刍议工业机器人的发展现状与趋势
摘要 从20世纪开始，工业机器人诞生伊始就开始得到了不断发展与推广。现如今，工业机器人经过几十年的发展已经日趋完善，在工业制造业方面得到了普遍应用。本文从工业机器人的起源和发展现状开始阐述，研究其发展趋势，为人们更好地了解工业机器人奉献出自身的一点微薄之力。
关键词 工业机器人；运动控制器；发展现状；发展趋势
1 工业机器人概述
机器人一词来自捷克语“robota”，它是作家想象中具有人形特征的一些机械设备，是一种人造的勞动力。工业机器人诞生于20世纪六十年代，并在九十年代迅速发展[1]。工业机器人集成了最先进的机器人技术，涉及学科知识复杂，包括计算机、人工智能等等，其属于当代热门的研究领域，可以说工业机器人的产生为制造业的大规模生产带来了全新的方案。
工业机器人其实是自动化设备的总称，它可以快速、高效、准确地实现特殊功能。工业机器人的出现是为了完成既定的任务，由于工业机器人的构造类似于人类的手臂，一般而言工业机器人通常也被称为机械手或者机械臂，如下图1所示。我国工业机器人从使用发展到已有近20年的时间，实现了从试验引进向自主发展的转变，促进了我国制造业、勘探业等产业的发展。随着国内改革开放的逐步深入，工业机器人产业面临着越来越大的竞争和冲击。
2 工业机器人及其运动控制器发展现状
2.1 工业机器人国内外发展现状[2]
2017年全球工业机器人销量达到200万台，同比增长18%。其中，我国工业机器人市场销量超过31.6万台，继续保持全球第一大工业机器人市场的地位。但是，按机器人密度来看，即每万名员工对应的机器人保有量，我国不足30台，远低于全球约为50多台的平均水平。
2016年机器人产业将继续保持快速增长，今年一季度我国工业机器人产量为11497台，同比增长19.9%。此外，数据显示，2015年我国自主品牌工业机器人生产销售达22257台，同比增长31.3%。国产自主品牌得到了一定程度的发展，但与发达国家相比，仍有一定差距。
2.2 工业机器人核心——运动控制器的国内外现状
工业机器人中的运动控制器是工业机器人当中最最重要的一个部件，它在一定程度上限制了机器人的发展。自上个实际八十年代初以来，国内外许多行业，尤其是微电子行业大力提高通用运动控制的使用。然而，国内运动控制器发展和
应用还不成熟。
现如今，国内运动控制器研究大致可分为三类[3]：
第一类是以单片机或微处理器为核心的运动控制器，通常应用于要求不高的低速运行控制和轨迹要求不高的轮廓控制方面。
第二类以专用芯片为核心处理器，该控制器结构简单，输出脉冲信号，主要应用于开环控制工作环境中。
第三类是基于PC总线的DSP和FPGA为核心处理器的运动控制器，将PC信息处理能力和开放性特点与运动控制器复杂的轨迹控制相结合，具有高度的开放性，而且轨迹控制精度高，通用性良好。
3 工业机器人及其运动控制器的发展趋势
3.1 工业机器人的发展趋势
未来全球工业机器人产业发展趋势有以下几个特点：大国政策主导，促使工业市场成长。工业发达国家，如德国工业提出4.0机器人计划、日本新机器人战略、美国先进制造伙伴计划，中国制造2025计划等等，这些发展战略中工业机器人行业的发展是其中一个重要组成部分。因此，未来工业机器人市场必然继续增长，以汽车行业为例，其依然是工业机器人的最大用户，由于日本、德国等国家都是主要的汽车制造大国，未来工业机器人主要需求仍在于汽车工业；2016–2020年仍将维持增长态。
IFR认为，2016年–2020年，美洲和欧洲的机器人销量预计年均增长6%，在亚洲和澳洲预计年均增长16%。至2017年底，全球范围内工厂工业机器人保有量达200万台。同时行业发展也存在相关风险：欧元区风险犹存，地缘风险如俄罗斯和乌克兰之间的冲突导致其余西方世界的关系紧张等等。因此，无论从经济角度还是安全角度，未来的外资和国内本土机器人供应商之间竞争将会越来越激烈，具有众多人力资源与先天条件的国内市场各种机器人的增长潜力巨大。
3.2 工业机器人核心——运动控制器的发展趋势
近年来，运动控制器技术日益成熟，其作为一种独立的工业自动化和控制产品已经被越来越多的行业所接受，市场规模越来越大。目前，运动控制器从结构上主要有三种发展趋势：
第一类是基于计算机标准总线的运动控制器，它采用的是开放式结构，运动控制器与计算机相结合，大部分采用DSP或微电脑芯片作为CPU，从而能够完成运动规划、高速实时插补、PLC等等诸多功能。
第二类是SOFT开放式运动控制器，运动控制软件完全安装在计算机中，硬
件部分只是利用外部I/O通用接口实现计算机与伺服驱动器之间的连接。利用开放的运动控制内核，能够开发各种高性能的运动控制系统，灵活性更强。
第三类是嵌入式结构，将计算机嵌入到运动控制器中，其能够独立运行。通过计算机总线实现两者之间的通信，其本质上是基于总线结构运动控制器的变形。相对于标准的总线型计算机模块，该种运动控制器使用更可靠的总线连接，更适合工业应用。
参考文献
[1] 孙亭，李成刚，吴洪涛.通用开放式六轴工业机器人运动控制卡设计[J]. 机械与电子，2015，（05）：69-71.
[2] 赵杰.我国工业机器人发展面临的挑战[J].航空制造技术，2012，408（12）：26-29.
[3]刘建平，秦现生，白晶，等.基于PMAC的六自由度关节工业机器人码垛控制系统[J]. 机械与电子，2013，（12）：63-66.
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