從制造業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用需求和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來看,未來工業(yè)機(jī) 器人必然向具備良好的安全性、靈活性和易用性，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作等方向發(fā)展。與大 數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)相融合，將成為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要方向。同時(shí)也將帶動(dòng)如工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)和機(jī)器人示教器等上下游裝備產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。
一、工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，技術(shù)方面
1 .人機(jī)交互與協(xié)作技術(shù)
人機(jī)交互技術(shù)是能夠使人類與機(jī)器人一起工作的技術(shù)。為突破當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人只 能利用專用設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互的局限，必須大力發(fā)展人機(jī)交互技術(shù)、安全合作技術(shù)， 需要研究并設(shè)計(jì)各種智能人機(jī)接口，如多語種語言、自然語言理解、圖像、手寫識(shí)別 等，提高人與工業(yè)機(jī)器人交互的和諧性。重點(diǎn)研究"多模態(tài)人-機(jī)自然交互方法與技 術(shù)”，具體包括：非編程的、人-機(jī)器人直接示教技術(shù)，基于語音指令集及機(jī)器人自主識(shí)別的語音交互技術(shù)，基于手勢(shì)/姿態(tài)指令集及機(jī)器人自主識(shí)別的視覺交互技術(shù)，生-機(jī)-電融合交互技術(shù)，以及人機(jī)多層次指令融合技術(shù)等。
2.多機(jī)器人智能協(xié)作技術(shù)
隨著機(jī)器人技術(shù)、智能化控制技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，以及全球范圍內(nèi)勞動(dòng)力成本的攀升和巨大的生產(chǎn)需求的出現(xiàn)，新一代工業(yè)機(jī)器人的研制成為行業(yè)熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)獨(dú)立工作機(jī)器人和簡(jiǎn)單作業(yè)系統(tǒng)相比，未來工業(yè)機(jī)器人具有網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、智能化和協(xié)作式工作特點(diǎn)。通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、多機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)、智能優(yōu)化和協(xié)同技術(shù)完成復(fù)雜大型任務(wù)的多機(jī)器人智能協(xié)作。其中，網(wǎng)絡(luò)化將在總線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)基礎(chǔ)上融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G和5G移動(dòng)通信技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層、操作層和管理層的無縫連接；智能化是指融合3D感知技術(shù)、多傳感器融合技 術(shù)、智能伺服控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境任務(wù)操作的智能化和簡(jiǎn)單化。
3.微納機(jī)器人技術(shù)
微納機(jī)器人包含面向微納操作目標(biāo)的微納操作機(jī)器人和本體為微納尺度的微納米型機(jī)器人兩大類。在制造領(lǐng)域，如何發(fā)揮微納米機(jī)器人在微觀世界中的作用是機(jī)器人技術(shù)由宏觀向微觀發(fā)展的新方向。針對(duì)納米觀測(cè)、納米制造中的關(guān)鍵科學(xué)問題，重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人本體尺寸在微米級(jí)到納米級(jí)的微納米機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其在狹小空間的無線供能、精確運(yùn)動(dòng)控制以及對(duì)納米材料的抓取和定點(diǎn)放置功能。面向規(guī)模化納米制 造，發(fā)展多納米機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制及規(guī)�；⒆詣�(dòng)化納米裝配制造方法，為從分子到 宏觀物體的跨尺度制造提供技術(shù)方案。
