《机器人产业发展规划(2016-2020年)》解读

《机器人产业发展规划(2016-2020年)》(以下简称《规划》)于2016年4月27日由工信部联合发展改革委、财政部正式印发。《规划》一经发布,就引起了社会各界高度关注和热议。为此,中国机器人产业联盟针对《规划》提出的“两突破”、“三提升”指导思想、总体发展目标、五项主要任务等7个方面组织编写了系列解读,分别登载于《中国机器人产业联盟简讯》2016第二、第三期,以期对社会各界进一步了解《规划》、行业内外把握和贯彻实施《规划》有所帮助。



《机器人产业发展规划(2016-2020年)》(以下简称《规划》)针对我国机器人产业现状及存在问题,明确提出了“十三五”时期发展机器人产业的五项主要任务。“推进重大标志性产品率先突破”作为主要任务之一,提出工业机器人和服务机器人要同步推进,即“推进工业机器人向中高端迈进、促进服务机器人向更广领域发展”,并在工业机器人领域提出重点发展弧焊机器人、真空(洁净)机器人、全自主编程智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重载AGV六大标志性产品;在服务机器人领域提出重点发展消防救援机器人、手术机器人、智能型公共服务机器人、智能护理机器人四大标志性产品。


推进工业机器人向中高端迈进


我国机器人基础领域研究起步并不算晚,上世纪70年代至今,国内各高校及科研院所在多项科技计划、重大工程的支持下开展了大量研究工作,取得了一系列成果,但由于当时的市场发展并不成熟,很多技术研发成果的产业化与应用进展缓慢。


近年来,随着我国工业的转型升级,工业机器人市场需求迎来爆发式增长,2013年,我国工业机器人销量达3.7万台,首次超越日本,成为全球最大的工业机器人市场;2014年以5.7万台的销量再次位居世界第一位,约占全球销量的1/4。持续升温的市场吸引了越来越多的企业进入工业机器人研制和生产行列,我国自主品牌机器人产业化能力逐渐增强。根据中国机器人产业联盟(CRIA)最新统计,2015年我国自主品牌工业机器人销量达到2.2万台,实际销量比上年增长31.3%,延续增长态势。


虽然近几年我国工业机器人相关技术取得了长足进步,但与美、日、德等国相比仍有一定差距。从近期工信部对全国机器人产业进行的摸底调查情况来看,在超过200家工业机器人本体制造企业中,大部分企业以组装和代加工为主,产品主要集中在三轴、四轴的中低端机器人,高端产品依赖进口。


为防止高端产业低端化,“十三五”期间,我国机器人产业应面向重点领域,针对实际需求,攻克工业机器人关键技术,提升可操作性和可维护性,重点发展弧焊机器人、真空(洁净)机器人、全自主编程智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重载AGV等产品,引导我国工业机器人产品结构向中高端发展。


1
弧焊机器人

弧焊机器人是一种可以完成高难度焊接工作的机器人,是焊接机器人的“主力军”,通常弧焊机器人具有六个及以上自由度,可以保证焊枪的任意空间轨迹和姿态,具有可长期进行焊接作业、保证焊接作业的高生产率、高质量和高稳定性等特点。


弧焊机器人由示教盒、控制盒、机器人本体及自动送丝装置、焊接电源等部分组成,可以在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制,可以利用直线插补和圆弧插补功能焊接由直线及圆弧所组成的空间焊缝。目前,弧焊机器人已广泛应用于汽车零部件及配件制造业,未来在船舶制造、工程机械、冶金设备、铁路车辆、压力容器制造等领域将有广阔应用市场。


“十三五”时期,要重点突破焊缝轨迹电弧跟踪、高压接触感知、焊缝坡口宽度电弧跟踪等关键技术,不断提升我国弧焊机器人质量与性能。


2
真空(洁净)机器人

真空(洁净)机器人是在特殊环境下工作的机器人。在真空环境下工作的机器人称为真空机器人,主要应用于半导体工业中,实现晶圆在真空腔室内的传输。


洁净机器人是一种工作在洁净环境中,用于完成特定任务的机器人,被广泛应用于半导体、平板显示、LED、太阳能、医药、以及食品加工与包装等多行业领域。这些行业的生产具有加工超精密化、超洁净环境的特点,对于机器人产品在控制精度、运动平滑度以及材料洁净度等方面提出了很高的要求。


