFR）的定义，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人（不包括从事生产的设备），它能完成有益于人类的服务工作。服务机器人又可分为两类：专用服务机器人（professionalservicerobot）和家用服务机器人（domesticuserobot）。其中，专用服务机器人是在特殊环境下作业的机器人，如水下作业机器人、空间探测机器人、抢险救援机器人、反恐防爆机器人、军用机器人、农业机器人、医疗机器人及其他特殊用途机器人；家用服务机器人是服务于人的机器人，如助老助残机器人、康复机器人、清洁机器人、护理机器人、教育娱乐机器人等。

1.2工业机器人发展现状

在全球工业机器人的研究方面，日本、欧洲处于领先定位，接下来是美国、韩国和中国，但中国目前是国际上最大的机器人应用市场。围绕工业机器人的市场空间、本体、系统应用工艺、减速器核心部件、控制系统等方面进行了对比（从高到低依次分为A、B、C三等），如表1所示。

据IFR统计，2014年全球共销售工业机器人229261台，相比2013年增长41%。亚洲仍然是最大的消费市场；其次是欧洲共销售45600台，增长5%；再次是美洲共销售32600台，增长8%。据IFR预计，到2018年全球销售的工业机器人将平均每年增长15%，销量将增加一倍，数量约400000台。

同时，据IFR最新统计，中国已经成为全球最大的机器人市场。2014年中国、日本、美国、韩国、德国五大市场占全球销售总额的70%。其中，中国共增工业机器人57096台，相比2013年增长了56%。

另据中国机器人产业联盟的统计（图2：来源于IFR），2014年新增加的工业机器人中，有16000台产自中国本土企业，相比2013年高出78%。2014年，外资企业在中国共销售工业机器人41100台，相比2013年增长49%。据IFR预计，到2018年，中国将成为世界上最大和增长最快的机器人市场，超过1/3的全球供应的工业机器人将被安装在中国。虽然工业机器人的应用范围越来越广，但目前在中国，汽车行业还是工业机器人的主要应用领域。

中国一直十分重视机器人技术的发展，通过科学技术部等部委的持续支持，从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出了喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，并形成了一批具有较强机器人科研实力的公司，如沈阳新松机器人自动化股份有限公司在自动导引车（AGV）等方面取得重要市场突破；哈尔滨博实自动化股份有限公司重点在石化等行业的自动包装与码垛机器人方面进行产品开发与产业化推广应用；奇瑞装备有限公司与哈尔滨工业大学合作研制的165kg点焊机器人，已在自动化生产线开始应用，分别用于焊接、搬运等场合，自主研制出中国第一条国产机器人自动化焊接生产线，可实现S11车型左右侧围的生产；广州数控机械加工与上下料工业机器人方面的应用也取得了很好进展。据不完全统计，中国从事机器人相关业务的企业2013年是400多家，2014年达到800多家，其中上市企业2009年1家，2015年多达34家。

总体来看，在焊接、电子等高端制造方面，中国国产工业机器人占6%~7%，与国外差距较大，正在逐步增加份额。但在物流AGV、上下料码垛、涂胶作业、简单机械手等方面，中国国产工业机器人产业化发展迅速，占有率正在突破50%。正如2014年IFR的分析，中国工业机器人产业缺少技术创新，缺乏可以参与国际竞争的骨干企业，规模普遍很小，关键部件品质和品质可靠性落后世界先进水平5~10年。

1.3家用服务机器人发展现状

在全球家用服务机器人方面，世界各国处于同一起跑线，产品形态和功能正在探索和尝试，未来具有巨大的产业发展空间。日本处于领先地位，欧洲、韩国、中国紧随其后。围绕家用服务机器人的市场空间、本体、系统应用工艺、传感器核心部件、控制系统等方面进行了对比（从高到低依次分为A、B、C三等），如表2所示。

据IFR统计，2014年全球家用机器人新增330万台，相比2013年增长了28%，其中娱乐休闲机器人新增130万台，增长40%。在家用服务机器人方面，除家庭和花园机器人助手外，助老助残机器人逐渐成为未来发展的主流，相比2013年的699台，2014年全球共销售4416台。据IFR预计，到2018年全球销售使用的个人服务机器人将达到3500万台，其中家用服务机器人将有2500万台，娱乐休闲机器人900万台。

