中國工業(yè)機器人發(fā)展趨勢與前景分析研究報告【179頁】

20092011年中國工業(yè)機器人年中國工業(yè)機器人發(fā)展趨勢與前景分析報告發(fā)展趨勢與前景分析報告2010年10月蘭信（北京）投資顧問有限公司目錄第一章全球機器人市場研究分析7第一節(jié)機器人定義及分類7一機器人定義7二機器人發(fā)展史7三機器人的分類9第二節(jié)全球工業(yè)機器人市場8一工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模分析8二全球區(qū)域市場結構分析9三全球重點國家市場分析10四工業(yè)機器人產(chǎn)品結構分析11第三節(jié)20102012年市場預測12一近期市場發(fā)展預測12二未來市場發(fā)展預測14第四節(jié)全球清潔機器人17一清潔機器人產(chǎn)品概況17二產(chǎn)品未來發(fā)展趨勢25三2010年清潔機器人市場27第五節(jié)工業(yè)機器人用電機驅動系統(tǒng)27一機器人對關節(jié)驅動電機的主要要求27二電機的細分28三常用的減速機構29四驅動器種類30第二章重點國家產(chǎn)業(yè)分析日本32第一節(jié)日本機器人產(chǎn)業(yè)調(diào)研報告32一日本機器人技術研發(fā)單位32二日本機器人產(chǎn)業(yè)的優(yōu)劣勢35三日本機器人產(chǎn)品廠商36第二節(jié)日本服務型機器人市場38一20092012年市場規(guī)模分析38二日本服務型機器人生命周期39三日本服務型機器人細分市場規(guī)模41第三節(jié)人型機器人市場42一產(chǎn)品定義42二20092012年市場規(guī)模分析43三2009年日本廠商競爭格局44第四節(jié)興趣型機器人市場46一產(chǎn)品定義46二20092012年市場規(guī)模分析47三2009年日本廠商競爭格局48第五節(jié)治療型機器人市場50一產(chǎn)品定義50二20092012年市場規(guī)模分析51三2009年日本廠商競爭格局54第六節(jié)保全機器人市場54一專業(yè)保全機器人55二居家保全機器人58第三章重點國家地區(qū)產(chǎn)業(yè)分析臺灣62第一節(jié)臺灣工業(yè)用機器人62一臺灣工業(yè)機器人技術趨勢62二臺灣工業(yè)機器人SWOT分析62三臺灣工業(yè)機器人技術能力分析65第二節(jié)臺灣產(chǎn)業(yè)上游競爭力68一控制器組件分析69二傳感器組件分析71三驅動器組件分析72第四章重點國家產(chǎn)業(yè)分析韓國77第一節(jié)韓國產(chǎn)業(yè)概況77一韓國政府政策77二韓國產(chǎn)業(yè)與研發(fā)動向77三韓國主要研發(fā)機構與協(xié)會78第二節(jié)韓國智能機器人產(chǎn)業(yè)81第五章中國機器人產(chǎn)業(yè)調(diào)研分析83第一節(jié)產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀83一中國機器人發(fā)展歷史83二國內(nèi)機器人市場規(guī)模分析87三工業(yè)機器人市場應用領域89四工業(yè)機器人區(qū)域應用特性90第二節(jié)機器人進出口分析94一2009年機器人進口分析94二2009年機器人出口分析94第三節(jié)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術及動態(tài)95一國外機器人的最新進展95二國內(nèi)機器人技術分析97三最新技術發(fā)展動態(tài)99第六章市場競爭格局及企業(yè)分析106第一節(jié)機器人市場競爭格局106一外資進入動態(tài)分析106二市場競爭主體結構106第二節(jié)沈陽新松機器人自動化107一企業(yè)概況107二2009年經(jīng)營狀況分析109第三節(jié)哈爾濱博實自動化設備111一企業(yè)概況111二2009年經(jīng)營狀況分析114第四節(jié)海爾哈工大機器人技術115一企業(yè)概況115二2009年經(jīng)營狀況分析115第五節(jié)豐裕電機工程116一企業(yè)概況116二2009年經(jīng)營狀況分析117第六節(jié)上海機電一體工程117一企業(yè)概況117二2009年經(jīng)營狀況分析118第七節(jié)哈爾濱焊接研究所118一企業(yè)概況118二2009年經(jīng)營狀況分析119第八節(jié)上海富安工廠自動化119一企業(yè)概況119二2009年經(jīng)營狀況分析120第九節(jié)華恒焊接技術設備121一企業(yè)概況121二2009年經(jīng)營狀況分析122第十節(jié)首鋼莫托曼機器人123一企業(yè)概況123二2009年經(jīng)營狀況分析124第十一節(jié)上海廣茂達伙伴機器人127一企業(yè)概況127二2009年經(jīng)營狀況分析127第十二節(jié)安徽江淮自動化裝備129一企業(yè)概況129二2009年經(jīng)營狀況分析129第七章機器人未來發(fā)展前景分析131第一節(jié)機器人未來發(fā)展趨勢131第二節(jié)產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)劣勢分析132一產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢分析132二產(chǎn)業(yè)發(fā)展劣勢分析135第八章工業(yè)機器人上下游行業(yè)分析138第一節(jié)鋼鐵市場分析138一2009年鋼鐵市場供需現(xiàn)狀138二2009年鋼鐵市場價格變化144三2010年鋼鐵市場趨勢預測145第二節(jié)工業(yè)機器人下游行業(yè)分析146一下游行業(yè)相關性分析146二下游行業(yè)對工業(yè)機器人行業(yè)的影響149三2009年工業(yè)機器人配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀152第九章我國工業(yè)機器人行業(yè)發(fā)展分析156第一節(jié)我國工業(yè)機器人發(fā)展分析156一我國工業(yè)機器人發(fā)展歷程與現(xiàn)狀156二我國工業(yè)機器人研發(fā)歷程與現(xiàn)狀158三我國工業(yè)機器人主要應用領域分析159四國內(nèi)主要機器人公司160五深圳發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢分析161第二節(jié)我國工業(yè)機器人市場分析163一國內(