增强基础研究投入我国工业机器人未来可期

作者:杨子琳
  点击数:8089  发布时间:2017-09-19 02:00
机器人作为重要的战略新兴产业,一直受到广泛关注。2017年8月23日~27日,世界机器人大会在北京举办,140余家机器人厂商与研究机构齐聚盛会。工业机器人作为机器人领域的一个重要分支,据IDC预计,2020年全球工业机器人在制造业的市场规模将达到1110亿美元。
关键词:制造业 ,自动化 ,机器人

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西安交通大学教授、陕西省智能机器人重点实验室主任梅雪松

1963年4月生,西安交通大学教授、博士生导师,长江学者特聘教授、“机械系统诊断与控制”教育部创新团队带头人、陕西省智能机器人重点实验室主任、西安交通大学学术委员会副主任、国家重点研发计划项目首席科学家。

任国家“ 十二五” 8 6 3 计划先进制造领域主题专家、科技部“数控一代示范工程”专家组成员、国家“十三五”先进制造领域重点研发计划规划专家组成员、第七届教育部科技委委员、中国自动化学会制造系统控制专业委员会主任委员、陕西省机器人产业技术创新联盟副理事长兼秘书长、《机械工程学报》编委等。

长期从事数控技术与装备、机器人与激光精密加工等方面的研究和教学工作。在上述研究领域面,作为第一获奖人获教育部科技进步一等奖2项、陕西省科技进步一等奖1项、国家教学成果二等奖1项;获得国家科技进步二等奖1项;主编“主轴高精度动平衡”等专著2部,编写“数控技术”教材2部;发表期刊论文150余篇(SCI/EI收录120余篇),获发明专利授权40余项。

编者按:

机器人作为重要的战略新兴产业,一直受到广泛关注。2017年8月23日~27日,世界机器人大会在北京举办,140余家机器人厂商与研究机构齐聚盛会。工业机器人作为机器人领域的一个重要分支,据IDC预计,2020年全球工业机器人在制造业的市场规模将达到1110亿美元。本期记者特别专访了陕西省智能机器人重点实验室主任梅雪松教授,请他分享有关工业机器人发展现状及趋势的深入思考。

自动化博览:您从什么时候开始研究工业机器人?您所负责的陕西省智能机器人重点实验室主要的研究内容有哪些?近期的研究情况如何?

梅雪松:较早之前,我主要从事高速高精度数控机床控制方面的研究工作,从2010年开始,我在解决企业自动化生产技术问题过程中,根据企业需求,运用自身所积累的运动控制与伺服驱动技术,开发了冲压、印刷设备等行业的上下料工业机器人,逐步地进入机器人行业。就像很多传统的机床数控系统企业,如广州数控、华中数控等近年来都转入机器人行业一样,由于我们具备机床控制系统开发和应用的基础,因此,从技术基础来讲,进入机器人行业进行研究并不困难。

在我国著名的机器人专家、西安交通大学校长王树国的支持和帮助下,我于2014年下半年开始主持筹建陕西省智能机器人重点实验室。同时,得益于原西安交通大学校长郑南宁院士的支持,西安交通大学负责筹建的陕西省智能机器人重点实验室发展迅速。

目前,陕西省重点实验室的主要研究方向包括:

(1)机器人智能运动控制理论与自主决策。该研究方向主要面向工业机器人新的应用发展方向,进行机器人运动控制参数的智能优化与自适应调整、人机协作技术、机器人运动路径规划与行为自主决策等方面的研究。

(2)机器人核心功能部件失效机理与评价。该研究方向主要针对工业机器人整机及部件特性测试评价技术进行工业机器人整机性能测试评价技术、关节减速器失效机理与综合性能评价技术、运动控制系统性能评价技术等方面。

(3)多信息融合的机器人智能感知与人机交互。该研究方向主要开展机器人多信息融合智能感知技术、视觉与触觉感知技术、人机交互理论以及基于多源生物信号的机电系统控制理论与应用。

(4)机器人仿生学研究与机构创新设计。该方向主要开展仿生机器人行走机理与动物视觉的仿生实现理论与方法、机器人运动机构创新设计、仿生驱动理论与方法等仿生学的研究。

经过几年的深入研究,实验室近期完成了工业机器人精密减速器综合性能自动测试仪、面向服务业的智能交互全向移动机器人、固体火箭发动机绝热层自动粘贴机器人技术、基于工业机器人的纤维铺放系统、基于壁虎功能仿生的转移/输运机器人,相关研究成果已服务于各工业制造行业。研发的基于脑机接口的康复机器人、下肢外骨骼康复机器人等前沿机器人,在理论基础工程化方面取得了较大的进展。其中基于脑机接口的康复机器人在2017丝绸之路机器人创意大赛中获得了一等奖。

另外,重点实验室注重研究成果转化,自主开发设计的系列自主导航无人小车,可以实现室内、室外高精度移动定位。我们据此与米其林公司合作开发了用于汽车轮胎故障检测的巡检机器人,并由此孵化了西安优艾智合机器人公司,公司多次获得初创公司大奖,近日还获得了亚洲智能硬件大赛亚洲赛区第一名。其他几个有市场前景的机器人技术也在开展成果转化工作,相信不久的将来还会有机器人公司被孵化出来。

自动化博览:您认为工业机器人在我国制造业中发挥着怎样的作用?目前的发展现状如何?在大面积推广应用的过程中还存在哪些问题?

