中国工业机器人发展趋势与前景分析研究报告【179页】

20092011年中国工业机器人年中国工业机器人发展趋势与前景分析报告发展趋势与前景分析报告2010年10月兰信（北京）投资顾问有限公司目录第一章全球机器人市场研究分析7第一节机器人定义及分类7一机器人定义7二机器人发展史7三机器人的分类9第二节全球工业机器人市场8一工业机器人产业规模分析8二全球区域市场结构分析9三全球重点国家市场分析10四工业机器人产品结构分析11第三节20102012年市场预测12一近期市场发展预测12二未来市场发展预测14第四节全球清洁机器人17一清洁机器人产品概况17二产品未来发展趋势25三2010年清洁机器人市场27第五节工业机器人用电机驱动系统27一机器人对关节驱动电机的主要要求27二电机的细分28三常用的减速机构29四驱动器种类30第二章重点国家产业分析日本32第一节日本机器人产业调研报告32一日本机器人技术研发单位32二日本机器人产业的优劣势35三日本机器人产品厂商36第二节日本服务型机器人市场38一20092012年市场规模分析38二日本服务型机器人生命周期39三日本服务型机器人细分市场规模41第三节人型机器人市场42一产品定义42二20092012年市场规模分析43三2009年日本厂商竞争格局44第四节兴趣型机器人市场46一产品定义46二20092012年市场规模分析47三2009年日本厂商竞争格局48第五节治疗型机器人市场50一产品定义50二20092012年市场规模分析51三2009年日本厂商竞争格局54第六节保全机器人市场54一专业保全机器人55二居家保全机器人58第三章重点国家地区产业分析台湾62第一节台湾工业用机器人62一台湾工业机器人技术趋势62二台湾工业机器人SWOT分析62三台湾工业机器人技术能力分析65第二节台湾产业上游竞争力68一控制器组件分析69二传感器组件分析71三驱动器组件分析72第四章重点国家产业分析韩国77第一节韩国产业概况77一韩国政府政策77二韩国产业与研发动向77三韩国主要研发机构与协会78第二节韩国智能机器人产业81第五章中国机器人产业调研分析83第一节产业发展历史及现状83一中国机器人发展历史83二国内机器人市场规模分析87三工业机器人市场应用领域89四工业机器人区域应用特性90第二节机器人进出口分析94一2009年机器人进口分析94二2009年机器人出口分析94第三节国内产业技术及动态95一国外机器人的最新进展95二国内机器人技术分析97三最新技术发展动态99第六章市场竞争格局及企业分析106第一节机器人市场竞争格局106一外资进入动态分析106二市场竞争主体结构106第二节沈阳新松机器人自动化107一企业概况107二2009年经营状况分析109第三节哈尔滨博实自动化设备111一企业概况111二2009年经营状况分析114第四节海尔哈工大机器人技术115一企业概况115二2009年经营状况分析115第五节丰裕电机工程116一企业概况116二2009年经营状况分析117第六节上海机电一体工程117一企业概况117二2009年经营状况分析118第七节哈尔滨焊接研究所118一企业概况118二2009年经营状况分析119第八节上海富安工厂自动化119一企业概况119二2009年经营状况分析120第九节华恒焊接技术设备121一企业概况121二2009年经营状况分析122第十节首钢莫托曼机器人123一企业概况123二2009年经营状况分析124第十一节上海广茂达伙伴机器人127一企业概况127二2009年经营状况分析127第十二节安徽江淮自动化装备129一企业概况129二2009年经营状况分析129第七章机器人未来发展前景分析131第一节机器人未来发展趋势131第二节产业发展优劣势分析132一产业发展优势分析132二产业发展劣势分析135第八章工业机器人上下游行业分析138第一节钢铁市场分析138一2009年钢铁市场供需现状138二2009年钢铁市场价格变化144三2010年钢铁市场趋势预测145第二节工业机器人下游行业分析146一下游行业相关性分析146二下游行业对工业机器人行业的影响149三2009年工业机器人配套产业发展现状152第九章我国工业机器人行业发展分析156第一节我国工业机器人发展分析156一我国工业机器人发展历程与现状156二我国工业机器人研发历程与现状158三我国工业机器人主要应用领域分析159四国内主要机器人公司160五深圳发展机器人产业优势分析161第二节我国工业机器人市场分析163一国内工业机器人市场销售情况163二国内工业机器人市场特征分析164三2009年我国工业机器人市场情况166第十章我国工业机器人产业经济运行分析与进出口情况168第一节中国工业机器经济运行与进口情况168第二节我国工业机器人出口情况168第十一章工业机器技术发展分析170第一节30多年来工业机器人技术发展分析170第二节我国工业机器人技术发展现状与走势172第三节工业机器人技术发展其他情况175一有视觉工业机器人技术及其对生产效率的影响175二核工业机器人技术分析176第一章全球机器人市场研究分析第一节机器人定义及分类一机器人定义在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。二机器人发展史1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔恰佩克在他的科幻小说罗萨姆的机器人万能公司中，根据ROBOTA捷克文，原意为“劳役、苦工”和ROBOTNIK波兰文，原意为“工人”，创造出“机器人”这个词。1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人ELEKTRO。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。