nèi)工業(yè)機器人市場銷售情況163二國內(nèi)工業(yè)機器人市場特征分析164三2009年我國工業(yè)機器人市場情況166第十章我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟運行分析與進出口情況168第一節(jié)中國工業(yè)機器經(jīng)濟運行與進口情況168第二節(jié)我國工業(yè)機器人出口情況168第十一章工業(yè)機器技術發(fā)展分析170第一節(jié)30多年來工業(yè)機器人技術發(fā)展分析170第二節(jié)我國工業(yè)機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀與走勢172第三節(jié)工業(yè)機器人技術發(fā)展其他情況175一有視覺工業(yè)機器人技術及其對生產(chǎn)效率的影響175二核工業(yè)機器人技術分析176第一章全球機器人市場研究分析第一節(jié)機器人定義及分類一機器人定義在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。其實并不是人們不想給機器人一個完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機器人。但隨著機器人技術的飛速發(fā)展和信息時代的到來，機器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機器人的定義也不斷充實和創(chuàng)新。二機器人發(fā)展史1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾恰佩克在他的科幻小說羅薩姆的機器人萬能公司中，根據(jù)ROBOTA捷克文，原意為“勞役、苦工”和ROBOTNIK波蘭文，原意為“工人”，創(chuàng)造出“機器人”這個詞。1939年美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人ELEKTRO。它由電纜控制，可以行走，會說77個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務活還差得遠。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。1942年美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機器人三定律”。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學術界默認的研發(fā)原則。1948年諾伯特維納出版控制論，闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律，率先提出以計算機為核心的自動化工廠。1954年美國人喬治德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人，并注冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。1956年在達特茅斯會議上，馬文明斯基提出了他對智能機器的看法智能機器“能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型，如果遇到問題，能夠從抽象模型中尋找解決方法”。這個定義影響到以后30年智能機器人的研究方向。1959年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。隨后，成立了世界上第一家機器人制造工廠UNIMATION公司。由于英格伯格對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機器人之父”。1962年美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”意思是萬能搬運,與UNIMATION公司生產(chǎn)的UNIMATE一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機器人，并出口到世界各國，掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮。1962年1963年傳感器的應用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器，包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器，托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器，而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在1965年，幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積木的機器人系統(tǒng)。1965年約翰霍普金斯大學應用物理實驗室研制出BEAST機器人。BEAST已經(jīng)能通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。20世紀60年代中期開始，美國麻省理工學院、斯坦福大學、英國愛丁堡大學等陸續(xù)成立了機器人實驗室。美國興起研究第二代帶傳感器、“有感覺”的機器人，并向人工智能進發(fā)。世界第一臺智能機器人SHAKEY1968年美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機器人SHAKEY。它帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木,不過控制它的計算機有一個房間那么大。SHAKEY可以算是世界第一臺智能機器人，拉開了第三代機器人研發(fā)的序幕。1969年日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機器人。加藤一郎長期致力于研究仿人機器人，被譽為“仿人機器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機器人和娛樂機器人的技術見長，后來更進一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。1973年世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作，就誕生了美國CINCINNATIMILACRON公司的機器人T3。1978年美國UNIMATION公司推出通用工業(yè)機器人PUMA，這標志著工業(yè)機器人技術已經(jīng)完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。