从制造业对工业机器人的应用需求和工业机器人技术发展趋势来看,未来工业机 器人必然向具备良好的安全性、灵活性和易用性，可实现人机协作等方向发展。与大 数据、云计算、物联网、人工智能等新技术相融合，将成为工业机器人技术发展的重要方向。同时也将带动如工业机器人控制系统和机器人示教器等上下游装备产业协同发展。

一、工业机器人产业发展方向，技术方面

1 .人机交互与协作技术

人机交互技术是能够使人类与机器人一起工作的技术。为突破当前工业机器人只 能利用专用设备进行人机交互的局限，必须大力发展人机交互技术、安全合作技术， 需要研究并设计各种智能人机接口，如多语种语言、自然语言理解、图像、手写识别 等，提高人与工业机器人交互的和谐性。重点研究"多模态人-机自然交互方法与技 术”，具体包括：非编程的、人-机器人直接示教技术，基于语音指令集及机器人自主识别的语音交互技术，基于手势/姿态指令集及机器人自主识别的视觉交互技术，生-机-电融合交互技术，以及人机多层次指令融合技术等。

2.多机器人智能协作技术

随着机器人技术、智能化控制技术和模式识别技术、无线网络和云计算技术的飞速发展，以及全球范围内劳动力成本的攀升和巨大的生产需求的出现，新一代工业机器人的研制成为行业热点。与传统独立工作机器人和简单作业系统相比，未来工业机器人具有网络化、模块化、智能化和协作式工作特点。通过网络控制技术、多机器人系统技术、智能优化和协同技术完成复杂大型任务的多机器人智能协作。其中，网络化将在总线网络控制技术基础上融合物联网技术、4G和5G移动通信技术等，实现设备层、操作层和管理层的无缝连接；智能化是指融合3D感知技术、多传感器融合技 术、智能伺服控制技术，实现复杂环境任务操作的智能化和简单化。

3.微纳机器人技术

微纳机器人包含面向微纳操作目标的微纳操作机器人和本体为微纳尺度的微纳米型机器人两大类。在制造领域，如何发挥微纳米机器人在微观世界中的作用是机器人技术由宏观向微观发展的新方向。针对纳米观测、纳米制造中的关键科学问题，重点发展机器人本体尺寸在微米级到纳米级的微纳米机器人技术，实现其在狭小空间的无线供能、精确运动控制以及对纳米材料的抓取和定点放置功能。面向规模化纳米制 造，发展多纳米机器人的协调控制及规模化、自动化纳米装配制造方法，为从分子到 宏观物体的跨尺度制造提供技术方案。

4.机器人云技术

当前市场主流的单体机器人的存储和计算能力都仅限于本机，而智能化则要求更多的知识存储、检索以及推理计算能力，单体机器人很难满足这一需求。云服务能够提供海量的存储、便捷的信息检索以及强大的超级计算能力。工业机器人与互联网、云服务结合后，可以将处理复杂运算、存储海量信息的任务交给处于云端的大脑完成，机器人本身只需要配置能执行交互命令、运动控制和数据传输的简单的小型化、低成本、低功耗处理器。这样做可极大地提高机器人的智能化程度，拓展其推理计算、知识获取、信息存储的能力，快速便捷地实现机器人功能和性能的升级，从而达到实现更多智能应用并降低成本的目的，使得机器人能够进入千家万户。

5.机器人环境感知技术

环境感知是指从视觉、听觉、触觉等方面产生的对周围环境的感受。机器人视觉技术是使机器人具有视觉感知功能的技术，机器人视觉可通过视觉传感器获取环境的图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体并确定其位置。机器人听觉技术指利用传感技术，使机器人具有类似人的听觉功能，提高机器人与外界的交互能力。机器人触觉技术指采用触觉传感器，使机器人拥有类似人类皮肤的敏感触觉，能够让机器人对物体的外形、质地和硬度更加敏感，最终胜任医疗、勘探等一系列复杂工作。为此，需重点研究人脸追踪技术、物体识别技术、动作识别技术、场景识别技术、语言识别技术、多语种识别技术、声纹识别技术、触觉传感技术和多传感融合技术等。

6.机器人自主学习、自主行为技术

机器人自主学习是实现机器人知识经验积累、智能发育的过程，机器人自主学习技术可以使机器人突破只能在人为设定任务框架下进行决策的局限性，提高机器人的适应性。重点需要解决三个方面的技术难题：基于人脑智力形成及发育机理的类人智能行为建模；知识的获取、表示与抽象方法，以及可实现知识存储、更新及在线检索的智能发育模型及自主学习技术；面向与人共融机器人平台的自主知识获取，以及人机智能行为协同与决策等实用化技术。

在机器人自主学习技术的研究基础上，研究机器人自主行为技术，即研究广义行为环境的感知与理解技术，解决机器人对动态以及非结构化环境的认知问题，研究面向人机互助的优化决策技术，解决面对复杂环境与任务的行为决策问题。

7.机器人自主编程技术

当前在机器人的应用中，手工示教编程仍占主导地位，但是随着人们对产品质量和生产效率要求的提高，编程周期长、示教精度低的手工示教编程已不能满足需求，机器人自主编程取代手工示教编程已成为必然的发展趋势。机器人自主编程技术是利用传感器的反馈信息，自动生成作业程序的技术。机器人自主编程技术的重点发展方向包括：基于视觉反馈的自主编程技术、基于激光结构光的自主编程技术、多传感器信息融合自主编程技术。