4.機(jī)器人云技術(shù)
當(dāng)前市場(chǎng)主流的單體機(jī)器人的存儲(chǔ)和計(jì)算能力都僅限于本機(jī)，而智能化則要求更多的知識(shí)存儲(chǔ)、檢索以及推理計(jì)算能力，單體機(jī)器人很難滿足這一需求。云服務(wù)能夠提供海量的存儲(chǔ)、便捷的信息檢索以及強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算能力。工業(yè)機(jī)器人與互聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)結(jié)合后，可以將處理復(fù)雜運(yùn)算、存儲(chǔ)海量信息的任務(wù)交給處于云端的大腦完成，機(jī)器人本身只需要配置能執(zhí)行交互命令、運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮?jiǎn)單的小型化、低成本、低功耗處理器。這樣做可極大地提高機(jī)器人的智能化程度，拓展其推理計(jì)算、知識(shí)獲取、信息存儲(chǔ)的能力，快速便捷地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人功能和性能的升級(jí)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)更多智能應(yīng)用并降低成本的目的，使得機(jī)器人能夠進(jìn)入千家萬戶。
5.機(jī)器人環(huán)境感知技術(shù)
環(huán)境感知是指從視覺、聽覺、觸覺等方面產(chǎn)生的對(duì)周圍環(huán)境的感受。機(jī)器人視覺技術(shù)是使機(jī)器人具有視覺感知功能的技術(shù)，機(jī)器人視覺可通過視覺傳感器獲取環(huán)境的圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和解釋，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為符號(hào)，讓機(jī)器人能夠辨識(shí)物體并確定其位置。機(jī)器人聽覺技術(shù)指利用傳感技術(shù)，使機(jī)器人具有類似人的聽覺功能，提高機(jī)器人與外界的交互能力。機(jī)器人觸覺技術(shù)指采用觸覺傳感器，使機(jī)器人擁有類似人類皮膚的敏感觸覺，能夠讓機(jī)器人對(duì)物體的外形、質(zhì)地和硬度更加敏感，最終勝任醫(yī)療、勘探等一系列復(fù)雜工作。為此，需重點(diǎn)研究人臉追蹤技術(shù)、物體識(shí)別技術(shù)、動(dòng)作識(shí)別技術(shù)、場(chǎng)景識(shí)別技術(shù)、語言識(shí)別技術(shù)、多語種識(shí)別技術(shù)、聲紋識(shí)別技術(shù)、觸覺傳感技術(shù)和多傳感融合技術(shù)等。
6.機(jī)器人自主學(xué)習(xí)、自主行為技術(shù)
機(jī)器人自主學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人知識(shí)經(jīng)驗(yàn)積累、智能發(fā)育的過程，機(jī)器人自主學(xué)習(xí)技術(shù)可以使機(jī)器人突破只能在人為設(shè)定任務(wù)框架下進(jìn)行決策的局限性，提高機(jī)器人的適應(yīng)性。重點(diǎn)需要解決三個(gè)方面的技術(shù)難題：基于人腦智力形成及發(fā)育機(jī)理的類人智能行為建模；知識(shí)的獲取、表示與抽象方法，以及可實(shí)現(xiàn)知識(shí)存儲(chǔ)、更新及在線檢索的智能發(fā)育模型及自主學(xué)習(xí)技術(shù)；面向與人共融機(jī)器人平臺(tái)的自主知識(shí)獲取，以及人機(jī)智能行為協(xié)同與決策等實(shí)用化技術(shù)。
在機(jī)器人自主學(xué)習(xí)技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，研究機(jī)器人自主行為技術(shù)，即研究廣義行為環(huán)境的感知與理解技術(shù)，解決機(jī)器人對(duì)動(dòng)態(tài)以及非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的認(rèn)知問題，研究面向人機(jī)互助的優(yōu)化決策技術(shù)，解決面對(duì)復(fù)雜環(huán)境與任務(wù)的行為決策問題。
7.機(jī)器人自主編程技術(shù)
當(dāng)前在機(jī)器人的應(yīng)用中，手工示教編程仍占主導(dǎo)地位，但是隨著人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求的提高，編程周期長(zhǎng)、示教精度低的手工示教編程已不能滿足需求，機(jī)器人自主編程取代手工示教編程已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)器人自主編程技術(shù)是利用傳感器的反饋信息，自動(dòng)生成作業(yè)程序的技術(shù)。機(jī)器人自主編程技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向包括：基于視覺反饋的自主編程技術(shù)、基于激光結(jié)構(gòu)光的自主編程技術(shù)、多傳感器信息融合自主編程技術(shù)。