1984年英格伯格再推機器人HELPMATE，這種機器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年，他還預言“我要讓機器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全”。1998年丹麥樂高公司推出機器人MINDSTORMS套件，讓機器人制造變得跟搭積木一樣，相對簡單又能任意拼裝，使機器人開始走入個人世界。1999年日本索尼公司推出犬型機器人愛寶AIBO，當即銷售一空，從此娛樂機器人成為目前機器人邁進普通家庭的途徑之一。2002年美國IROBOT公司推出了吸塵器機器人ROOMBA，它能避開障礙，自動設計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。ROOMBA是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機器人。IROBOT公司北京區(qū)授權代理商北京微網(wǎng)智宏科技有限公司HTTP/WWWMICRONETNETCN。2006年6月，微軟公司推出MICROSOFTROBOTICSSTUDIO，機器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯，比爾蓋茨預言，家用機器人很快將席卷全球。三機器人的分類家務型機器人能幫助人們打理生活，做簡單的家務活。操作型機器人能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關自動化系統(tǒng)中。程控型機器人按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。示教再現(xiàn)型機器人通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復進行作業(yè)。數(shù)控型機器人不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進行作業(yè)。感覺控制型機器人利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。適應控制型機器人能適應環(huán)境的變化，控制其自身的行動。學習控制型機器人能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學習功能，并將所“學”的經(jīng)驗用于工作中。智能機器人以人工智能決定其行動的機器人。我國的機器人專家從應用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，即工業(yè)機器人和特種機器人。所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務于人類的各種先進機器人，包括服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。空中機器人又叫無人機器，近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術進步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領域。80多年來，世界無人機的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進的，無論從技術水平還是無人機的種類和數(shù)量來看，美國均居世界之首位。第二節(jié)全球工業(yè)機器人市場一工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模分析圖1全球工業(yè)機器人裝置量與總市值圖產(chǎn)業(yè)用機器人的發(fā)展隨著技術提升、使用顧客的需求及整個環(huán)境的改變而產(chǎn)生不同的變化，圖1可以觀察到產(chǎn)業(yè)用機器人的市值在2006年達到57億美元，年度裝置量112,203臺，而在產(chǎn)業(yè)用機器人相關應用系統(tǒng)的總市值達到170億美元。舉例而言，過去產(chǎn)業(yè)用機器人只有單軸的運動方式（如XYTABLE機器人），主要應用在一般的機械加工或是單純的輕型物品取放，但隨著產(chǎn)業(yè)環(huán)境的改變，產(chǎn)業(yè)用機器人對功能性要求越來越高，包含取放動作更復雜、負載重量越來越大、對環(huán)境的敏感度越來越高等，相對的所需要的技術復雜度也將越來越高，所幸過去動輒往往好幾千萬臺幣的產(chǎn)業(yè)用機器人，因為技術能力提高而使得每單位平均售價不斷的下降，產(chǎn)業(yè)用機器人已不再是只有歐美先進國家廠商才有能力購買的生產(chǎn)設備，亞洲新經(jīng)濟體也開始引進產(chǎn)業(yè)機器人以提升生產(chǎn)力。二全球區(qū)域市場結構分析一般產(chǎn)業(yè)用機器人依用途而言可以概分為搬運機器人、焊接機器人、組裝機器人、一般加工機器人及其它（半導體及FPD無塵室清潔機器人），表一為全球產(chǎn)業(yè)用機器人種類裝置量排名，在不同的機種進口量方面前五名的國家重復率相當高，尤其是日本，在各類機種的裝置量幾乎都獨占鰲頭，反應出其穩(wěn)固雄厚的工業(yè)基礎能力。比較值得注意的是中國在焊接機器人的裝置量在2006年裝置量排名上升至第五名，搬運用機器人的裝置量也上升至第六，其各產(chǎn)業(yè)需求量有顯著增加的趨勢，另外韓國2006年在各項機器人裝置量也全部上榜，值得注意的是韓國在產(chǎn)業(yè)用機器人近年來的發(fā)展也如同其半導體及汽車產(chǎn)業(yè)一樣有不容忽視的潛力，臺灣在搬運用機器人裝置量方面則是由2005年的第五名退步到2006年的第九名。表一2006年世界主要工業(yè)機器人種類裝置量排名表另外，在2005年到2006年各類產(chǎn)業(yè)用機器人的裝置數(shù)量都有減少的趨勢，由圖4可以發(fā)現(xiàn)，其中又以焊接用機器人所減少的數(shù)量最為明顯，推測其原因可能是因為全球最大汽車市場美國，消費者受原物料價格飆漲及恐怖攻擊事件等影響再加上通貨膨脹因素而降低消費者的采購意愿，連帶降低廠商投資產(chǎn)業(yè)用機器人的意愿。圖4各類工業(yè)機器人裝置數(shù)量三全球重點國家市場分析圖2各地區(qū)年度裝置量隨著亞洲地區(qū)代工產(chǎn)業(yè)模式興起，為了提高生產(chǎn)力有越來越多的亞洲地區(qū)國家也開始大量引進產(chǎn)業(yè)用機器人，如韓國與大陸等國家，再加上近幾年日本經(jīng)濟復蘇，各項產(chǎn)業(yè)對于產(chǎn)業(yè)用機器人的需求量增加，使得產(chǎn)業(yè)用機器人市場需求慢慢由歐美地區(qū)轉移到亞洲地區(qū)，亞、澳地區(qū)在2004年到2005年的裝置數(shù)量大幅增加，已成為產(chǎn)業(yè)用機器人需求量最高的地區(qū)。