中国的家用服务机器人在近几年有了很大的发展，但整体处于发展初期，且多是分散式发展。在教育、陪护、无人机、两轮车等方面，国内企业已崭露头角，如深圳市大疆创新科技有限公司的无人机、纳恩博科技有限公司的两轮车等。

总体而言，正如IFR的分析，服务机器人正处在一个分散快速发展阶段，没有形成垄断性企业与格局，在所有从事服务机器人的公司中，有15%以上的公司都是新创立的，这些企业往往以破坏性技术创新或应用牵引商业模式创新快速发展，大部分企业还很年轻，规模也较小，缺乏规律性成熟的经验，但是这些培育、孵化或是创新企业，为新兴经济与产业发展、大企业成长提供了良好的生态环境。

1.4特种服务机器人发展现状

在全球特种服务机器人方面，美国在医疗机器人、军用机器人、特种环境作业机器人等方面处于领先地位，欧洲在医疗机器人方面具有优势，中国在水下机器人方面具有优势，紧接着是日本、韩国。围绕特种服务机器人的市场空间、本体、系统应用工艺、传感器核心部件、控制系统等方面进行了对比（从高到低依次分为A、B、C三等），如表3所示。

据IFR统计，2014年，全球共新增特种服务机器人24207台，相比2013年的21712台，增长了11.5%。如图5（来源于IFR），2014年国防领域新增特种服务机器人11000台，占新增特种服务机器人的45%，其中无人机占据了82%。此外，农业领域新增特种服务机器人5700台，其中5180台为挤奶机器人，占新增特种服务机器人的25%；物流领域新增特种服务机器人2644台，占新增特种服务机器人的7%，同比2013年增长27%。相比2013年，医疗机器人2014年增长率下降了5%，新增1224台，其中手术机器人978台。外骨骼机器人2014年共销售273台，相比2013年的160台增长了80%。据IFR预计，未来特种服务机器人会急速增长，到2018年，将超过15万台，其中最大的市场是国防、农业和物流。

中国的特种机器人在“863计划”的支持下，取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人（如蛟龙号）和空间机器人（如神10），6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大。

总体而言，在特种服务机器人领域，欧洲和美国在水下、农业、医疗等方面处于绝对领先状态，国内水下机器人的研究已经形成了良好优势，医疗外科机器人和反恐救灾机器人也正在大踏步前进。由于这方面的市场需求与规模有限，需要加强探索协同服务新的商业模式，不断完善快速、高品质、安全可靠的工程化产品。

2．近些年机器人产业发展的进展

自国务院发布《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》以来，国内外企业就纷纷瞄准了中国市场，加快开展机器人研发和制造业务。机器人产业基地在政策的扶持下，上海、昆山、唐山、重庆等地方政府纷纷出台相应政策，引进研发和制造企业，争相打造当地机器人产业。与此同时，国内企业的研发步伐也在提速。

上海：2012年机器人产业规模已达60-70亿元，已成为国内最大机器人产业集聚区，abb、发那科、库卡、安川等机器人巨头均已在上海设有总部或基地，国内机器人领军企业--沈阳新松在上海设有子公司，本地企业上海沃迪自动化装备公司在搬运码垛机器人领域国内领先。同时，上海交大、上海大学、上海电气zy研究院等长期从事相关研究，为产业发展积蓄能量。

上海机器人产业园：根据上海机器人产业规划，到2015年上海机器人产业产值力争达到200亿元，2020年达到600亿至800亿元，占全国50%以上份额。据介绍，未来上海将立足机器人产业化和示范应用两个环节，聚焦工业机器人、服务机器人领域，壮大发展机器人本体研发制造，突破精密减速器、伺服电机及驱动器、控制系统等三大核心功能部件，拓展机器人系统集成应用，使上海成为我国最大产业机器人基地、机器人核心技术研发中心、高端制造中心、分服务中心和应用中心。目前宝钢集团、上海电气正积极研究介入机器人产业。

