国内机器人专利发展趋势

据《中国机器人产业发展报告(2018)》显示,中国工业机器人市场发展迅速,约占全球三分之一的市场份额,是全球最大的工业机器人应用市场。据统计,2017年,我国工业机器人销量达到13.8万台,同比增长30%。预计2018年销量将突破15万台,市场规模将达到62.3亿美元。到2020年,国内市场将进一步扩大至93.5亿美元。

此外,我国服务机器人市场规模迅速扩大,成为机器人市场应用的一大亮点。2018年,中国服务机器人市场规模有望达到1840亿美元,同比增长约43.9%,高于全球服务机器人市场增速。到2020年,随着停车机器人、超市机器人等新兴应用场景机器人的快速发展,中国服务机器人市场规模有望超过40亿美元。

经过近40年的发展,我国机器人技术在基础研究、产品开发和制造水平上实现了突破和跨越,但与发达国家的差距依然存在。只要我们不懈努力,迎头赶上,中国机器人一定会在世界机器人舞台上绽放中国制造的魅力。

中国机器人产业的短板

随着中国机器人市场的成熟,中国的关键技术突破和多元化应用取得了积极进展,但不可否认的是,国产机器人的市场竞争力仍然不强,核心技术仍然是中国机器人产业补齐短板、爬上价值链的关键。

如今,围绕大数据、物联网、人工智能等新兴技术的创新应用,“制造业皇冠上的明珠”机器人产业正处于技术突破和产业变革的前沿,正在成为中国经济新常态下的新动能。《2018中国机器人产业发展报告》显示,中国机器人市场进入高速增长期。2018年,中国机器人市场规模有望达到87.4亿美元,2013年至2018年平均增长率为29.7%。但在巨大的市场体量下,中国工业机器人市场70%是国外品牌,这说明“中国自主品牌产品性能与重点行业高端应用需求的矛盾依然存在”,国产机器人在高端应用领域缺位。

突破核心技术是重点。

虽然中国自主品牌机器人在高端应用方面竞争力较弱,但随着国产工业机器人应用行业不断扩大,应用范围更广,普及率更高,中国在一些关键技术突破和多元化应用方面取得了积极进展。目前,我国已将突破机器人关键核心技术作为科技发展的重要战略。工业机器人方面,国内厂商在减速器、伺服控制、伺服电机等关键核心部件领域攻克了一些难题,核心部件国产化趋势逐渐显现。应用范围迅速扩展到塑料、橡胶、食品等子行业。继汽车、电子之后,五金卫浴、家具、家电也成为国产工业机器人的主要应用领域。在服务机器人方面,智能相关技术基本与国际领先水平并驾齐驱。中国在人工智能领域的技术创新正在加速,中国的专利申请量与美国处于同一数量级,特别是计算机视觉、智能语音等应用级专利的快速增长,催生了一批创新创业企业。特种机器人方面,政策引导带动特种机器人技术水平不断提升,特种无人机、水下机器人等产品研发取得新进展。目前,在特种机器人领域,我国已初步形成特种无人机、水下机器人、搜救/爆炸物处理机器人等系列产品,并在部分领域形成优势。

工业机器人是一种装有记忆装置和终端执行装置的通用机器,可以完成各种动作或过程来代替人类劳动。通常在生产中,它可以代替工人做一些单调、频繁、重复的长时间作业,或者在危险、恶劣的环境中作业。可以提高生产效率和产品质量,是企业补充和替代劳动力的有效方案。

目前工业机器人的发展特点是高速、精密、机体机构紧凑、自由度多、刚性提高,关键领域也要求重载或响应速度快。比如汽车生产中的焊接机器人负载大多在150-300Kg之间,而电子领域的装配机器人需要对装配线上的配件做出快速反应。

在机械传动领域,减速器是连接动力源和执行机构的中间装置。通常是啮合电机、内燃机等的高速运转动力。用输入轴上的小齿轮来达到减速和传递更大扭矩的目的。目前比较成熟和标准化的减速器有:圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星减速器、行星齿轮减速器、RV减速器、摆线针轮减速器、谐波减速器。20世纪八九十年代以来,在航空航天、机器人、医疗器械等新兴产业发展的需求下,需要结构简单紧凑、传动功率大、噪声低、传动平稳的高性能精密减速器,其中RV减速器和谐波减速器是两种重要的精密减速器。

精密减速器的应用领域

六轴工业机器人中精密减速器的位置分布

RV(旋转矢量)减速器

RV减速器是在摆线针轮传动的基础上发展起来的,具有两级减速和中心盘支撑结构。自1986投入市场以来,以其传动比大、传动效率高、运动精度高、侧隙小、振动低、刚性高、可靠性高等优点,一直是机器人的“御用”减速器。

纳博特斯克RV系列减速机结构图

纳博特斯科RV系列减速器

谐波减速器

谐波减速器由谐波发生器、柔性理论和刚性轮三部分组成。其工作原理是谐波发生器使柔轮产生可控的弹性变形,通过柔轮与刚轮的啮合传递动力,达到减速的目的。根据波形发生器的不同,有凸轮式、滚轮式和偏心盘式。谐波减速器传动比大,外形小,零件少,传动效率高。单机传动比可达50-4000,传动效率可达92%-96%。网页链接