工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,具有一定的自动性,可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。

工业机器人是在工业生产中使用的机器人的总称,是一种通过编程或示教实现自动运行,具有多关节或多自由度,能对环境和工作对象作出自主判断和决策,并能够代替人工完成各类繁重、乏味或有害环境下体力劳动的自动化机器。工业机器人主要可分为平面关节机器人、多关节机器人、直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人五大类。

相比于传统的工业设备,工业机器人有众多的优势,比如机器人具有易用性、智能化水平高、生产效率及安全性高、易于管理且经济效益显著等特点,使得它们可以在高危环境下进行作业。

在我国,工业机器人广泛应用于制造业,不仅仅应用于汽车制造业,大到航天飞机的生产,军用装备,高铁的开发,小到圆珠笔的生产都有广泛的应用。并且已经从较为成熟的行业延伸到食品,医疗等领域。由于机器人技术发展迅速,与传统工业设备相比,不仅产品的价格差距越来越小,而且产品的个性化程度高,因此在一些工艺复杂的产品制造过程中,可以让工业机器人替代传统设备,这样就可以在很大程度上提高经济效率。根据数据统计显示,全球工业机器人的总销量已经从29.4万台突破到34.6万台。可见工业机器人应用范围之广。

20世纪50年代末,工业机器人最早开始投入使用。约瑟夫·恩格尔贝格(Joseph F.Englberger)利用伺服系统的相关灵感,与乔治·德沃尔(GeorgeDevol)共同开发了一台工业机器人——“尤尼梅特”(Unimate),率先于1961年在通用汽车的生产车间里开始使用。最初的工业机器人构造相对比较简单,所完成的功能也是捡拾汽车零件并放置到传送带上,对其他的作业环境并没有交互的能力,就是按照预定的基本程序精确地完成同一重复动作。“尤尼梅特”的应用虽然是简单的重复操作,但展示了工业机械化的美好前景,也为工业机器人的蓬勃发展拉开了序幕。自此,在工业生产领域,很多繁重、重复或者毫无意义的流程性作业可以由工业机器人来代替人类完成。

20世纪60年代,工业机器人发展迎来黎明期,机器人的简单功能得到了进一步的发展。机器人传感器的应用提高了机器人的可操作性,包括恩斯特采用的触觉传感器;托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器;麦卡锡对机器人进行改进,加入视觉传感系统,并帮助麻省理工学院推出了世界上第一个带有视觉传感器并能识别和定位积木的机器人系统。此外,利用声呐系统、光电管等技术,工业机器人可以通过环境识别来校正自己的准确位置。

2020年,中国机器人产业营业收入首次突破1000亿元。“十三五”期间,工业机器人产量从7.2万套增长到21.2万套,年均增长31%。从技术和产品上看,精密减速器、高性能伺服驱动系统、智能控制器、智能一体化关节等关键技术和部件加快突破、创新成果不断涌现,整机性能大幅提升、功能愈加丰富,产品质量日益优化。行业应用也在深入拓展。例如,工业机器人已在汽车、电子、冶金、轻工、石化、医药等52个行业大类、143个行业中类广泛应用。

从机械结构来看,工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点,而并联机器人一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点。早期的工业机器人都是采用串联机构。并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接,机构具有两个或两个以上自由度,且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构有两个构成部分,分别是手腕和手臂。手臂活动区域对活动空间有很大的影响,而手腕是工具和主体的连接部分。与串联机器人相比较,并联机器人具有刚度大、结构稳定、承载能力大、微动精度高、运动负荷小的优点。在位置求解上,串联机器人的正解容易,但反解十分困难;而并联机器人则相反,其正解困难,反解却非常容易。

据工信部消息,为推动工业机器人产业链协同创新和应用迭代,工业和信息化部装备工业一司组织召开工业机器人产业链线上对接会。来自纺织、建材、船舶、工程机械、汽车等领域的系统解决方案供应商分享了行业智能制造发展对工业机器人的应用和需求方向,工业机器人整机企业介绍了产品创新及应用情况。

另外,美国纽约资产管理公司方舟投资预计,今后每台工业机器人的成本将低于11000美元,远低于波士顿咨询集团(BCG)的24000美元左右的预期。公司还预计机器人销量将从38万台增至340万台。工业机器人市场将在未来几十年里达到更多的临界点,其表现将超出预期,甚至可能是戏剧性的。

受疫情干扰和外需的双重压力下,稳增长政策有望持续发力,制造业投资仍有望保持较强的韧性。过去一年多时间里,受益出口需求旺盛,制造业固定资产投资增速始终保持了明显高于基建投资增速、房地产投资增速的状态,始终保持了两位数以上的增长速度,表现了很强的韧性。受益稳增长政策持续发力,预计制造业投资仍会保持较高增速,工业机器人板块仍将受益。