然而，隨后又因為2006年全球經(jīng)濟受到美國景氣衰退的影響，裝置量小幅度拉回，尤其是汽車及零組件產(chǎn)業(yè)、半導體產(chǎn)業(yè)等裝置量相較于2005年更是有明顯的衰退，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)除了歐洲地區(qū)的裝置量有成長之外，其它地區(qū)裝置量都呈現(xiàn)小幅衰退的現(xiàn)象。進一步的挑選出各區(qū)域主要的裝置國家檢視其市值的變化狀況如圖3所示，日本為市值萎縮幅度最大的國家，將近萎縮了224，推測其原因可能是因為2005年大幅度的投資在汽機車及電子產(chǎn)業(yè)的裝置量已經(jīng)足夠支撐2006年的生產(chǎn)量，因此對產(chǎn)業(yè)用機器人設備的需求預估將轉向化學及食品產(chǎn)業(yè)；另外韓國的裝置量也從2005年的13,000臺減少至10,800臺，主要的裝置需求則是由電子產(chǎn)業(yè)轉移到汽車及通訊產(chǎn)業(yè)；美國雖然在塑料化學產(chǎn)業(yè)的裝置量有明顯的增加，但在汽車產(chǎn)業(yè)裝置需求量卻呈現(xiàn)大幅度的減少，不過這樣的情況可能只是短暫的現(xiàn)象，在亞洲及歐洲國家的競爭對手廠商宣布他們將大量投資在北美洲地區(qū)設備廠房的威脅下，美國RIA（ROBOTICSINDUSTRYASSOCIATION）指出2007年的前半年已經(jīng)有許多的公司陸續(xù)提出設備訂單，可見在2007年美國在產(chǎn)業(yè)用機器人的裝置量將會有提升的機會。圖3各國產(chǎn)業(yè)用機器人市值四工業(yè)機器人產(chǎn)品結構分析汽車市場2004年到2006年間，汽車供貨商在投資的策略上有了重大的改變，主要汽車市場北美、日本及西歐國家發(fā)生了停滯甚至衰退的情況，這使得這些區(qū)域的汽車供貨商采取合并生產(chǎn)線來降低開發(fā)成本并穩(wěn)固市場占有率，所有汽車制造商開始轉往集中投資于成長中的汽車市場如印度、南美洲、東南亞及東歐等國家。電子電機市場電子電機產(chǎn)業(yè)在亞洲國家成長的非常迅速，如日本、南韓及臺灣，最近在中國、印度及東南亞國家也快速的崛起，因此在這些地區(qū)的產(chǎn)業(yè)用機器人的存量累積速度高于其它的國家，特別是用在電子零組件廠商的無塵室機器人，相對來說歐洲在電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就顯得比較溫和?；瘜W產(chǎn)業(yè)在所有的產(chǎn)業(yè)當中，化學產(chǎn)業(yè)含橡膠和塑料產(chǎn)業(yè)被視為僅次于汽機車產(chǎn)業(yè)之后最重要的產(chǎn)業(yè)用機器人市場，在亞洲及美國地區(qū)，化學產(chǎn)業(yè)為第三大的產(chǎn)業(yè)用機器人使用者，亞洲地區(qū)2001到2006年之間化學產(chǎn)業(yè)用機器人的裝置量則是呈現(xiàn)出波動的狀態(tài)；美國則是在2004年到2006年裝置量有持續(xù)性的增加；如同亞洲地區(qū)，歐洲地區(qū)在2000年后需求量也呈現(xiàn)明顯的波動；整體而言，2001至2003年裝置量呈現(xiàn)衰退現(xiàn)象，2004至2006年間則是波動期，其原因可能是由于供應汽車塑料零組件的產(chǎn)業(yè)用機器人裝置量也被列入在化學塑料產(chǎn)業(yè)的計算當中。第三節(jié)20102012年市場預測一近期市場發(fā)展預測受汽車業(yè)投資的拉動和中小企業(yè)的強勁增長推動，工業(yè)機器人市場目前十分景氣。在接下來的五年中，全球工業(yè)機器人市場年復合增長率CAGR有望保持在77的水平。根據(jù)ARC咨詢公司一份最新的研究報告，2005年工業(yè)機器人硬件市場規(guī)模已經(jīng)達到359億美元，預計到2010年這一數(shù)字將超過51億美元，這樣整個市場規(guī)模將達到91億美元。工業(yè)機器人市場在發(fā)展中國家有望經(jīng)歷高增長，這些發(fā)展中國家在傳統(tǒng)應用方面將大量使用工業(yè)機器人，如定位焊接和原材料處理。同樣，我們一直認為工業(yè)機器人就是現(xiàn)在知道的樣子，新的創(chuàng)新也很有可能改變現(xiàn)在工業(yè)機器人的屬性。ARC分析專家STEFANSURPITSKI，在工業(yè)機器人全球展望報告中提到，隨著新技術、新應用的實現(xiàn)，工業(yè)機器人的市場將變得更加令人振奮。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)FMS、自動化工廠FA、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。我國工業(yè)機器人的市場主要集中在汽車、汽車零部件、摩托車、電器、工程機械、石油化工等行業(yè)。中國作為亞洲第三大的工業(yè)機器人需求國，市場發(fā)展穩(wěn)定，汽車及其零部件制造仍然是工業(yè)機器人的主要應用領域，隨著我國產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整升級不斷深入和國際制造業(yè)中心向中國的轉移，我國的機器人市場會進一步加大，市場擴展的速度也會進一步提高。隨著新興應用領域的不斷發(fā)展及傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的需求，預計自2009年起全至2011年將達到年產(chǎn)量134,100臺的水平。同時，由于我國制造業(yè)的發(fā)展，特別是汽車及汽車零部件制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機器人仍將保持穩(wěn)定的增長勢頭。預計我國將在2011年新安裝各類工業(yè)機器人9,500臺，市場保有量將達到48,600臺。包裝業(yè)、食品業(yè)、機械裝備業(yè)等新興應用領域目前已呈現(xiàn)全球性技術革新的發(fā)展趨勢。與此同時，機器人技術的不斷更新，如新型的人與機器人之間的交互式控制以及安全系統(tǒng)、機器人感應科技系統(tǒng)以及機器人視覺應用系統(tǒng)等產(chǎn)品的推出，滿足了用戶更高、更廣泛的需求，推動了機器人裝備量的上升。綜上，預計未來幾年我國工業(yè)機器人仍將保持穩(wěn)定的增長勢頭。