“十三五”时期,真空(洁净)机器人要加快核心技术研发与突破,实现真空环境下传动润滑、直驱控制、动态偏差检验与校正及碰撞检测与保护等关键技术的应用。


3
全自主编程智能工业机器人

机器人是可编程的机械装置,其功能的灵活性和智能性很大程度上决定于机器人的编程能力。全自主编程智能工业机器人针对一般工业领域产品品种多,工件尺寸一致性差造成的机器人应用换产效率低,编程复杂,使用门槛高等问题,通过视觉等外部传感器,结合针对特定行业的工艺专家系统,自动完成工件形状扫描,定位和工艺参数自动生成,使得整个机器人编程和作业过程实现无人化和自主化。


全自主编程智能工业机器人可以大幅降低不具备编程经验和编程能力的最终用户机器人使用门槛,实现机器人傻瓜化作业。


“十三五”时期,全自主编程智能工业机器人实现快速发展的核心是要突破基于外部传感器的机器人自动轨迹规划和基于行业应用知识图谱并具有自主学习和更新能力的工艺专家系统搭建。


4
人机协作机器人

人机协作机器人是指能够直接和人一起并肩工作而无需使用安全围栏进行隔离的机器人,它可以实时感知甚至预测作业过程中与人体的接触,并能迅速规避以免伤害,还可以引导或辅助人实现特定作业任务,如果人类在工作过程中出现偏差或误操作,机器人将具备感知这一行为并及时纠正的能力。


人机协作机器人适用于柔性、灵活度和精准度要求较高的行业,如电子、医药、精密仪器等行业,可以满足更多工业生产中的操作需求。


“十三五”时期,人机协作机器人要重点攻克驱控一体化关节技术、系统安全技术,本质安全技术、力控技术、形式化安全验证技术、新一代人机交互技术等关键技术,实现真正意义上的人机合作。


5
双臂机器人

双臂机器人是相对于单臂机器人而言的,双臂机器人的双臂之间存在依赖关系,它们分享使用传感数据,双臂之间通过一个共同的联接形成物理耦合,一个机械臂可以对于另一个机械臂的反应做出对应的动作、轨迹规划和决策。


双臂机器人就如同人类的双手,仅仅需要一个控制器,就可以使双臂动作达到同步协调、运动轨迹灵活的目的,因而拥有高弹性的操作空间,更能够有效克服生产线上多个单臂机器人容易产生彼此干涉、碰撞的问题。正由于双臂机器人独立性较高,不需要生产线上独立的工具与之配合,所以在生产线变动的时候,仅需要更换双臂机器人手臂末端的夹具即可,具有极高的灵活性。双臂机器人尤其适用于3C电子行业的零部件组装,少量、多样性、定制化的生产已成为当前3C产品生产线的发展趋势。


“十三五”时期要重点研究和提升冗余度机器人关键算法、安全控制技术、双臂协作技术和传动技术等关键技术,实现双臂机器人的灵巧作业。


6
重载AGV

AGV是一种无人驾驶的激光导引运输车,AGV系统涉及机械、电子、光学、计算机等多个领域,广泛应用于自动化物流系统中,AGV是当今柔性制造系统和自动化仓储系统中物流运输的有效手段。


重载AGV主要应用于仓储、制造、港口、机场、危险环境、特种行业等场所,可提高重载领域物流自动化水平,减轻人的劳动强度,对提高生产效率,缩短物流周期,加速资金周转,提高经济效益都具有重要的现实意义。


“十三五”期间,要重点发展具备全轮驱动、激光防碰、车身可自举升、负载能力强、速度快、车程远、运动灵活的重载AGV产品。


促进服务机器人向更广领域发展


我国对服务机器人的研究始于20世纪90年代中后期。近年来,在国家“863”计划等多项政策的支持下,我国“服务机器人军团”不断壮大:骨科机器人、胶囊机器人等医疗机器人已经在一些大中型城市的医院开展常规临床应用;清洁机器人以每年倍增的速度在普及,烹饪机器人实现小规模量产,家庭娱乐用无人机在国内越来越受到欢迎,两轮平衡车性价比明显提高并逐渐被国内用户所接受;在水下、航天、极地科考、国防等领域,国内企业生产的部分型号仿人机器人已实现应用。


但总体来看,我国服务机器人研究与市场化生产运作仍处于初级阶段,与日本、美国、德国、韩国等发达国家差距较大。在仿生材料与复杂构件一体化设计制造技术、生物传感器技术、智能识别与感知技术、不确定环境下动力学建模与控制技术等前沿技术研究方面较为落后,概念性产品较多、产业化产品偏少,多数功能处于研发或实验室阶段。


