一、產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　機器人是集機械、電子、控制、傳感、人工智能等多學科先進技術于一體的自動化裝備。自1956年機器人產業(yè)誕生后，經過近60年發(fā)展，機器人已經被廣泛應用在裝備制造、新材料、生物醫(yī)藥、智慧新能源等高新產業(yè)。機器人與人工智能技術、先進制造技術和移動互聯(lián)網技術的融合發(fā)展，推動了人類社會生活方式的變革。

　?。ㄒ唬┤驒C器人市場需求持續(xù)增長

　　工業(yè)機器人和服務機器人的市場規(guī)模持續(xù)擴大。根據IFR的統(tǒng)計，2015年全球工業(yè)機器人銷量首次突破 2 4萬臺，其中亞洲銷量約占全球銷量的2/3，銷量為14.4萬臺；歐洲地區(qū)為5萬臺，其中東歐地區(qū)銷量增速達到29%，是全球增長最快的地區(qū)之一；北美地區(qū)銷量達到3.4萬臺，較2014年同比增長11%。中國、韓國、日本、美國和德國的總銷量占全球銷量的3/4。中國、美國、韓國、日本、德國、以色列等國是近年工業(yè)機器人技術、標準及市場發(fā)展較活躍的地區(qū)。1998-2014年，全球工業(yè)機器人銷量處于穩(wěn)步增長態(tài)勢；特別是2005-2014年間，工業(yè)機器人銷量迅速增長，新裝工業(yè)機器人年均增長速度約為14%。2014年全球專用服務機器人銷量為2.4萬臺，較2013年同比增長11.5%；全球個人/家用服務機器人銷量約為470萬臺，較2013年同比增長28%。

　　圖1 2014年全球工業(yè)機器人市場分布情況

　?。ǘ﹣喬貐^(qū)成為最重要市場

　　根據IFR的統(tǒng)計，亞洲是目前全球工業(yè)機器人使用量最大的地區(qū)，占世界范圍內機器人使用的50%，其次是美洲（包括北美、南美）和歐洲。2012-2015年亞洲機器人銷量年均增長15%，遠高于美洲和非洲6%的增長速度。2015年，亞太地區(qū)工業(yè)機器人銷售超過14萬臺。2014年中國、日本、韓國和泰國的工業(yè)機器人新裝機量占亞洲地區(qū)總量的75%，分別在全球排名第一、第二、第四和第八位，四個國家工業(yè)機器人的市場規(guī)模占全球工業(yè)機器人銷量的52.4%。

　　（三）工業(yè)機器人發(fā)展高度集中

　　工業(yè)機器人的主要產銷國集中在日本、韓國和德國，這三國的機器人保有量和年度新增量位居全球前列。

　　日本、韓國和德國的機器人密度和保有量處于全球領先水平。據IFR統(tǒng)計，2014年日本每萬名工人擁有323臺工業(yè)機器人，韓國為437臺，德國為282臺；2013年日本的機器人保有量為30.4萬臺，韓國為15.6萬臺，德國為16.8萬臺。

　　2014年，日本、韓國、德國三國的機器人市場新增量占全球的30.9%，市場規(guī)模分別為2.9萬臺、2.1萬臺、2萬臺。受全球制造業(yè)轉型升級的影響，2014年三國工業(yè)機器人市場份額占全球市場總額的30.9%，同比減少6.6%。日本機器人市場成熟，其制造商國際競爭力強，發(fā)那科、那智不二越、川崎等品牌在微電子技術、功率電子技術領域持續(xù)領先。韓國的半導體、傳感器、自動化生產等高端技術為機器人快速發(fā)展奠定了基礎。德國工業(yè)機器人在人機交互、機器視覺、機器互聯(lián)等領域處于領先水平，德國本土的庫卡公司是世界工業(yè)機器人四大制造商之一，年產量超過1.8萬臺。

　?。ㄋ模┓諜C器人市場處于起步階段

　　服務機器人主要包括專業(yè)服務機器人和個人/家庭服務機器人。全球服務機器人市場化程度仍然處于起步階段，受到勞動力不足、人口老齡化等剛性需求的驅動，與人均可支配收入提升和物聯(lián)網、大數(shù)據、計算機、人機交互等先進技術快速迭代的影響，服務機器人行業(yè)發(fā)展空間巨大。2012-2017年服務機器人市場年復合增長率將達到17.4%，市場規(guī)模預計將在2017年達到461.8億美元。