二未來市場發(fā)展預測2009年雖然受經(jīng)濟情勢的影響，但在以下長期趨勢的演進下，多數(shù)國內(nèi)外機器人相關業(yè)者與市場研究機構仍看好工業(yè)機器人的未來產(chǎn)品生命周期（LIFECYCLE）的持續(xù)縮短上市時間（TIMETOMARKET）的降減要求產(chǎn)品多種少量所導致彈性生產(chǎn)需求高齡少子化所伴隨而來的技術人力缺乏更專業(yè)復雜的制造流程質(zhì)量更穩(wěn)健可靠度更高之制程要求省能源與環(huán)境規(guī)范的要求日本身為工業(yè)機器人最大產(chǎn)銷國，其重要的工業(yè)機器人領導廠商如發(fā)那科、安川電機、川崎重工等，2009年仍不敵經(jīng)濟風暴的影響而呈現(xiàn)營收大幅衰退的現(xiàn)象。富士經(jīng)濟在每年的機器人與自動化產(chǎn)業(yè)調(diào)查中，即提出日本工業(yè)機器人振興之策略如表1所示，包括在既有用途中找尋新應用商機，與擴大新興產(chǎn)業(yè)的應用等等，頗值得國內(nèi)廠商參考。表1日本擴大工業(yè)機器人商機之策略領域別擴大商機策略細項說明成本領導內(nèi)制化、需要地區(qū)當?shù)厣a(chǎn)、擴大生產(chǎn)規(guī)模等擴大服務支持擴充海外支持據(jù)點既有用途產(chǎn)業(yè)領域拓展亞洲市場擴充銷售網(wǎng)絡、開拓當?shù)厥褂谜呤袌鐾卣垢郊觾r值產(chǎn)品致力于線性馬達（LINEARMOTOR）驅動等高附加價值產(chǎn)品拓展應用面在現(xiàn)有市場具體的新應用建議強化系統(tǒng)整合規(guī)劃能力加強與外圍機器組合之生產(chǎn)系統(tǒng)建議培育有力之系統(tǒng)商藉由與系統(tǒng)商合作以強化整合能力提升操作性/親和力降低技術門坎、獲得中小企業(yè)使用者市場導入非自動化工程克服障礙將過去較難自動化的組裝工程自動化業(yè)務合作與研發(fā)/生產(chǎn)/銷售等各方面的合作需求地區(qū)當?shù)厣a(chǎn)大型機器人之需求地區(qū)當?shù)厣a(chǎn)（如次世代之液晶玻璃搬運機器人等）拓展新興用途液晶玻璃搬運轉用于太陽光電面板搬運等拓展綠色節(jié)能用途致力于附加價值較高的綠色節(jié)能機器人跨業(yè)共同開發(fā)與工具機制造商一起開發(fā)新應用提升操作性/親和力降低技術門坎，擴大尚未導入機器人產(chǎn)業(yè)應用新興用途產(chǎn)業(yè)領域拓展非汽車領域市場因應市場變動狀況、收益率降低之對策1、專業(yè)服務型機器人圖2專業(yè)服務型機器人銷售累積與預測量專業(yè)服務型機器人向來即為少量多樣的市場型態(tài)，為因應各種專業(yè)領域應用的特殊需求而有極為不同的產(chǎn)品類型，包括軍事、醫(yī)療、運籌、清潔、建設、水底系統(tǒng)等等。目前防御/救災/安全之應用為數(shù)最多，也是IFR預測未來四年市場銷售最被看好的產(chǎn)品，20092012年累計量預估將超過2萬臺，主要原因為美軍在伊拉克與阿富汗等地之大量使用。受到經(jīng)濟景氣不佳的預期，供應廠商普遍對于未來四年（20092012）的市場需求看淡，預估各式專業(yè)服務機器人銷售臺數(shù)總計約49,000臺（圖2）。2、個人/家用服務型機器人圖3個人/家用服務型機器人銷售累積與預測量家用清潔機器人的銷售量逐年提升，預計未來亦將持續(xù)擴增其市場滲透率。娛樂休閑機器人未來四年的市場亦持續(xù)看好，預估將有超過600萬臺的銷售量（參見圖3）。在家用機器人龍頭廠商IROBOT，以及眾多已投入本產(chǎn)業(yè)的廠商帶領之下，家用清潔機器人可說是目前的機器人銷售明星，但仍應持續(xù)在一般家庭提升其滲透率。IROBOT亦陸續(xù)推出多元化的產(chǎn)品，有地板清洗、水池清理、遠距互動、教育機器人等等，全面開發(fā)不同清潔用途產(chǎn)品，并嘗試新興用途試探市場的接受度。娛樂機器人代表性廠商WOWWEE在暢銷產(chǎn)品史賓機器人（ROBOSAPEIN）之后，仍不斷推陳出新，研發(fā)多樣化的機器人產(chǎn)品上市；更進一步推出家用保全監(jiān)控機器人（ROVIO），可遠距遙控家中人、事、物實時狀況。第四節(jié)全球清潔機器人一清潔機器人產(chǎn)品概況隨著自動化技術與人工智能的快速發(fā)展，機器人在人類的環(huán)境中扮演越來越重要的腳色。傳統(tǒng)上機器人的應用層面多集中于工業(yè)化的生產(chǎn)系統(tǒng)與制造流程上，專門應付長時間作業(yè)、大量重復性動作、系統(tǒng)復雜且需要精密控制、高危險性等工作上。而近年來的演進則漸漸朝向服務型機器人的方向快速蓬勃發(fā)展。清潔機器人的涵蓋范圍廣泛，依照IFRWORLDROBOTIC的分類，可分為產(chǎn)業(yè)型與家用型兩大類，在產(chǎn)業(yè)型方面例如地板清潔（吸塵與洗地）、風管空調(diào)系統(tǒng)清潔、除草、大樓窗戶清洗、水箱清潔等。目前為止應用最成功的仍屬地板清潔型機器人，包括機場、大賣場、工廠、飯店大廳等大范圍面積的場所，原因在于地板屬于2D幾何平面，技術相對較為單純。而家用型的地板清潔機器人（吸塵器）在近年來則快速竄起，成為市場主流產(chǎn)品，根據(jù)IFRWORLDROBOTICS2005的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，服務型機器人中，清潔機器人仍是主要應用。其中家用清潔機器人更占整體服務型機器人的95以上，其中20052008年更可高達447萬臺。家用型清潔機器人受到熱烈歡迎的主要原因在于已開發(fā)與開發(fā)中國家多以雙薪家庭為主，并逐漸走向少子化與高齡化的趨勢，在家庭人口結構變少的情況下，清潔工作的替代便成為新興市場發(fā)展的重要需求，遂使的清潔機器人成為各國爭相投入的技術研發(fā)重點。但由于家庭的室內(nèi)面積小，且有許多家具擺設，加上室內(nèi)空間死角多（床下、桌椅下、沙發(fā)茶幾下），在技術層面上則更為復雜，除了要能深入角落之外，還需要具有優(yōu)越的避障與脫困能力，避免造成家具損壞或受困在空間角落里，且還要兼顧噪音限制等生活質(zhì)量因素。清潔機器人產(chǎn)品介紹下面將介紹目前全球較常見的幾款家用型清潔機器人產(chǎn)品，并在末了提出未來清潔機器人的主要發(fā)展趨勢。（一）TRILOBITE，瑞典商ELECTROLUX所推出之產(chǎn)品，為全球最大的家電，戶外設備，專業(yè)電器產(chǎn)品制造商，2002年11月在歐洲上市后反應熱烈，在日本推出也引起話題。特點集塵空間大、吸力大、非接觸式避障。但防掉落采貼磁條方式且噪音大，約74DB。