1948年诺伯特维纳出版控制论，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。1954年美国人乔治德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。1956年在达特茅斯会议上，马文明斯基提出了他对智能机器的看法智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂UNIMATION公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”意思是万能搬运,与UNIMATION公司生产的UNIMATE一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。1962年1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。1965年约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出BEAST机器人。BEAST已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。世界第一台智能机器人SHAKEY1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人SHAKEY。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。SHAKEY可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。1973年世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国CINCINNATIMILACRON公司的机器人T3。1978年美国UNIMATION公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。1984年英格伯格再推机器人HELPMATE，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言“我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全”。1998年丹麦乐高公司推出机器人MINDSTORMS套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝AIBO，当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。2002年美国IROBOT公司推出了吸尘器机器人ROOMBA，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。ROOMBA是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。IROBOT公司北京区授权代理商北京微网智宏科技有限公司HTTP/WWWMICRONETNETCN。2006年6月，微软公司推出MICROSOFTROBOTICSSTUDIO，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。三机器人的分类家务型机器人能帮助人们打理生活，做简单的家务活。操作型机器人能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。示教再现型机器人通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。学习控制型机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。智能机器人以人工智能决定其行动的机器人。我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。空中机器人又叫无人机器，近年来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界之首位。第二节全球工业机器人市场一工业机器人产业规模分析图1全球工业机器人装置量与总市值图产业用机器人的发展随着技术提升、使用顾客的需求及整个环境的改变而产生不同的变化，图1可以观察到产业用机器人的市值在2006年达到57亿美元，年度装置量112,203台，而在产业用机器人相关应用系统的总市值达到170亿美元。举例而言，过去产业用机器人只有单轴的运动方式（如XYTABLE机器人），主要应用在一般的机械加工或是单纯的轻型物品取放，但随着产业环境的改变，产业用机器人对功能性要求越来越高，包含取放动作更复杂、负载重量越来越大、对环境的敏感度越来越高等，相对的所需要的技术复杂度也将越来越高，所幸过去动辄往往好几千万台币的产业用机器人，因为技术能力提高而使得每单位平均售价不断的下降，产业用机器人已不再是只有欧美先进国家厂商才有能力购买的生产设备，亚洲新经济体也开始引进产业机器人以提升生产力。二全球区域市场结构分析一般产业用机器人依用途而言可以概分为搬运机器人、焊接机器人、组装机器人、一般加工机器人及其它（半导体及FPD无尘室清洁机器人），表一为全球产业用机器人种类装置量排名，在不同的机种进口量方面前五名的国家重复率相当高，尤其是日本，在各类机种的装置量几乎都独占鳌头，反应出其稳固雄厚的工业基础能力。比较值得注意的是中国在焊接机器人的装置量在2006年装置量排名上升至第五名，搬运用机器人的装置量也上升至第六，其各产业需求量有显著增加的趋势，另外韩国2006年在各项机器人装置量也全部上榜，值得注意的是韩国在产业用机器人近年来的发展也如同其半导体及汽车产业一样有不容忽视的潜力，台湾在搬运用机器人装置量方面则是由2005年的第五名退步到2006年的第九名。