8.机器人灵巧作业技术

人类经过长期学习训练后能对操作对象具有快速连续反应作业的运动技能。通过探究人体对高速物体快速连续反应作业行为机制，开展具有快速连续反应和快速运动能力的灵巧臂单元技术研究，经过学习训练并积累储存相应作业环境下的"知识"， 并在作业过程中根据"知识"库中相应信息，解决灵巧臂动作过程中存在的问题。同 时重点探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比；重点发展一体化关节、灵 巧手、柔性驱动机构、类人结构等。

9.机器人极端环境适应技术

极端环境下工作的机器人会受到各种各样恶劣环境条件的影响，如核极端环境、极端温度、极端电压、极端压力等外界因素都将对机器人系统的感知、决策与执行产生不可忽略的影响。突破极端环境适应技术以解决极端环境下机器人工作问题，取代人类繁重工作，完成极端环境下各种人类不可能完成或较难完成的作业任务。

10.基于多元信息融合的机器人控制技术

随着传感器技术、电子技术、信号处理技术及精密机械加工技术的迅速发展，机器人系统集成的传感器越来越多，获取的信息越来越繁杂。特别是在以工业机器人为代表的工业自动化领域，这种发展趋势越来越明显。随着机器人技术的发展，人们希望机器人可以更好地理解环境、感知自身状态，从而更可靠地进行推理决策和行为控制。这就要求在机器人设计中应用多种传感器以获取多方面的信息，并对这些信息进行有效的分析和处理，使机器人做出可靠的推理决策。


二、工业机器人产业发展重点，核心竞争力

1.重点产品

实现多关节工业机器人、并联机器人、移动机器人的本体开发及批量生产，使国产工业机器人在焊接、搬运、喷涂、加工、装配、检测和清洁生产等方面实现规模化集成应用。
积极研发能够满足智能制造需求，特别是与小批量定制、个性化制造、柔性制造相适应的，可以完成动态、复杂作业使命，可以与人类协同作业的新一代工业机器人。

2.关键零部件

(1)机器人用高精密摆线针轮减速器传动精度和回差在全生命周期保持小于1' ,在额定工况下的传动效率大于80%,噪声小于75dB,温升小于45°C,寿命大于 6000hz额定输出转矩100~6000N-m,加速度转矩200 ~ 12000N-m,瞬时加速转 矩500~30000N-mo
(2)机器人用高精密谐波减速器传动精度和回差在全生命周期保持小于1',在 额定工况下的传动效率大于80%,允许最高输入转速6000r/min,寿命大于10000h, 额定输出转矩4~ 500N・m,加速度转矩8 - 1100N m,瞬时加速转矩16 ~ 2200N・m。
(3)高速高性能机器人控制器高速总线接口，控制轴数为8轴，插补周期小于 1ms。
(4)伺服驱动器供电电压220-380V,连续输出电流为1~50A;过载能力：承 受2倍过载的持续时间为2s、3倍过载的持续时间为1s、5倍过载持续时间为0.3s;空 载速度环带宽：1000Hz以上；通信方式CAN、EtherCAT. Power Link总线接口。
(5)高精度机器人专用伺服电动机供电电压为220~ 380V,功率为0.1 -15kW;过载能力：承受2倍过载的持续时间为2s、3倍过载的持续时间为1s、5倍过载 持续时间为0.5s;转速为1500~6000r/min,额定输出转矩0.32~32N・m,峰值转矩 为 1.6~160Nm。
(6)传感器重点开发关节位置、力矩、视觉、触觉、光敏、电子皮肤、高频测 量、激光位移等传感器，满足国内工业机器人产业的应用需求。
(7)末端执行器重点开发装在工业机器人手腕前端，用以直接执行工作任务， 能够实现灵巧作业、重载抓起、柔性装配、快速更换的末端执行器。

3.关键共性技术

(1)整机技术以机器人的谱系化设计和批量化制造，提高机器人产品的控制性 能、人机交互性能和可靠性性能，提高机器人负载/自重比、人机协作安全为目标，分阶段开展关键共性技术攻关。
(2)部件技术以突破机器人关键部件，满足国内市场应用，满足人机协作机器人的关键部件需求，满足新型机器人关键部件需求为目标，分阶段开展关键共性技术攻关。
(3)集成技术以提升机器人任务重构、偏差自适应调整的能力，提高机器人在人机共存环境中完成复杂任务的能力为目标，分阶段开展关键共性技术攻关。

4.关键材料

机器人技术的进步、市场规模和品类的扩大，不仅带动相关材料需求规模的增加，同时对相关材料的性能、种类也将提出更高的要求。
多材料组合的轻量化结构是机器人发展的一个方向，铝合金、钛合金、镁合金等高性能轻质合金材料，以及高性能复合材料将是机器人发展过程中常见和应用较多的轻量化材料。
灵活化与智能化是机器人的发展方向，相应的机器人用功能材料的研究热点也集中于此。未来，柔性导电材料、柔性半导体材料、电能转换材料、热能转换材料、机械能转换材料等功能材料的开发和应用，将推动机器人向着更灵活、更智能方向发展。
仿生是机器人的未来发展方向之一，人工肌肉材料、生物材料等仿生材料的发展，使机器人拥有更多类似于生物的形态与功能，能够在更多复杂环境中完成各类任务。

5.关键专用制造装备

(1)机器人高效自动化装配线加快发展机器人整机制造过程中用于装配、检测、打标、包装等工序的成套生产装备，降低人工成本，提高机器人产品的一致性、可靠性、可维护性。
(2)关键部件生产制造装备重点发展机器人高精密减速器、高性能机器人专用伺服电动机和伺服驱动器等关键部件所需的锻造、热处理、精密加工等设备，重点发展一体化关节等新一代机器人所需关键部件的生产制造装备。
(3)检测设备重点发展激光跟踪仪、振动分析仪等机器人性能检测设备，以促进机器人关键性能的提升。