从布局来看，浦东和宝山有可能成为国内最重要的机器人产业园区。位于上海宝山区的上海机器人产业园已正式获批，该园区计划实现机器人为主的智能装备制造产业链集群。该园区到2017年要引进国内外机器人制造相关企业机构600家，计划招商引资额度达到200亿元，力争成为中国智能装备制造业的示范基地。

天津：2012年，滨海新区全年规模以上工业总产值已经突破1.4万亿元，其中工业自动化比例占到了20%左右，这一比例已经超过了发达国家工业自动化产业比重占总产值的8%左右。数控及自动化技术已延伸至滨海新区的航天航空、石油化工、机械加工、精密仪器、电子信息、生物医药、汽车制造、农业养殖等多个支柱产业中。

根据《天津市电子信息产业发展“十二五”规划》，“十二五”时期，天津市将培育发展物联网、信息安全、人工智能、光电子四个战略性新兴领域；支持工业机器人、警用机器人、安全机器人、矿山机器人、水下机器人、医用微创机器人的研发及产业化。到2015年，形成年产各类机器人5000个的生产能力，产业规模达到200亿元。

重庆：2013年4月，重庆市机器人与智能装备产业发展联盟在璧山正式宣告成立。该联盟将成为重庆市主推产业链形成和政企沟通的重要平台，首期吸纳了53家企业。重庆将机器人产业作为重大战略产业加以推进，奋斗目标是成为国内重要的机器人生产基地，到2020年重庆机器人产业规模将能够达到1500亿元。

目前，璧山县已被重庆市确定为特种机器人生产基地。根据规划，通过3年的努力，到“十二五”末，璧山县智能机器人产业将初具规模，智能机器人产业技术处于国内先进水平；到2020年，成为技术水平领先、产业特色突出、国内知名的智能机器人产业制造基地。

昆山：是昆山重点发展的十大特色产业基地之一，2012年获批国家火炬计划特色产业基地。截至2012年，机器人产业基地已吸引华恒、吉阳、柯昆、徕斯、澳昆、高晟等国内外机器人领域的高端企业25家，吸引投资总额超15亿元，2011年实现销售35亿元，2012年实现41亿元。目标到2013年实现产值70亿元，培育产值超亿元企业5家；到2015年形成工业机器人和智能机器人两大类产品完整产业链，建成省级研发机构和工程技术中心20家，年产值200亿元。

徐州：徐州经济技术开发区机器人产业园已初步形成焊接机器人、包装机器人、高空作业机器人等多个系列，目前已入驻的机器人产业企业达20多家，实现年销售收入超10亿元。

根据徐州经济技术开发区机器人产业园发展规划，开发区机器人产业将在工业机器人的基础上，发展服务机器人等新领域。力争通过3至5年，全区机器人产业规模达50亿元左右，10年内增至200亿元至300亿元。为了推动开发区机器人产业的发展，开发区专门每年设立了500万元的政府引导资金，制订了包括所得税优惠，产学研合作以及示范工程等8个方面的产业扶持政策。

常州：位于武进高新区的机器人及智能装备产业园核心规划5003亩，分为科研成果转化基地和智能装备产业生产基地两个部分，重点发展工业机器人、数控机床、智能纺机等，聚集了铭赛机器人、远量机器人、汉迪机器人、新瑞机械、卡尔迈耶、五洋纺机、常矿起重机械等43家企业。2012年，常州机器人及智能装备产业园营收突破255亿元，年复合增长率超过40%。

根据常州机器人及智能装备产业园发展规划，到2015年机器人及智能装备产业园将培育产值超过50亿元的企业1家、产值超过10亿元的企业4家以上；建成具有国际水平的技术创新和服务平台，形成我国“两化融合”示范基地，产业规模力争达到238亿元以上。

唐山：机器人产业作为河北省唐山国家高新区重点发展的战略性新兴产业，培育了一批包括唐山松下、开元等龙头企业。唐山高新区焊接机器人国内市场占有率超过30%，矿用抢险机器人填补国内空白、实现量产。目前产业规模已达到20亿元，主要技术指标均处于国内领先水平。到2015年，全市形成年产值100亿元以上企业1家、10亿元以上企业2家、年产值1亿元以上企业5家、年产值1000万元以上企业20家，建成我国富有特色的“机器人产业基地”。