　　圖2 2005-2014年日本工業(yè)機器人內銷及出口結構變化情況

　　全球服務機器人市場仍然處于起步階段。一是由于服務機器人的外圍技術未能解決。服務機器人技術是多學科交叉集成技術，涉及機械設計、自動控制、仿生學、運動學等多領域，在多樣性、隨機性、復雜性的環(huán)境背景下，其對于環(huán)境感知的任務復雜度和實時性要求更高。二是單位價值高的服務機器人整體水平技術低下，發(fā)展速度緩慢。如醫(yī)用機器人的控制運動、精細組織操作和三維高清晰度的視覺能力要求高，僅少量發(fā)達國家有能力采用此類技術。

　　目前全球服務機器人市場僅有部分國防機器人、家用清潔機器人、農業(yè)機器人實現(xiàn)了產業(yè)化，而技術含量更高的醫(yī)療機器人、康復機器人等仍然處于研發(fā)試驗階段。全球個人和家用服務機器人的產品包括家庭作業(yè)機器人、娛樂休閑機器人、殘障輔助機器人和監(jiān)視機器人，其中家庭作業(yè)機器人中的除草機器人市場化程度高，產品種類多樣化。例如，達芬奇外觀機器人、擠奶機器人和軍用無人機已經形成成熟的產業(yè)鏈。

　　二、產業(yè)發(fā)展趨勢分析

　?。ㄒ唬C器人與信息技術深入融合

　　大數(shù)據和云存儲技術使得機器人逐步成為物聯(lián)網的終端和節(jié)點。一是信息技術的快速發(fā)展將工業(yè)機器人與網絡融合，組成復雜性強的生產系統(tǒng)，各種算法如蟻群算法、免疫算法等可以逐步應用于機器人應用中，使其具有類人的學習能力，多臺機器人協(xié)同技術使一套生產解決方案成為可能。二是服務機器人普遍能夠通過網絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控，多臺機器人能提供流程更多、操作更復雜的服務；人類意識控制機器人這一新操作模式也正在研發(fā)中，即利用“思維力”和“意志力”控制機器人的行為。

　?。ǘC器人產品易用性與穩(wěn)定性提升

　　隨著機器人標準化結構、集成一體化關節(jié)、自組裝與自修復等技術的改善，機器人的易用性與穩(wěn)定性不斷被提高。一是機器人的應用領域已經從較為成熟的汽車、電子產業(yè)延展至食品、醫(yī)療、化工等更廣泛的制造領域，服務領域和服務對象不斷增加，機器人本體向體積小、應用廣的特點發(fā)展。二是機器人成本快速下降。機器人技術和工藝日趨成熟，機器人初期投資相較于傳統(tǒng)專用設備的價格差距縮小，在個性化程度高、工藝和流程繁瑣的產品制造中替代傳統(tǒng)專用設備具有更高的經濟效率。三是人機關系發(fā)生深刻改變。例如，工人和機器人共同完成目標時，機器人能夠通過簡易的感應方式理解人類語言、圖形、身體指令，利用其模塊化的插頭和生產組件，免除工人復雜的操作。現(xiàn)有階段的人機協(xié)作存在較大的安全問題，盡管具有視覺和先進傳感器的輕型工業(yè)機器人已經被開發(fā)出來，但是目前仍然缺乏可靠安全的工業(yè)機器人協(xié)作的技術規(guī)范。

　?。ㄈC器人向模塊化、智能化和系統(tǒng)化方向發(fā)展

　　表1 2012-2014年美國工業(yè)機器人新裝機量情況

　　目前全球推出的機器人產品向模塊化、智能化和系統(tǒng)化方向發(fā)展。第一，模塊化改變了傳統(tǒng)機器人的構型僅能適用有限范圍的問題，工業(yè)機器人的研發(fā)更趨向采用組合式、模塊化的產品設計思路，重構模塊化幫助用戶解決產品品種、規(guī)格與設計制造周期和生產成本之間的矛盾。例如，關節(jié)模塊中伺服電機、減速機和檢測系統(tǒng)的三位一體化，由關節(jié)、連桿模塊重組的方式構造機器人整機。第二，機器人產品向智能化發(fā)展的過程中，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向開放性控制系統(tǒng)集成方向發(fā)展，伺服驅動技術向非結構化、多移動機器人系統(tǒng)改變，機器人協(xié)作已經不僅是控制的協(xié)調，而是機器人系統(tǒng)的組織與控制方式的協(xié)調。第三，工業(yè)機器人技術不斷延伸，目前的機器人產品正在嵌入工程機械、食品機械、實驗設備、醫(yī)療器械等傳統(tǒng)裝備之中。