现阶段,我国服务机器人发展正面临新的形势:


1
在助老、助残、医疗等方面的社会需求,如何使机器人为越来越多的老年人及残障人士提供更高质量的护理和陪伴,使现代医疗手段更加精准、高效、安全,并更好地解决医疗资源稀缺、医疗水平不均衡等社会问题;


2
在应对自然灾害、重大生产灾难、社会公共安全压力以及科考、国防等国家重大需要方面,如何使机器人完成更多更艰巨的任务,提高救援效率、减少人员伤亡以及满足科考、国防特殊需求;


3
在个人、家庭和公共服务等领域,满足人们在教育、智能家居、娱乐和更好的服务等方面消费需求,不断提高人们生活水平。


十三五”期间,我国服务机器人产业应围绕上述社会、国家和市场需求的重点,牢牢把握新一轮科技革命的契机,积极探索新的商业模式,以消防救援机器人、手术机器人、智能型公共服务机器人、智能护理机器人等标志性产品为突破口,推进专业服务机器人实现系列化,推动个人/家庭服务机器人实现商品化。


1
消防救援机器人

消防救援机器人具有可靠的侦察和救援功能,以及良好的机动性能,对化学、生物、放射性等危险物的生产、运输、储存和使用场所的灾害预防,对有毒有害化学物品泄露、易坍塌等灾害现场的侦察和处置、易爆物品的搬运、障碍物的清除、遇难人员的抢救等工作起到重要作用,可代替人员完成搜索、灾情探测定位、定点抛投、排障、灭火和救援等危险性任务。


“十三五”时期,要重点突破移动机构、探测技术、多传感器信息融合技术、导航和定位技术、自适应控制技术、仿生技术等关键技术,本着先易后难、边研制边推广、循序渐进的原则发展消防救援机器人。


2
手术机器人

手术机器人也可称为机器人手术系统,是世界微创外科领域的革命性外科手术工具,主要由控制台和操作臂组成,控制台由计算机系统、手术操作监视器、机器人控制监视器、操作手柄和输入输出设备等组成。


手术时,外科医生可坐在远离手术台的控制台前,根据摄像机拍摄的图像,手控操作杆,手部动作传达到机械臂的尖端,完成手术操作,从而增加操作的精确性和平稳性。


“十三五”时期,要重点攻克柔性手术执行器设计制造、柔性手术执行器遥操作核心算法、手术系统故障检测和自恢复技术、力反馈技术、现场精度校准技术、人体扫描与关键点双模式图像注册技术、4D CT成像与柔性配准技术等关键技术,提升自主品牌手术机器人的精度和可靠性。


3
智能型公共服务机器人

公共服务机器人的范围较为广泛,只要能够为公众提供服务的机器人都属于公共服务机器人。如,迎宾机器人、接待机器人、导游机器人、导购机器人、咨询机器人、保安巡逻机器人、送餐机器人、自动加油机器人等。


目前,多数公共服务机器人的功能都较为单一,智能化程度不高。随着机器人技术的进一步发展,在未来将会有越来越多的公共服务机器人进入我们的日常生活。


“十三五”时期,在智能型公共服务机器人领域要着力研究和提升多机器人协调调度技术、环境建模与定位技术、自主导航技术、自主充电技术、智能人机交互技术等关键技术,不断满足我国社会公众对机器人提供公共服务的新需求。


4
智能护理机器人

护理机器人是为了更好的照顾老人、残疾人和行动不便人群的起居生活而研制的机器人。一些智能程度相对较高的护理机器人不仅具有视觉、听觉、嗅觉等能力,而且还能背起人,同人进行交流。


随着我国人口老龄化的趋势越来越明显,2015年,我国60岁以上人口已达到2.22亿,预计到2025年,60岁以上老龄人口将达到3亿。此外,残疾人群也很庞大,预计到2025年,残疾人口将占到人口总数的6.34%,有残疾人的家庭涉及到2.6亿家庭人口。这将对护理机器人产生巨大需求。


“十三五”时期,应重点发展智能轮椅、护理床、洗浴机器人、按摩机器人、康复训练机器人、移动监控机器人、陪护机器人等智能护理机器人,特别是面向老人照护需求,发展具有智能感知识别、自主移动等能力,可与用户进行交流的机器人产品。


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