尺寸（CM）35X35X13重量（KG）5噪音值（DB）74價格（美元）1600銷售量全球累計銷售1萬臺技術簡介1定時清潔模式，保持居家環(huán)境衛(wèi)生。2旋轉刷毛設計與強力吸塵模塊，提高清潔效率，微塵與寵物毛發(fā)都能有效清理。3高等級微米空氣濾凈器，防止灰塵外漏，確?；覊m能密閉在除塵箱內(nèi)。4可程序化定時器設定，讓使用者可以設定清潔時段。5階梯傳感器防止掉落。6全自動化回站充電技術，確保電量充足，隨時能執(zhí)行清潔工作。7防糾結技術，避免受到繩索狀物體纏繞。8超音波聲納偵測系統(tǒng)，能自動閃避障礙物，不會損壞家具。9區(qū)域禁止清潔技術，貼上安全磁條后，可以避免進入不想清潔區(qū)域，例如嬰兒沉睡的搖籃。（二）OTTORO，韓國家電商HANOOL所推出之產(chǎn)品，但體型過大，重量有15KG。尺寸（CM）46X60X28重量（KG）15價格（美元）4630技術簡介1自動回站充電技術。2外漏式吸口，360自動旋轉，為HANOOL特殊設計。3提供不同清掃模式，針對不同環(huán)境對應不同吸塵功率與與速度，節(jié)省電力消耗與清掃時間。4自動化遙控器，可設定清掃模式。5自動辨識在環(huán)境中位置，計算清潔路徑。6210W強力吸塵模塊馬達，清掃無死角。（三）ICLEBOFREE，韓國工業(yè)機器人廠商YUJINROBOTICS所研發(fā)。特點以導電橡膠接觸式避障紅外線IR非接觸避障。三段式過濾功能。但略重。尺寸（CM）35X35X95重量（KG）41價格（美元）300（在臺售價16000元臺幣）技術簡介1自動回站充電技術，偵測電量并充電站位置，達成目標。2預設清潔時段，準時達成清掃工作。3內(nèi)建7個紅外線IR傳感器，避免刮傷家具與墻壁。4緩沖與觸碰傳感器，辨識各種不同障礙物。5地板偵測傳感器，防止掉落樓梯。6動輪傳感器，當機體離開地面時會自動停止輪轉動。7除塵箱傳感器，當除塵箱沒有正確安裝在機體上時，機器人不會運作。8三階段過濾系統(tǒng)，網(wǎng)狀過濾、防菌過濾、與靜電過濾。9底盤有側刷與主刷，配合吸塵模塊，能清理最細微的塵垢。（四）ROOMBA，由美國IROBOT公司所研發(fā)，為目前市占率最高的產(chǎn)品，達50以上。IROBOT更號稱2006年銷售超過100萬臺。特點虛擬墻、操作方便、路徑規(guī)劃功能、垃圾偵測、價位適中。但自動回站充電之偵測距離較短（說明書中標示5FEET）。尺寸（CM）34X34X9重量（KG）25噪音值（DB）67價格（美元）280330銷售量全球累計銷售約100萬臺/年專利項目在清潔機器人方面超過20項專利技術簡介1采用較強的吸塵模塊，配合高速旋轉刷毛，大幅提升清潔效能，可以清除碎片、寵物毛發(fā)、食物碎屑等垃圾。2創(chuàng)新的“虛擬燈塔”技術導引機器人能在房間內(nèi)達到完全清掃的任務，并且會建構出一道虛擬障礙墻，限制機器人在完成任務前不能超界線。3全機模塊化設計，使用容易，且方便維護更新。4提供語音辨識的初始設定，當ROOMBA在維修時能提醒使用者避免靠近。5創(chuàng)新的防糾結技術，確保ROOMBA在清掃時不被電線、流蘇、地毯邊緣等鏈型物體纏繞。6光觸碰緩沖器，確保ROOMBA在接近障礙物時能自動降低速度，并自動避開障礙物。7可程序化排程系統(tǒng)，提供使用者7個清潔時段設定，完全配合使用者作息。8無線遙控器，可以遠程控制ROOMBA的各種動作。9自動回站充電技術，確保運作時電量充足。（五）RC3000，德國清潔設備大廠KRCHER所研發(fā)，其服務項目涵蓋各種家庭用、商業(yè)用，以及工業(yè)用產(chǎn)品。與ELECTROLUX的TRILOBITES一樣，都屬于高價位產(chǎn)品。特點子母車、避障功能佳、自動充電功能佳、馬達壽命長、噪音低、體積小。唯價格太高、集塵盒空間小。尺寸（CM）28X28X105重量（KG）2噪音值（DB）清掃時56DB，回站傾倒垃圾時64DB。價格（美元）1500技術簡介1交互式智能型灰塵辨識傳感器，能根據(jù)偵測程度，自動執(zhí)行4種不同的運作模式。2防糾結技術，確保在清掃時能越過電線、流蘇、地毯邊緣等地形。3附有旋轉刷毛與高效吸塵模塊，提高清潔效能。4機身具備360氣懸浮緩沖器，避免機體或家具損壞。5多功能充電站，能以紅外線導引機器人清潔路徑，并自動回站充電。6避障能力優(yōu)越，能輕易跨越小階梯或障礙物。7自動斷電裝置，當機器人被提起時，會停止運轉避免傷害使用者。8智能型清潔裝置，能將機器人所搜集到的灰塵，在充電期間，轉移到充電站中的貯存盒中。（六）TRV10，國內(nèi)松騰實業(yè)所開發(fā)，大陸制造生產(chǎn)，以OEM為主。獨創(chuàng)除塵擦地功能，吸塵再擦地，清潔效果更佳；另可用遙控器于行走時關掉吸塵風扇馬達，省電又靜音。特點超靜音（60DB以下）、IR引導自動充電功能（偵測距離可達五米以上）。尺寸（CM）34X34X95重量（KG）25噪音值（DB）69價格（美元）275已申請8項臺灣專利及四項以上之美國專利。技術簡介1特殊防掉落感應裝置，遇到樓梯會自動后退，避免翻覆。2紅外線遙控，以微調(diào)控制方向左右角度，前進后退來回清潔，行動范圍不受限制，可隨時隨地暫停，方便操作。3前緣設計彈性保險桿，沿壁游走清潔；內(nèi)建FUZZY智能程序，渦輪交叉地毯式搜索，絕無死角。4兩側特殊旋轉毛刷設計，擴大清潔范圍；毛刷特選材質(zhì)，不沾毛發(fā)。5清潔面積設定于S20分鐘，M40分鐘，MAX直到電池耗盡（充滿電約60分鐘）。6可設定清潔時段，當設定之周期日時間一到，TRV10會自動啟動清掃，無論設定在“S”、“M”、“MAX”之任何行走程序，當時間程序走完均會自動回充電站充電，方便長時間外出者使用。（七）MSL/ITRI，工研院結合多項先進技術于2006年研發(fā)出一款創(chuàng)新之，超靜音自動吸塵器。尺寸（CM）32X32X12重量（KG）25噪音值（DB）59價格（美元）200300專利項目已申請8案專利（美、中、臺），其中包含靜音型葉輪、自動充電、全向定位輪、避障、踩空等多項。技術簡介1預約時段清潔功能，可設定自動執(zhí)行。2旋轉式（垂直軸）與滾輪式（水平軸）掃刷，增強清潔功能，尤其針對墻腳等部份可加強清潔。3紅外線防掉落感應裝置，避免地形落差造成翻覆。4160接觸式避障傳感器，能自動閃避障礙物。5具備自動逃脫模式，避免受困在床底或死角等區(qū)域。6自動斷電裝置，被提起時馬達會自動停止運轉，避免傷害使用者。7無線遙控器，可以遠程控制CLEANER的各種動作。8LED按鍵，人機接口操作簡便，容易上手使用。9尋光模式，避免夜間清潔時遭遇電量不足而滯留在床底等死角，會自動停止在光亮處。10自動回站充電功能，確保電池有足夠電力執(zhí)行清潔功能。11葉輪采翼型設計，配合3D螺旋式外罩，噪音值可大幅降低，較同級產(chǎn)品低10DB以上。12具備4種清掃模式，包括螺旋型、Z字型、隨機性、沿墻行走等，可自動調(diào)整，適用各種不同材質(zhì)地板（木質(zhì)、地磚、花岡石、地毯等）。