8.機(jī)器人靈巧作業(yè)技術(shù)
人類經(jīng)過長(zhǎng)期學(xué)習(xí)訓(xùn)練后能對(duì)操作對(duì)象具有快速連續(xù)反應(yīng)作業(yè)的運(yùn)動(dòng)技能。通過探究人體對(duì)高速物體快速連續(xù)反應(yīng)作業(yè)行為機(jī)制，開展具有快速連續(xù)反應(yīng)和快速運(yùn)動(dòng)能力的靈巧臂單元技術(shù)研究，經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練并積累儲(chǔ)存相應(yīng)作業(yè)環(huán)境下的"知識(shí)"， 并在作業(yè)過程中根據(jù)"知識(shí)"庫中相應(yīng)信息，解決靈巧臂動(dòng)作過程中存在的問題。同 時(shí)重點(diǎn)探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比；重點(diǎn)發(fā)展一體化關(guān)節(jié)、靈 巧手、柔性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、類人結(jié)構(gòu)等。
9.機(jī)器人極端環(huán)境適應(yīng)技術(shù)
極端環(huán)境下工作的機(jī)器人會(huì)受到各種各樣惡劣環(huán)境條件的影響，如核極端環(huán)境、極端溫度、極端電壓、極端壓力等外界因素都將對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的感知、決策與執(zhí)行產(chǎn)生不可忽略的影響。突破極端環(huán)境適應(yīng)技術(shù)以解決極端環(huán)境下機(jī)器人工作問題，取代人類繁重工作，完成極端環(huán)境下各種人類不可能完成或較難完成的作業(yè)任務(wù)。
10.基于多元信息融合的機(jī)器人控制技術(shù)
隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)及精密機(jī)械加工技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器人系統(tǒng)集成的傳感器越來越多，獲取的信息越來越繁雜。特別是在以工業(yè)機(jī)器人為代表的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，這種發(fā)展趨勢(shì)越來越明顯。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，人們希望機(jī)器人可以更好地理解環(huán)境、感知自身狀態(tài)，從而更可靠地進(jìn)行推理決策和行為控制。這就要求在機(jī)器人設(shè)計(jì)中應(yīng)用多種傳感器以獲取多方面的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行有效的分析和處理，使機(jī)器人做出可靠的推理決策。
二、工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，核心競(jìng)爭(zhēng)力
1.重點(diǎn)產(chǎn)品
實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人的本體開發(fā)及批量生產(chǎn)，使國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在焊接、搬運(yùn)、噴涂、加工、裝配、檢測(cè)和清潔生產(chǎn)等方面實(shí)現(xiàn)規(guī)�；蓱�(yīng)用。
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(gè)性化制造、柔性制造相適應(yīng)的，可以完成動(dòng)態(tài)、復(fù)雜作業(yè)使命，可以與人類協(xié)同作業(yè)的新一代工業(yè)機(jī)器人。
2.關(guān)鍵零部件
(1)機(jī)器人用高精密擺線針輪減速器傳動(dòng)精度和回差在全生命周期保持小于1' ,在額定工況下的傳動(dòng)效率大于80%,噪聲小于75dB,溫升小于45°C,壽命大于 6000hz額定輸出轉(zhuǎn)矩100~6000N-m,加速度轉(zhuǎn)矩200 ~ 12000N-m,瞬時(shí)加速轉(zhuǎn) 矩500~30000N-mo
(2)機(jī)器人用高精密諧波減速器傳動(dòng)精度和回差在全生命周期保持小于1',在 額定工況下的傳動(dòng)效率大于80%,允許最高輸入轉(zhuǎn)速6000r/min,壽命大于10000h, 額定輸出轉(zhuǎn)矩4~ 500N・m,加速度轉(zhuǎn)矩8 - 1100N m,瞬時(shí)加速轉(zhuǎn)矩16 ~ 2200N・m。
(3)高速高性能機(jī)器人控制器高速總線接口，控制軸數(shù)為8軸，插補(bǔ)周期小于 1ms。
