作为实现智能制造的关键技术，中国工业机器人市场在保持多年高速增长之后，迎来了销量拐点。根据中国机器人产业联盟统计与国际机器人联合会初步汇总结果，2018年中国工业机器人市场累计销售13.5万台，同比下降3.75%，市场销量首次出现同比下降。

中国工业机器人市场销量为何会出现下滑？工业机器人未来发展面临哪些挑战？有哪些关键技术需要突破？本期专题策划分享多位专家对于工业机器人未来发展的见解。

于海斌：机器人是未来万物互联的智能终端

中国自动化学会副理事长、中国科学院沈阳自动化研究所所长于海斌

像机器人这样一个万亿美元的市场，日后一定会走进我们生活的各个方面。但是机器人每到一个新的环境，要做到与物理环境的深度融合，依旧面临很大的挑战。机器人对非结构环境的认知能力还有很大的提升空间。所以，在机器人编程、环境感知和人机交互方面仍存在一些挑战。

从机器人发展的五十年历程来看，从第一台工业机器人的出现，到大批量进入制造业进行多样化地应用，及至未来大批量地进入家庭，呈现的是爆发性增长。但是这些机器人都是机器人的单体，并没有和基础设施关联起来。我们设想一下，在信息时代，改变人类社会的产品，哪一样能够做到家喻户晓、路人皆知但不和基础设施联接起来呢？汽车到处都有，它有一个强大的基础设施支撑；手机现在无处不在，它有一个强大的网络基础设施支撑。因此，机器人作为智能终端，与信息基础设施相连，将会是未来的发展趋势。

机器人互联网是在互联网机器人的基础上，从机器人应用和推广或者技术需求的角度来提出来的。所以其核心问题是“两个互联”：一个是水平的互联，一个是纵向的互联。水平互联就是机器人和机器人之间的协作。机床和机器人有挺大的区别，机器人能够移动和自主认知环境，机床联网做运动控制的时候对几个轴之间的协同精度要求非常高，但毕竟是在一个有限工作空间下。如果机器人要在跨地域或者可移动的未知环境下做到协同的话，现在的网络实时性很难满足要求，因为需要多个维度的协同保证精度才能搞出一个确定的轨迹。

机器人互联网的概念。它的内涵应该是实现机器人、物理过程、信息和人之间的横向和纵向的两个融合。这些目标的实现是基于已有的技术，但是要对现有的技术进行提升和改造。特别是现在5G时代已经到来，5G和4G最大的区别是在面向各个领域定制了自己的很多标准和要求。机器人互联网从网络角度来看是借助机器人促进信息物理深度融合，从机器人的角度来看是借助互联网的资源扩充本身的能力。

机器人互联网目前的应用落地依然存在许多挑战。重点体现在这样几个方面：第一是无缝集成，基础技术有挑战，特别是在离散制造业，如何构建机器人无线协作网络，满足高速互联、高并发接入、高精度时间同步的要求。离散制造目前的指标很难达到，即使达到了这样的指标，离散制造的指标拿到机器人的高速高密度运动的环境下还不能完全满足要求。协作提供边缘计算资源，成为了下一步这个平台的背景下也蕴含着非常多的基

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在计算方面，首先，计算任务迁移到云端难以满足实时性要求。另外，本地的资源受限，无法处理那么多复杂的计算。因此，如何为机器人高效互联协作提供边缘计算资源，成为了下一步工作重点。

对于未来发展，机器人要能够更广泛普及地走到未来，我们在基础设施、基础平台上还是面临许多挑战。当然，这个平台的背景下也蕴含着非常多的基础问题，总之，机器人发展要与信息技术深度融合，是未来值得关注的主要方向之一。

李立军：破局高端机器人发展

宁波慈星股份有限公司董事/副总经理李立军

2018年中国工业机器人市场出现了明显的下滑，2019年的情况也不乐观，主要原因是占工业机器人应用量最大的两个行业——汽车和3C行业出现了较大幅度的负增长。工业机器人本身只是一个通用的工具，在应用层面必须结合工作对象和工艺进行二次开发，受目前的技术和成本制约，普通的工业机器人比较适合从事确定的重复性工作，而对于更广泛存在的小批量、多批次、柔性或低精度工作对象的自动化生产仍存在巨大瓶颈。

目前国内有100多家工业机器人本体生产商，20多家控制系统解决方案商，以及面向各行各业的1000多家系统集成商，用的最多的是六轴关节臂机器人和四轴SCARA机器人，通过“机器换人”来减少工人在生产线上的重复劳动。但是，由于每家用户的需求都不一样，这样的自动化项目基本都是非标的，首台套的研发投入很大，终端用户觉得贵，难于达到预期的投资回报率。事实上，在很长一段时间里，单台机器人在柔性工作能力方面还是很难与一个熟练工人相抗衡的。

当然，如果从建设数字化工厂的高度来考量，工业机器人的合理应用是能大大提升整体效率的，尤其是把工业机器人和其它的一些自动化装置和设备配合使用，并把“好钢”（工业机器人）用在“刀刃上”是工业机器人应用过程中需要重点考虑的问题。

