一,、產(chǎn)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(chǎn)業(yè)誕生后,，經(jīng)過近60年發(fā)展,，機器人已經(jīng)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(chǎn)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(wǎng)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(jù)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?qū)Ｓ梅諜C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(jù)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(nèi)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%。
?。ㄈ┕I(yè)機器人發(fā)展高度集中
工業(yè)機器人的主要產(chǎn)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(jù)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(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(qū)動,，與人均可支配收入提升和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù),、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(nèi)銷及出口結(jié)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(nóng)業(yè)機器人實現(xiàn)了產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈,。
二、產(chǎn)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(jù)和云存儲技術使得機器人逐步成為物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡融合，組成復雜性強的生產(chǎn)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(chǎn)解決方案成為可能,。二是服務機器人普遍能夠通過網(wǎng)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。
?。ǘC器人產(chǎn)品易用性與穩(wěn)定性提升
隨著機器人標準化結(jié)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(jīng)從較為成熟的汽車、電子產(chǎn)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(chǎn)品制造中替代傳統(tǒng)專用設備具有更高的經(jīng)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(chǎn)組件，免除工人復雜的操作?，F(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(jīng)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,。
?。ㄈC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(chǎn)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(chǎn)品設計思路,，重構模塊化幫助用戶解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設計制造周期和生產(chǎn)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(chǎn)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(qū)動技術向非結(jié)構化,、多移動機器人系統(tǒng)改變,，機器人協(xié)作已經(jīng)不僅是控制的協(xié)調(diào)，而是機器人系統(tǒng)的組織與控制方式的協(xié)調(diào),。第三,，工業(yè)機器人技術不斷延伸，目前的機器人產(chǎn)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
（四）新型智能機器人市場需求增加
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(diào)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(zhì),，它們能夠完成精細化的工作內(nèi)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(zhuǎn)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
（一）日本
日本工業(yè)機器人發(fā)展主要經(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)達到 1 0萬臺,，機器人產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值超過3000億日元,，到了1990年其生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)總值不到3000億日元，但是2011年生產(chǎn)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(chǎn)品以工業(yè)機器人為主,。根據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(jù)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(chǎn)業(yè)是推動日本國內(nèi)機器人產(chǎn)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(nèi)銷,。2014年出口的工業(yè)機器人產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)”領域有較快發(fā)展,，與汽車和電子產(chǎn)業(yè)不同,，“三品產(chǎn)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(chǎn)品量產(chǎn)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(jīng)研發(fā)出來,，但是推廣普及仍然缺乏技術和制度的支持,。
（二）美國
美國工業(yè)機器人發(fā)展主要經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)開始投入實際應用。
為滿足美國制造廠商的現(xiàn)代化生產(chǎn)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,。
（三）韓國
韓國機器人產(chǎn)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(chǎn)業(yè)體系，政府的推動作用對于韓國機器人產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè),，對于人才培育,、質(zhì)量把控和平臺搭建方面進行了頂層設計。2012年,，韓國知識經(jīng)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(chǎn)業(yè)規(guī)模拓展10倍。2013年,，韓國知識經(jīng)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(nèi)生產(chǎn)總值要達到20萬億韓元，出口達到70億美元,，占據(jù)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(chǎn)企業(yè)占全球 5 %的市場份額,，機器人產(chǎn)品主要集中在汽車零部件，特別是電子零部件領域,。
?。ㄋ模┑聡?/strong>
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(jīng)濟能源部聯(lián)手推行“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略,，將物聯(lián)網(wǎng)和信息技術引入制造業(yè),，打造智能化生產(chǎn)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(chǎn)業(yè),。根據(jù)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,。