□文/國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會

《中國制造2025》機器人領(lǐng)域技術(shù)路線圖

□文/國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會

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

機器人是一種半自主或全自主工作的機器，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。機器人包括在制造環(huán)境下應(yīng)用的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下應(yīng)用的服務(wù)機器人兩大類。其中，服務(wù)機器人根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同又分為應(yīng)用于家庭或直接服務(wù)于人的個人/家用服務(wù)機器人和應(yīng)用于特殊環(huán)境的專業(yè)服務(wù)機器人。

需求

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

目標

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

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

發(fā)展重點

重點產(chǎn)品

工業(yè)機器人

實現(xiàn)多關(guān)節(jié)工業(yè)機器人、并聯(lián)機器人、移動機器人的本體開發(fā)及批量生產(chǎn)，使國產(chǎn)工業(yè)機器人在焊接、搬運、噴涂、加工、裝配、檢測、清潔生產(chǎn)等方面實現(xiàn)規(guī)?；蓱?yīng)用。

服務(wù)機器人

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

新一代機器人

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

關(guān)鍵零部件

機器人專用擺線針輪減速器

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

諧波減速器

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

高速高性能機器人控制器

通訊方式：高速總線接口，控制軸數(shù)為8軸，插補周期小于1毫秒。

伺服驅(qū)動器

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。

高精度機器人專用伺服電機

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

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

關(guān)鍵共性技術(shù)

整機技術(shù)

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

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

部件技術(shù)

以突破機器人關(guān)鍵零部件、滿足國內(nèi)市場應(yīng)用，滿足與人協(xié)作型機器人的關(guān)鍵部件需求，滿足新型機器人關(guān)鍵部件需求為目標，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)焊接機器人在汽車、工程機械、船舶、石化、農(nóng)機等行業(yè)大批量應(yīng)用國產(chǎn)搬運機器人實現(xiàn)柔性空制與碰撞檢測及人機協(xié)同作業(yè)；整體小型化、靈活化國產(chǎn)搬運機器人在汽車、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)噴涂機器人在汽車、家具、船舶、航空航天等行業(yè)實現(xiàn)大批量應(yīng)用國產(chǎn)智能加工機器人在制造業(yè)實現(xiàn)打磨、拋光、鉆削、銑削等工序的廣泛應(yīng)用國產(chǎn)噴涂機器人具備實時檢測、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)裝配機器人在汽車、電氣、電子等行業(yè)市場占有率達到30%工業(yè)機器人智能裝配、協(xié)作裝配技術(shù)取得突破；國產(chǎn)裝配機器人在航空航天、儀器制造等行業(yè)市場占有率達到60%國產(chǎn)檢測機器人在食品、汽車、航空航天等領(lǐng)域大批量應(yīng)用國產(chǎn)檢測機器人應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓展重點產(chǎn)品國產(chǎn)潔凈機器人在IC裝備、平板顯示領(lǐng)域國內(nèi)市場占有率達到70%國產(chǎn)潔凈機械手及成套潔凈傳輸生產(chǎn)線占國內(nèi)市場的一半以上國產(chǎn)智能焊接機器人實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并批量應(yīng)用家庭服務(wù)機器人具備家居環(huán)境自主認知、自主移動、與互聯(lián)網(wǎng)及“智能家電”相結(jié)合、指令語言理解等功能，可代替人從事簡單家務(wù)勞動家庭服務(wù)機器人具備類人操作、與人共用工具、與人自然交互(語言)等功能智能輪椅、護理床等養(yǎng)老助殘機器人化逐步產(chǎn)品化，并實現(xiàn)示范應(yīng)用家庭服務(wù)機器人具備移動與多功能手臂結(jié)合、靈活安全作業(yè)、自主學習、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)勞動多功能手臂與智能輪椅、護理床等結(jié)合，可實現(xiàn)生理信號監(jiān)測、初步自然語言理解 , 逐步實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用,可穿戴智能假肢開始實用化實現(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)老肋殘機器人逐步產(chǎn)業(yè)化服務(wù)機器人通用機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)機器人等醫(yī)療康復(fù)機器人逐步產(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、操作機器人開始臨床應(yīng)用，生機電融合的康復(fù)機器人開始臨床應(yīng)用軟體、多手指、體內(nèi)移動操作機器人開始產(chǎn)業(yè)化，醫(yī)療機器人與醫(yī)學影像系統(tǒng)相融合、醫(yī)療康復(fù)機器人向個性化自主操作發(fā)展無人機實現(xiàn)預(yù)編程控制、動平臺起降、靜態(tài)環(huán)境適應(yīng)能力，以及小型化、大載荷能力無人機自主能力進一步提高，動態(tài)環(huán)境適應(yīng)能力增強，仿生飛行器取得明顯進展無人機環(huán)境適應(yīng)能力進一步增強，可實現(xiàn)多機合作，仿生飛行器開始產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用

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

應(yīng)用示范工程

機器人關(guān)鍵零部件研制及應(yīng)用示范工程

支持減速器、控制器、伺服電機及驅(qū)動器、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)機器人核心技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程

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

服務(wù)機器人技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程

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

機器人人才培養(yǎng)示范工程

加強機器人相關(guān)專業(yè)學科建設(shè)，加強多學科交叉整合，加強國際交流與學習，加快引進海外高端人才，設(shè)立機器人教學示范點，培養(yǎng)基礎(chǔ)人才。

戰(zhàn)略支撐和保障

編制機器人專項規(guī)劃，支持和推動機器人自主創(chuàng)新能力建設(shè)和自主品牌建設(shè)，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有帶動性或突出貢獻的企業(yè)或項目給予獎勵，落實《增強制造業(yè)核心競爭力三年行動計劃（2015-2017年）》對工業(yè)機器人關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目的支持。

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

建立國家機器人檢測與評定中心，實現(xiàn)機器人及其關(guān)鍵零部件性能檢測能力，及可靠性和安全性能評價能力，推廣機器人評價、認證體系。

加強機器人基礎(chǔ)共性標準、關(guān)鍵技術(shù)標準和重點應(yīng)用標準的研究制定，積極參與國際標準化工作。