哈尔滨：2013年以来，哈尔滨经济技术开发区积极开展机器人产业园区建设工作，目前已依托哈南工业新城规划辟建了3平方公里机器人产业园区，一期正在进行15万平方米的起步区建设，可为入区企业提供可直接入驻的标准化厂房、办公场所、配套生活及其他服务设施。目前哈经开区已经与10余家国内外机器人企业达成了合作意向。

在机器人产业园发展上，哈南工业新城将积极构建以企业为主体、政产学研用联合的协同创新机制，立足机器人产业化和示范应用两个环节，面向工业机器人、服务机器人领域，聚焦机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等机器人核心部件、机器人系统集成等重点方向，力争使机器人产业园成为我国北方最大的产业机器人基地、机器人核心技术研发中心、高端制造中心、服务中心和应用中心。

2013年4月，哈经开区正积极与工业和信息化部装备司、省科技厅等有关单位联系，力争实现部、省、市、校四方共建“国家级机器人产业园”。同时，哈经开区筛选出30家国外著名机器人企业、50家国内主要机器人及核心零部件企业，按图索骥，迅速展开机器人产业大招商工作，目前已有德国kuka机器人合资项目、富士康机器人项目、日本安川电机机器人项目、哈尔滨工业大学高性能残疾人假手项目等10余个国内外机器人项目达成合作意向。

青岛：青岛国际机器人产业园位于青岛国家高新区先进装备制造区内，产业园占地1000亩，将重点吸引日本、韩国、欧美以及中国国内的优秀机器人研发制造企业以及配套企业入驻。2013年5月，青岛高新区分别与五个机器人项目进行了集中签约，安川电机、海尔集团、橡胶谷公司、雷霆重工、硕泰科技等一批机器人产业重点项目落户产业园。

青岛国际机器人产业园着力打造我国北方最大的工业机器人产业基地。2012年高新区高端智能装备产业产值达24.7亿元，其中机器人产业产值1.5亿元。

到2023年年底，产业园成长为山东乃至环渤海地区重要的机器人示范园区，以研发设计和应用服务为特色，覆盖整个产业链。

近期(2013年-2015年)：引入机器人相关企业(以工业机器人为主)达30家，主要以整机应用服务类研发、生产企业为主。

中期(2015年-2018年)：继续引入企业达40家，重点培育壮大园区内企业，诞生1家过亿级企业，2-3家超5千万级企业，类型包含整机生产、服务应用以及研发设计。

远期(2018年-2023年)：企业规模超50家，培育3亿元规模以上企业1-2家，1亿元规模以上企业3-4家，上市企业2家，企业类型覆盖全产业链，偏重于研发设计和应用服务。

3．未来发展方向与前景

眼下，信息技术尤其是互联网、人工智能和制造业深度融合，机器人产业正步入“2.0时代”。目前，机器人已经不仅应用在制造业，还进入了人类生活各个领域，各种各样的机器人都全面走向了市场。传统的机器人已经进入到低附加值时代，需要升级换代，新的机器人产品逐渐成熟。

人工智能和互联网技术发展，将为机器人提供强大的"后脑"，提高智能水平。随着材料科学的发展，可以用人造肌肉等制成“软体机器人”；与脑科学结合，可以使机器人的一些行为直接受控于人；与生命科学的结合，将产生类生命机器人。

机器人的广泛应用不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本等方面有着十分重要的意义。机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

随着工业4.0理念的深入及《中国制造2025》的印发，中国的经济与产业正式开始向着精细化发展方式转变。届时，新的需求、新的产品、更高的附加值将会被挖掘、开发及创造。同时，在“大众创业万众创新”的政策引领下，创客，“BtoC”等创新模式将会为新兴经济与产业的开创奠定基础。未来，在《中国制造2025》的直接驱动下，以智能工厂、智能生产、智能物流三大主题为特征的工业4.0理念将逐步深入到国内的大中小企业中，届时新兴的集约型现代工厂、现代制造、现代物流将直接促生迫切的工业机器人需求。同时，随着现代医疗、健康、娱乐等服务业的发展和国防、民生的刚性需求，人们新兴的生活方式将会延伸出无数的服务机器人需求。

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