(4)伺服驅(qū)動(dòng)器供電電壓220-380V,連續(xù)輸出電流為1~50A;過載能力：承 受2倍過載的持續(xù)時(shí)間為2s、3倍過載的持續(xù)時(shí)間為1s、5倍過載持續(xù)時(shí)間為0.3s;空 載速度環(huán)帶寬：1000Hz以上；通信方式CAN、EtherCAT. Power Link總線接口。
(5)高精度機(jī)器人專用伺服電動(dòng)機(jī)供電電壓為220~ 380V,功率為0.1 -15kW;過載能力：承受2倍過載的持續(xù)時(shí)間為2s、3倍過載的持續(xù)時(shí)間為1s、5倍過載 持續(xù)時(shí)間為0.5s;轉(zhuǎn)速為1500~6000r/min,額定輸出轉(zhuǎn)矩0.32~32N・m,峰值轉(zhuǎn)矩 為 1.6~160Nm。
(6)傳感器重點(diǎn)開發(fā)關(guān)節(jié)位置、力矩、視覺、觸覺、光敏、電子皮膚、高頻測(cè) 量、激光位移等傳感器，滿足國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求。
(7)末端執(zhí)行器重點(diǎn)開發(fā)裝在工業(yè)機(jī)器人手腕前端，用以直接執(zhí)行工作任務(wù)， 能夠?qū)崿F(xiàn)靈巧作業(yè)、重載抓起、柔性裝配、快速更換的末端執(zhí)行器。
3.關(guān)鍵共性技術(shù)
(1)整機(jī)技術(shù)以機(jī)器人的譜系化設(shè)計(jì)和批量化制造，提高機(jī)器人產(chǎn)品的控制性 能、人機(jī)交互性能和可靠性性能，提高機(jī)器人負(fù)載/自重比、人機(jī)協(xié)作安全為目標(biāo)，分階段開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)。
(2)部件技術(shù)以突破機(jī)器人關(guān)鍵部件，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用，滿足人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的關(guān)鍵部件需求，滿足新型機(jī)器人關(guān)鍵部件需求為目標(biāo)，分階段開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)。
(3)集成技術(shù)以提升機(jī)器人任務(wù)重構(gòu)、偏差自適應(yīng)調(diào)整的能力，提高機(jī)器人在人機(jī)共存環(huán)境中完成復(fù)雜任務(wù)的能力為目標(biāo)，分階段開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)。
4.關(guān)鍵材料
機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步、市場(chǎng)規(guī)模和品類的擴(kuò)大，不僅帶動(dòng)相關(guān)材料需求規(guī)模的增加，同時(shí)對(duì)相關(guān)材料的性能、種類也將提出更高的要求。
多材料組合的輕量化結(jié)構(gòu)是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)方向，鋁合金、鈦合金、鎂合金等高性能輕質(zhì)合金材料，以及高性能復(fù)合材料將是機(jī)器人發(fā)展過程中常見和應(yīng)用較多的輕量化材料。
靈活化與智能化是機(jī)器人的發(fā)展方向，相應(yīng)的機(jī)器人用功能材料的研究熱點(diǎn)也集中于此。未來，柔性導(dǎo)電材料、柔性半導(dǎo)體材料、電能轉(zhuǎn)換材料、熱能轉(zhuǎn)換材料、機(jī)械能轉(zhuǎn)換材料等功能材料的開發(fā)和應(yīng)用，將推動(dòng)機(jī)器人向著更靈活、更智能方向發(fā)展。
仿生是機(jī)器人的未來發(fā)展方向之一，人工肌肉材料、生物材料等仿生材料的發(fā)展，使機(jī)器人擁有更多類似于生物的形態(tài)與功能，能夠在更多復(fù)雜環(huán)境中完成各類任務(wù)。
5.關(guān)鍵專用制造裝備
(1)機(jī)器人高效自動(dòng)化裝配線加快發(fā)展機(jī)器人整機(jī)制造過程中用于裝配、檢測(cè)、打標(biāo)、包裝等工序的成套生產(chǎn)裝備，降低人工成本，提高機(jī)器人產(chǎn)品的一致性、可靠性、可維護(hù)性。
(2)關(guān)鍵部件生產(chǎn)制造裝備重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人高精密減速器、高性能機(jī)器人專用伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵部件所需的鍛造、熱處理、精密加工等設(shè)備，重點(diǎn)發(fā)展一體化關(guān)節(jié)等新一代機(jī)器人所需關(guān)鍵部件的生產(chǎn)制造裝備。
(3)檢測(cè)設(shè)備重點(diǎn)發(fā)展激光跟蹤儀、振動(dòng)分析儀等機(jī)器人性能檢測(cè)設(shè)備，以促進(jìn)機(jī)器人關(guān)鍵性能的提升。