　　圖3 2005-2014年韓國工業(yè)機器人市場規(guī)模變化情況

　?。ㄋ模┬滦椭悄軝C器人市場需求增加

　　新型智能機器人，尤其是具有智能性、靈活性、合作性和適應性的機器人需求持續(xù)增長。第一，下一代智能機器人的精細作業(yè)能力被進一步提升，對外界的適應感知能力不斷增強。在機器人精細作業(yè)能力方面，波士頓咨詢集團調查顯示，最近進入工廠和實驗室的機器人具有明顯不同的特質，它們能夠完成精細化的工作內容，如組裝微小的零部件，預先設定程序的機器人不再需要專家的監(jiān)控。第二，市場對機器人靈活性方面的需求不斷提高。雷諾目前使用了一批29公斤的擰螺絲機器人，它們在僅有的1.3米長機械臂中嵌入6個旋轉接頭的機器臂均能靈活操作。第三，機器人與人協(xié)作能力的要求不斷增強。未來機器人能夠靠近工人執(zhí)行任務，新一代智能機器人采用聲吶、攝像頭或者其他技術感知工作環(huán)境是否有人，如有碰撞可能它們會減慢速度或者停止運作。

　　三、主要國家機器人發(fā)展情況

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　　日本工業(yè)機器人發(fā)展主要經歷四個歷史階段。第一階段為搖籃期（1967-1970年），川崎重工業(yè)公司從美國Unimation公司引進先進的機器人技術，建立生產車間，并且于1968年制造出第一臺川崎機器人。第二階段為實用期（1970-1980年），日本工業(yè)機器人經歷短暫的搖籃期后迅速進入發(fā)展時期，工業(yè)機器人十年間的增長率達到30.8%。第三階段為普及提高期（1980-1990年），日本政府開始在各個領域廣泛推廣使用機器人，1982年日本的機器人產量約2.5萬臺，高級機器人數(shù)量占全球總量的56%，到1986年其機器人保有量已經達到 1 0萬臺，機器人產業(yè)生產總值超過3000億日元，到了1990年其生產總值超過6000億日元。第四階段為平穩(wěn)成長期（1990-2013），受到金融危機和日元貶值的影響，日本機器人產業(yè)在90年代中后期進入低迷期，2005-2009年，日本工業(yè)機器人市場規(guī)模呈下降態(tài)勢，2009年生產總值不到3000億日元，但是2011年生產總值開始回升。截至2014年，日本工業(yè)機器人保有量占全球機器人保有量的30%。

　　日本機器人產品以工業(yè)機器人為主。根據國際機器人聯(lián)合會的統(tǒng)計，2014年日本工業(yè)機器人的全球市場份額排名第一，工業(yè)機器人生產和安裝總量為12.7萬臺，銷售量約2.8萬臺，銷售額超過500億日元。2014年，日本的工業(yè)機器人產品按應用領域劃分為四類，分別是噴涂機器人、原材料運輸機器人、裝配機器人、清潔機器人。按照工業(yè)分支應用的比例為：自動化零部件工業(yè)占35.1%；電機械制造工業(yè)占27.3%；塑料制品工業(yè)占9.7%。數(shù)據顯示工業(yè)機器人在汽車和電子領域的應用比例高達62.4%，這兩類產業(yè)是推動日本國內機器人產業(yè)增速的引擎。

　　在出口方面，2005-2014年十年間，日本工業(yè)機器人出口量顯著高于內銷。2014年出口的工業(yè)機器人產品數(shù)量超過9.8萬臺，出口的工業(yè)機器人占總銷量的77.2%，出口額約3100億日元，比2013年的3013.4億日元增長了2.8%。日本工業(yè)機器人出口國多集中在亞洲國家，尤其是中國、韓國和菲律賓。

　　目前日本機器人產業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)是如何拓展應用領域。一方面，日本近年工業(yè)機器人在食品、藥品、化妝品“三品產業(yè)”領域有較快發(fā)展，與汽車和電子產業(yè)不同，“三品產業(yè)”的衛(wèi)生標準更高，解決衛(wèi)生標準需要更先進的技術支持。另一方面，日本服務型機器人開發(fā)領域雖然取得重要進展，但是產品量產的服務型機器人還很少。例如，醫(yī)療介護和災害救援的機器人已經研發(fā)出來，但是推廣普及仍然缺乏技術和制度的支持。