制造业仍是我国的基础产业，国家层面近几年以来一直在倡导“智能制造”，通过智能技术来提升传统制造业的生产水平和市场竞争力是一个明确的方向和趋势，工业机器人作为“智能制造”环节里面一个重要的载体确实很重要，工业机器人的国产化有很大的现实意义。但到目前为止，高端制造领域所应用的工业机器人超过70%源自进口品牌，特别是发那科、ABB、库卡和安川这四个海外品牌，国产工业机器人虽然在各地政府多项扶持政策的推动下，像雨后春笋一样遍地丛生，但其中大部分产品无论在性能、寿命，还是稳定性和可靠性方面都不尽人意，导致国产通用型工业机器人在口碑、售后成本和技术含量上均未实现真正意义上的突破。如何破局？笔者与业内多位专家交流后整理了如下几点供参考：

（1）建议国家对机器人本体及控制器两方面都具备底层研发能力的企业进行重点支持。机器人技术的难点就在于其是跨学科的研究，涉及机械、材料、工艺、控制、软件、应用技术等多个领域，现在很多“凑热闹”的机器人公司通过“掐头去尾”来获得各项政府补贴，却并不能解决工厂的实际问题，这样的公司与真正有技术含量的国产机器人公司形成恶性竞争关系，最终导致“劣币驱逐良币”，产业进步迟滞不前。

（2）鼓励定制化工业机器人的创新研究和开发，比如日本首先研发的SCARA机器人，其诞生是为了解决日本80年代日益增长的电子产品行业自动化生产需求，而很多中国机器人企业只是简单的“拿来主义”，把海外产品拿来照搬照抄，常常知其然而不知其所以然。事实上，中国自动化生产的应用场景和需求非常多样化，是日美的上千倍，而且国内也有一批真正沉下心做研究的企业掌握了一些有中国市场应用特色的技术，比如非常有市场潜力的多机多轴高精度同步控制技术，这样的企业可以深挖行业需求，开发面向具体行业的特种机器人，这样的市场相当大，没必要去作同质化竞争，陷入通用型机器人开发的陷阱。

（3）推动工业应用软件与机器人的融合。大家知道工业机器人“四大家族”背后其实不单单只是卖一个工业机器人本体，这四家企业都开发了强大的工业应用和调试软件，这是目前国产工业机器人非常欠缺的，国产机器人刚刚跨过“有点好用”这个门槛，在易用性方面还远远达不到国际平均水平，很难让全世界的机器人用户们喜欢上我们国产的工业机器人。在互联网方面，中国有阿里和腾讯这样的领先企业，走在了该领域技术发展的前列，而未来在工业自动化领域，中国一定也会出现这样的企业，他们的产品和技术让工业机器人使用更方便，人机交互更友好，用户体验更完美。

（4）在一般工业领域，“机器换人”已成为不可逆转的趋势，尤其是在产品批量较大的汽车和3C行业，但是在小批量、多批次生产的场景下，普通的工业机器人已难于适应，频繁而繁琐的机器人示教和编程工作大大降低了工厂和车间的运作效率，新增的机器人应用工程师岗位也增加了维运成本，而机器视觉，特别是3D视觉技术的导入可以很好地解决这个问题，通过将机器视觉和工业机器人、物联网技术进行融合，可以更好地适应柔性制造的场景。

杨桂林：协作机器人柔顺运动控制技术展望

中国科学院宁波材料技术与工程研究所高级研究员杨桂林

协作机器人已成为全球机器人产业中发展最为迅速，市场应用最为广阔的一类机器人，而协作机器人的柔顺运动控制技术对于实现安全、高效的人机协作至关重要。

从安全防护网走出来的协作机器人，正在逐步融入人类的生产和生活环境，也必将与人类实现安全、高效、紧密的交互与协作。未来等待协作机器人的将是更加多样化的工作任务和更加复杂的作业环境，这对其柔顺运动控制技术提出了更高的要求。因此，协作机器人的柔顺运动控制方法需要不断改进和创新，主要将呈现以下几方面发展趋势。

（1）通过驱动关节本体结构创新提高协作机器人的安全性和柔顺运动控制性能。例如：创新设计可变阻抗的双定子力矩电机，或是在驱动关节中引入轻质高效的变阻抗/刚度装置，并基于变阻抗/刚度驱动装置设计相应的柔顺运动控制器。通过关节本体的变阻抗/刚度特性和变阻抗控制算法的有机结合，可望显著提高协作机器人柔顺运动控制性能。

（2）采用理论模型与数据驱动模型相结合提高协作机器人系统的动力学建模精度。精确的动力学模型一方面能够有效地提高协作机器人的轨迹跟踪和力控制精度，另一方面便于控制器优化和控制性能分析，从而有助于提高协作机器人柔顺运动控制性能。

（3）建立协作机器人柔顺运动性能的分析评价方法，为柔顺运动控制器优化设计奠定基础。一方面需研究能够表征机器人系统柔顺运动控制性能的指标；另一方面是研究机器人控制系统中各因素对柔顺控制性能（如稳定性、鲁棒性、控制精度）影响的分析方法，如驱动器响应特性、摩擦力、采样时间延迟、动力学模型误差和交互环境不确定性等。

（4）采用三维视觉技术与力感知技术相结合，提高对非结构化环境和人类行为的感知认知能力。通过信息融合技术和人工智能技术的引入，既可以提高对非结构化环境建模的可靠性和精度，又能够对人类的动作和行为进行认知与预测，有助于对柔顺运动控制策略进行优化选择，也有助于协作机器人期望阻抗参数的智能化调整，从而使协作机器人能够更好地适应非结构化环境并完成与人协作任务。

于海斌：机器人是未来万物互联的智能终端

李立军：破局高端机器人发展

杨桂林：协作机器人柔顺运动控制技术展望

摘自《自动化博览》2019年9月刊