梅雪松:工业机器人对我国制造业发展的重要性不言而喻。目前正在发展的智能工厂,其实就是利用工业机器人替代现场操作工人,将离散的制造设备有机地连接起来,形成完整的自动化生产线,使得离散工业像流程工业一样可以实现整体系统地优化控制,从而实现高效、高质量、柔性化的制造。工业机器人引入制造过程后,对生产线柔性、制造一致性、生产效率等带来了极大的提升。因此,工业机器人应用是提升我国工业制造水平、实现产业优化升级的重要手段。同时,由于生产一线工作繁重单一、工资相对较低,导致沿海等工业密集区出现用工荒,而工业机器人正是解决用工荒的绝佳途径。

从应用领域来看,我国工业机器人仍主要从事非精细操作领域工作,主要应用于上下料和材料搬运领域,占工业机器人应用总量的43.8%;焊接与钎焊机器人作为第二大应用领域,占工业机器人应用总量的18%;涂层、胶封以及加工是我国机器人应用的第三大领域;装配及拆卸机器人应用相对较少。

从应用行业来看,汽车行业作为工业机器人最早应用的传统行业,仍是我国工业机器人市场最大的消费行业,电气、机械等制造业位居第二位,金属加工行业位居第三位。在制造业中,广泛采用工业机器人,不仅可以提高产品的质量与数量,而且可以提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,对促进我国制造业崛起和工业转型升级以及提升制造业整体发展质量和核心竞争力意义重大。

目前,国际机器人联合会数据显示,每万人拥有工业机器人密度的世界平均水平为69台/万人,密度最高的韩国为531台/万人,而我国仅为49台/万人。因此,尽管工业机器人在我国制造业中的应用领域越来越广,但我国制造业中的工业机器人市场仍有很大的发展空间。

工业机器人运用技术发展缓慢是限制工业机器人大范围推广应用的主要障碍之一。现有工业机器人控制器多为封闭式系统,用户难以根据自身需求进行个性化修改或嵌入具有行业特点的应用软件,同时也限制了与其它自动化设备的集成能力,导致用户在自动化生产线设计集成时碰到较大困难。此外,已有的编程示教功能难以实现灵活示教,且界面操作复杂,这也导致对工业机器人操作者素质要求较高,提高了工业机器人的应用技术门槛。目前的工业机器人技术智能化程度低,环境感知能力差,难以响应精密操作以及与人协作工作环境的要求,也限制了工业机器人在装配、精密操作等领域的应用。因此,工业机器人技术在各行业大范围应用之前,需解决以上障碍,使工业机器人操作像手机操作一样灵活。

自动化博览:我国自主品牌的工业机器人与国际品牌存在着哪些差距?

梅雪松:我国工业机器人产业起步晚,但发展迅速。据报道,今年1~4月份,我国工业机器人的产量已达到35073台,增长幅度非常大。然而,我国工业机器人技术仍处在中低端水平,主要通过低价模式进行推广,难以在性能方面与国际主流品牌抗衡。我国工业机器人在整机可靠性、性能稳定性以及定位精度等性能指标方面与国外主流产品还具有一定的差距,功能不够丰富。这主要是由于我国在减速器、驱动器、控制器等关键基础部件和工业机器人零部件装配制造工艺,以及运动学、动力学等方面研究不足造成的。关键基础零部件方面,我国制造的减速器、电机等产品在静态指标上与国外差距较小;但在噪音、寿命、可靠性等方面,与国外差距较大,难以满足工业机器人的要求,使得关键部件大部分依赖进口,导致我国工业机器人成本居高不下,利润率低。因此,企业在基础研究投入方面不足,就限制了我国工业机器人各项性能的提升。但随着我国政府对工业机器人产业的支持力度加大,我国工业机器人厂商集中于下游集成产业的状况已逐渐得到改善,预计我国工业机器人产业与国外水平的差距将快速缩小。

自动化博览:您认为我国自主品牌的工业机器人在制造业的应用中是否也有一定的优势?

梅雪松:我国工业机器人在中低端应用领域具有较高的性价比,国产品牌如广数、新时达、众为兴等在中低端应用中的性能已达到国外主流产品水平。与国外厂商相比,本土工业机器人厂商对于企业特殊要求的响应更快,对中小企业重视程度更高,在中小企业生产线自动化改造领域具有一定的优势。

摘自《自动化博览》2017年9月刊

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