（八）VR4000，韓國家電大廠LG推出的全自動化高效能清潔機器人，屬于高價位產(chǎn)品。尺寸（CM）34X34X133噪音值（DB）65價格（美元）2500技術簡介1120W無刷直流馬達為吸塵模塊核心，提供超強吸力，清潔效率高。2能自動執(zhí)行吸塵工作，也能自動將灰塵移除。3使用7種防護傳感器，偵測路障并閃避，包括1個上方輸入傳感器、1個灰塵量傳感器、1個陀螺儀傳感器、3個掉落傳感器、三個碰撞傳感器、1個輪凹陷傳感器、2個旋轉刷毛驅動傳感器。4配合32位微處理器，運算效能高，結合各種智能型傳感器，提供最佳運動路徑與模式。5陀螺儀傳感器控制運動方向，為世界第一款設計。6可根據(jù)室內(nèi)環(huán)境與家具擺設，調(diào)整4種不同運動形式（矩形、螺旋、隨機、與可變矩形）。7無線射頻遙控器，操作無距離與方向限制。8LCD顯示與人機聲音警告，避免人員誤踩。（九）VCRP30W，韓國科技大廠三星所研發(fā)，2004年底在歐洲上市，屬于高價位產(chǎn)品。價格（美元）2800元技術簡介1內(nèi)建網(wǎng)絡照攝影機，能隨時監(jiān)視室內(nèi)外環(huán)境變化，充當警衛(wèi)工作。2高速處理器，描繪環(huán)境3D映像，以辨識目前所在位置，提供更快速清掃路徑。3自動導航與避障功能。4智能型清潔度辨識，能判斷該執(zhí)行清掃的區(qū)域。5可程序化設定，可針對清掃時段進行規(guī)劃與排程。6可透過因特網(wǎng)由計算機遠程控制各種操作與任務執(zhí)行。7自動回站充電技術。8根據(jù)清潔程度播放音樂。二產(chǎn)品未來發(fā)展趨勢縱觀目前市面上的幾款清潔機器人，不難發(fā)現(xiàn)未來的清潔機器人的發(fā)展趨勢將會有幾方面的重大突破1傳感器融合技術要讓機器人具備更多人性化的功能，非得依賴大量的傳感器技術，因為傳感器是物理世界與軟件世界之間的溝通轉換媒介，搜集大量的訊息也觀測環(huán)境的變化，從以上的產(chǎn)品中不難發(fā)現(xiàn)，某些產(chǎn)品的傳感器種類與使用多達7種，未來嵌入在機器人內(nèi)的傳感器數(shù)量將會越來越多樣化，而傳感器之間的溝通與調(diào)節(jié)將會更復雜，同時也表示電源系統(tǒng)的管理與內(nèi)部空間的機構設計將更為重要。2功能智能化傳感器的融合帶來訊息量的增加，是為了使機器人提供更符合人性化的服務，因此人工智能的強化將會越來越重要。這部份堪稱是機器人技術的關鍵核心，尤其服務型機器人因為深入居家環(huán)境，朝夕與人類相處，與人類的生活質(zhì)量、安全等息息相關，其智慧化的程度與需求遠比在生產(chǎn)在線的產(chǎn)業(yè)型機器人更為迫切，各企業(yè)研發(fā)團隊無不積極開發(fā)更多的軟件技術與算法，提升機器人在圖樣辨識、環(huán)境決策、訊息組織、模仿學習、任務排程等各方面的能力。這方面也有賴于電子硬件技術的配合，運算能力越來越強的各種DSP與微處理器將也會是智能化提升的重點。另外人機接口的親和度也將會是影響使用者接受的主要因素，這方面也考驗著技術人員在設計上的創(chuàng)意與藝術內(nèi)涵。3多群組代理人協(xié)調(diào)控制未來的家用型服務型機器人的種類將會越來越多，將不只是一個機器人，而是一組機器人在家庭中為人類服務，包括吸塵、洗地、搬運垃圾、洗窗、水族箱清潔等等。尤其在高所得的家庭中，機器人的數(shù)量將會呈倍數(shù)的成長，這些機器人構成一個堅強的服務團隊，在同一時間（或個別分配好的時間內(nèi)）合作完成家庭中的清潔工作。每個機器人都具有個別的智能能力，集合起來構成一個智能化的群體結構，彼此之間能夠信息分享、互相學習、經(jīng)驗交換等。群組中也許有一個LEADERROBOT，支配指揮所有成員的工作；也可能所有ROBOTS都是平等的PARTNERS，會自動規(guī)畫出一個最快速或最清潔的目標完成任務，依使用者所要求情況而定。所伴隨而來的無線通訊，網(wǎng)絡架構、多媒體串流等技術也會有越來越重要的整合應用與發(fā)展。4電控技術精簡化機器人是一個需要高度精密控制的系統(tǒng)，整合了許多的伺服機構、電子回路等模塊在其中。每個模塊都需要有相對應的控制邏輯，技術人員的目標在于設計良好的運算法則，透過驅動機制補償各種在過程中受到干擾所產(chǎn)生的誤差，保持系統(tǒng)的正常運作。模塊越多，功能越完備，代表處理器運算的電力消耗越高。由以上的各項產(chǎn)品與發(fā)展趨勢可看出，隨著機器人性能要求的提升，系統(tǒng)的模塊多樣化與復雜化實不可避免，因此適當?shù)木喐鞣N控制演算邏輯便成為必要的工作。所謂精簡化，并非指單純的取舍，而是需要從整合的觀點仔細評估整體效能的權衡與配重，避免某個模塊占用太多的系統(tǒng)資源，并隨時調(diào)整。精簡化才能提高實用價值，在分析與實務之間找到最佳的平衡點。5機構輕量化不斷研發(fā)更輕量的強度材料，一方面提高機器人的負載/重量比，并強化結構在碰撞上的韌性與振動模態(tài)下的剛性，另一方面則能更節(jié)省電池電量的消耗，達到環(huán)保節(jié)能的目的。6模塊彈性化研究開放式，替換式的模塊技術，一方面易于維修，可以延長使用壽命，另一方面也能應付劇烈變化的市場機制，保有發(fā)展技術的優(yōu)勢與主控權。展望未來，機器人從工廠生產(chǎn)線走入人類的居家生活已經(jīng)成為不可阻擋的流，不論歐、美、日、韓無不將其列入國家級的重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，全力投入前瞻技術的開發(fā)與整合。臺灣雖然現(xiàn)階段在整體發(fā)展上落后歐美各國，但在電子技術與芯片設計等部分關鍵零組件與核心模塊已成功進入國際級的供應鏈情況下，足證明臺灣仍具有發(fā)展清潔機器人的競爭力。若能掌握未來趨勢，預先布局技術與相關資源的整合，便能帶動臺灣下波科技產(chǎn)業(yè)升級，再創(chuàng)高峰。三2010年清潔機器人市場清潔機器人可分為產(chǎn)業(yè)型與家用型兩大類，清潔機器人在地板清潔吸塵與洗地、除草、游泳池清潔及大樓窗戶清洗等應用需求量很大。依據(jù)WINTERGREENRESEARCH,INC在2008年對清潔機器人的市場報告，目前清潔機器人市場產(chǎn)值約34億美元，至2014年將成長至167億美元。其中又以家用自走式吸塵器之產(chǎn)值最大，2008年23億，至2014年將成長至12億美元。以臺灣而言，家用自走式吸塵器2008年約255萬臺，至2014年將成長至2700萬臺，六年成長十倍以上。第五節(jié)工業(yè)機器人用電機驅動系統(tǒng)一機器人對關節(jié)驅動電機的主要要求1快速性電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應短。