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　　美國工業(yè)機器人發(fā)展主要經歷四個歷史階段。第一階段是20世紀60年代至70年代，其工業(yè)機器人產業(yè)處于研究階段，1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，但由于當時本土的失業(yè)率高達6.65%，政府擔心機器人導致就業(yè)情況惡化，并未把工業(yè)機器人列入重點發(fā)展項目，美國市場的少量企業(yè)僅與大學合作進行初步的研發(fā)工作。第二階段是20世界70年代后期至80年代，美國政府與企業(yè)對于工業(yè)機器人的應用認識有了改變，制定機器人重點技術路線，機器人行業(yè)的發(fā)展集中于航空、核工程、海洋等特殊領域的高級機器人的開發(fā)，機器人的主要用戶是政府和軍方，機器人產業(yè)的市場化在此階段遠不及日本。第三階段是20世紀80年代中后期至90年代初期，美國政府真正開始重視工業(yè)機器人的研發(fā)和推廣，美國標準局和職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局開始商討并且建立美國機器人國家標準。隨著機器人制造商的生產技術日臻成熟，功能簡單的一代機器人逐漸不能滿足實際需要，美國開始重視開發(fā)具備視覺、觸覺、力感等功能的二代機器人。第四階段是90年代后期，美國在機器人軟件領域處于領先地位。在語音識別技術上，美國科技公司蘋果、谷歌和微軟都在加緊布局；在圖像識別領域，F(xiàn)acebook等公司的人像識別、圖像分析技術初露端倪。

　　美國是全球工業(yè)機器人第三大市場。受到生產自動化的發(fā)展趨勢以及美國重振制造業(yè)的戰(zhàn)略影響，2014年美國機器人市場規(guī)模達到2.6萬臺，較2013年增長了11%。但是機器人本體利潤少、技術含量低，美國制造機器人本體的制造商較少，更多的企業(yè)注重于技術方面的研發(fā)。截至2015年，美國共申請1.6萬余件相關專利。在機器人技術分類方面，除了機械手、控制單元、焊接、機床零件等基礎技術除外，美國的高智能、高難度的國防機器人、太空機器人已經開始投入實際應用。

　　為滿足美國制造廠商的現(xiàn)代化生產線需求，美國本土加速機器人的安裝工作，2010-2013年，美國機器人銷售額的年均復合增長率為18%。2014年1月，美國工業(yè)機器人保有量為22萬臺，制造業(yè)的工業(yè)機器人密度達到152臺/萬人，部分自動化工業(yè)領域工業(yè)機器人密度甚至達到1111臺/萬人。

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　　韓國機器人產業(yè)起步晚、發(fā)展速度快。韓國在上世紀 9 0年代初期建立了工業(yè)機器人產業(yè)體系，政府的推動作用對于韓國機器人產業(yè)發(fā)展起到了重要作用。2004年韓國政府啟動“無所不在的機器人伙伴”項目后機器人產業(yè)步入快速發(fā)展期。2008年，《智能機器人促進法》將機器人列為國家級戰(zhàn)略性產業(yè)，對于人才培育、質量把控和平臺搭建方面進行了頂層設計。2012年，韓國知識經濟部發(fā)布了十年為期的《機器人未來戰(zhàn)略2022》，計劃投資3500韓元使機器人產業(yè)規(guī)模拓展10倍。2013年，韓國知識經濟部基于該戰(zhàn)略制定了《第二次智能機器人行動計劃（2014-2018年）》，提出2018年韓國機器人國內生產總值要達到20萬億韓元，出口達到70億美元，占據全球20%市場份額的目標。

　　表2 2012-2014年德國工業(yè)機器人新裝機量情況

　　目前韓國是全球工業(yè)機器人第四大市場。2014 年，韓國機器人市場規(guī)模達到歷史第二高的2.47萬臺，較2013年增長16%，僅低于2011年的2.55萬臺。韓國工業(yè)機器人生產企業(yè)占全球 5 %的市場份額，機器人產品主要集中在汽車零部件，特別是電子零部件領域。

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　　德國工業(yè)機器人發(fā)展極為迅速。德國政府在工業(yè)機器人發(fā)展初期起到重要引領作用，20世紀70年代中后期，德國政府強制規(guī)定“改善勞動條件計劃”，在某些有毒、有害的崗位施行機器換人的計劃。近幾年，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經濟能源部聯(lián)手推行“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，將物聯(lián)網和信息技術引入制造業(yè)，打造智能化生產模式。

　　德國是歐洲最大的機器人市場，也是世界第五大機器人市場。2014年其工業(yè)機器人市場規(guī)模超過2萬臺，較2013年增加10%。2010-2014年，德國工業(yè)機器人年均增長率約為9%，主要推動力是汽車產業(yè)。根據德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會（VDMA）統(tǒng)計，2014年德國工業(yè)機器人密度為282臺，是法國的兩倍、英國的四倍。