響應指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服電動機的機電時間常數(shù)的大小來說明伺服電動機快速響應的性能。2起動轉矩慣量比大在驅動負載的情況下，要求機器人的伺服電動機的起動轉矩大，轉動慣量小。3控制特性的連續(xù)性和直線性隨著控制信號的變化，電動機的轉速能連續(xù)變化，有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。4調(diào)速范圍寬能使用于1100010000的調(diào)速范圍。5體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短6能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受過載目前，由于高起動轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電動機在工業(yè)機器人中得到廣泛應用，一般負載1000N（相當100KGF）以下的工業(yè)機器人大多采用電伺服驅動系統(tǒng)。所采用的關節(jié)驅動電動機主要是AC伺服電動機，步進電動機和DC伺服電動機。其中，交流伺服電動機、直流伺服電動機、直接驅動電動機（DD）均采用位置閉環(huán)控制，一般應用于高精度、高速度的機器人驅動系統(tǒng)中。步進電動機驅動系統(tǒng)多適用于對精度、速度要求不高的小型簡易機器人開環(huán)系統(tǒng)中。交流伺服電動機由于采用電子換向，無換向火花，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。機器人關節(jié)驅動電動機的功率范圍一般為0110KW。二電機的細分電機大致可細分為以下幾種1交流伺服電動機包括同步型交流伺服電動機及反應式步進電動機等。2直流伺服電動機包括小慣量永磁直流伺服電動機、印制繞組直流伺服電動機、大慣量永磁直流伺服電動機、空心杯電樞直流伺服電動機。3步進電動機包括永磁感應步進電動機。速度傳感器多采用測速發(fā)電機和旋轉變壓器；位置傳感器多用光電碼盤和旋轉變壓器。近年來，國外機器人制造廠家已經(jīng)在使用一種集光電碼盤及旋轉變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器，伺服電動機可與位置及速度檢測器、制動器、減速機構組成伺服電動機驅動單元。機器人驅動系統(tǒng)要求傳動系統(tǒng)間隙小、剛度大、輸出扭矩高以及減速比大。三常用的減速機構1RV減速機構；2諧波減速機械；3擺線針輪減速機構；4行星齒輪減速機械；5無側隙減速機構；6蝸輪減速機構；7滾珠絲杠機構；8金屬帶齒形減速機構；9球減速機構。工業(yè)機器人電動機驅動原理如圖1所示。工業(yè)機器人電動伺服系統(tǒng)的一般結構為三個閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。目前國外許多電動機生產(chǎn)廠家均開發(fā)出與交流伺服電動機相適配的驅動產(chǎn)品，用戶根據(jù)自己所需功能側重不同而選擇不同的伺服控制方式，一般情況下，交流伺服驅動器，可通過對其內(nèi)部功能參數(shù)進行人工設定而實現(xiàn)以下功能1位置控制方式；2速度控制方式；3轉矩控制方式；4位置、速度混合方式；5位置、轉矩混合方式；6速度、轉矩混合方式；7轉矩限制；8位置偏差過大報警；9速度PID參數(shù)設置；10速度及加速度前饋參數(shù)設置；11零漂補償參數(shù)設置；12加減速時間設置等。四驅動器種類1直流伺服電動機驅動器直流伺服電動機驅動器多采用脈寬調(diào)制（PWM）伺服驅動器，通過改變脈沖寬度來改變加在電動機電樞兩端的平均電壓，從而改變電動機的轉速。PWM伺服驅動器具有調(diào)速范圍寬、低速特性好、響應快、效率高、過載能力強等特點，在工業(yè)機器人中常作為直流伺服電動機驅動器。2同步式交流伺服電動機驅動器同直流伺服電動機驅動系統(tǒng)相比，同步式交流伺服電動機驅動器具有轉矩轉動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應用。同步式交流伺服電動機驅動器通常采用電流型脈寬調(diào)制（PWM）相逆變器和具有電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對三相永磁同步伺服電動機的電流控制。根據(jù)其工作原理、驅動電流波形和控制方式的不同，它又可分為兩種伺服系統(tǒng)（1）矩形波電流驅動的永磁交流伺服系統(tǒng)。（2）正弦波電流驅動的永磁交流伺服系統(tǒng)。采用矩形波電流驅動的永磁交流伺服電動機稱為無刷直流伺服電動機，采用正弦波電流驅動的永磁交流伺服電動機稱為無刷交流伺服電動機。3步進電動機驅動器步進電動機是將電脈沖信號變換為相應的角位移或直線位移的元件，它的角位移和線位移量與脈沖數(shù)成正比。轉速或線速度與脈沖頻率成正比。在負載能力的范圍內(nèi)，這些關系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化，誤差不長期積累，步進電動機驅動系統(tǒng)可以在較寬的范圍內(nèi)，通過改變脈沖頻率來調(diào)速，實現(xiàn)快速起動、正反轉制動。作為一種開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，在小型機器人中得到較廣泛的應用。但由于其存在過載能力差、調(diào)速范圍相對較小、低速運動有脈動、不平衡等缺點，一般只應用于小型或簡易型機器人中。步進電動機所用的驅動器，主要包括脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器和功率放大等幾大部分，其原理框圖如圖2所示。4直接驅動所謂直接驅動（DD）系統(tǒng)，就是電動機與其所驅動的負載直接耦合在一起，中間不存在任何減速機構。同傳統(tǒng)的電動機伺服驅動相比，DD驅動減少了減速機構，從而減少了系統(tǒng)傳動過程中減速機構所產(chǎn)生的間隙和松動，極大地提高了機器人的精度，同時也減少了由于減速機構的摩擦及傳送轉矩脈動所造成的機器人控制精度降低。而DD驅動由于具有上述優(yōu)點，所以機械剛性好，可以高速高精度動作，且具有部件少、結構簡單、容易維修、可靠性高等特點，在高精度、高速工業(yè)機器人應用中越來越引起人們的重視。作為DD驅動技術的關鍵環(huán)節(jié)是DD電動機及其驅動器。它應具有以下特性（1）輸出轉矩大為傳統(tǒng)驅動方式中伺服電動機輸出轉矩的50100倍。（2）轉矩脈動小DD電動機的轉矩脈動可抑制在輸出