表一2006年世界主要工业机器人种类装置量排名表另外，在2005年到2006年各类产业用机器人的装置数量都有减少的趋势，由图4可以发现，其中又以焊接用机器人所减少的数量最为明显，推测其原因可能是因为全球最大汽车市场美国，消费者受原物料价格飙涨及恐怖攻击事件等影响再加上通货膨胀因素而降低消费者的采购意愿，连带降低厂商投资产业用机器人的意愿。图4各类工业机器人装置数量三全球重点国家市场分析图2各地区年度装置量随着亚洲地区代工产业模式兴起，为了提高生产力有越来越多的亚洲地区国家也开始大量引进产业用机器人，如韩国与大陆等国家，再加上近几年日本经济复苏，各项产业对于产业用机器人的需求量增加，使得产业用机器人市场需求慢慢由欧美地区转移到亚洲地区，亚、澳地区在2004年到2005年的装置数量大幅增加，已成为产业用机器人需求量最高的地区。然而，随后又因为2006年全球经济受到美国景气衰退的影响，装置量小幅度拉回，尤其是汽车及零组件产业、半导体产业等装置量相较于2005年更是有明显的衰退，从图2中可以发现除了欧洲地区的装置量有成长之外，其它地区装置量都呈现小幅衰退的现象。进一步的挑选出各区域主要的装置国家检视其市值的变化状况如图3所示，日本为市值萎缩幅度最大的国家，将近萎缩了224，推测其原因可能是因为2005年大幅度的投资在汽机车及电子产业的装置量已经足够支撑2006年的生产量，因此对产业用机器人设备的需求预估将转向化学及食品产业；另外韩国的装置量也从2005年的13,000台减少至10,800台，主要的装置需求则是由电子产业转移到汽车及通讯产业；美国虽然在塑料化学产业的装置量有明显的增加，但在汽车产业装置需求量却呈现大幅度的减少，不过这样的情况可能只是短暂的现象，在亚洲及欧洲国家的竞争对手厂商宣布他们将大量投资在北美洲地区设备厂房的威胁下，美国RIA（ROBOTICSINDUSTRYASSOCIATION）指出2007年的前半年已经有许多的公司陆续提出设备订单，可见在2007年美国在产业用机器人的装置量将会有提升的机会。图3各国产业用机器人市值四工业机器人产品结构分析汽车市场2004年到2006年间，汽车供货商在投资的策略上有了重大的改变，主要汽车市场北美、日本及西欧国家发生了停滞甚至衰退的情况，这使得这些区域的汽车供货商采取合并生产线来降低开发成本并稳固市场占有率，所有汽车制造商开始转往集中投资于成长中的汽车市场如印度、南美洲、东南亚及东欧等国家。电子电机市场电子电机产业在亚洲国家成长的非常迅速，如日本、南韩及台湾，最近在中国、印度及东南亚国家也快速的崛起，因此在这些地区的产业用机器人的存量累积速度高于其它的国家，特别是用在电子零组件厂商的无尘室机器人，相对来说欧洲在电子产业的发展就显得比较温和。化学产业在所有的产业当中，化学产业含橡胶和塑料产业被视为仅次于汽机车产业之后最重要的产业用机器人市场，在亚洲及美国地区，化学产业为第三大的产业用机器人使用者，亚洲地区2001到2006年之间化学产业用机器人的装置量则是呈现出波动的状态；美国则是在2004年到2006年装置量有持续性的增加；如同亚洲地区，欧洲地区在2000年后需求量也呈现明显的波动；整体而言，2001至2003年装置量呈现衰退现象，2004至2006年间则是波动期，其原因可能是由于供应汽车塑料零组件的产业用机器人装置量也被列入在化学塑料产业的计算当中。第三节20102012年市场预测一近期市场发展预测受汽车业投资的拉动和中小企业的强劲增长推动，工业机器人市场目前十分景气。在接下来的五年中，全球工业机器人市场年复合增长率CAGR有望保持在77的水平。根据ARC咨询公司一份最新的研究报告，2005年工业机器人硬件市场规模已经达到359亿美元，预计到2010年这一数字将超过51亿美元，这样整个市场规模将达到91亿美元。工业机器人市场在发展中国家有望经历高增长，这些发展中国家在传统应用方面将大量使用工业机器人，如定位焊接和原材料处理。同样，我们一直认为工业机器人就是现在知道的样子，新的创新也很有可能改变现在工业机器人的属性。ARC分析专家STEFANSURPITSKI，在工业机器人全球展望报告中提到，随着新技术、新应用的实现，工业机器人的市场将变得更加令人振奋。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统FMS、自动化工厂FA、计算机集成制造系统CIMS的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。我国工业机器人的市场主要集中在汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业。中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。随着新兴应用领域的不断发展及传统汽车产业的需求，预计自2009年起全至2011年将达到年产量134,100台的水平。同时，由于我国制造业的发展，特别是汽车及汽车零部件制造业的发展，工业机器人仍将保持稳定的增长势头。预计我国将在2011年新安装各类工业机器人9,500台，市场保有量将达到48,600台。包装业、食品业、机械装备业等新兴应用领域目前已呈现全球性技术革新的发展趋势。与此同时，机器人技术的不断更新，如新型的人与机器人之间的交互式控制以及安全系统、机器人感应科技系统以及机器人视觉应用系统等产品的推出，满足了用户更高、更广泛的需求，推动了机器人装备量的上升。综上，预计未来几年我国工业机器人仍将保持稳定的增长势头。二未来市场发展预测2009年虽然受经济情势的影响，但在以下长期趋势的演进下，多数国内外机器人相关业者与市场研究机构仍看好工业机器人的未来产品生命周期（LIFECYCLE）的持续缩短上市时间（TIMETOMARKET）的降减要求产品多种少量所导致弹性生产需求高龄少子化所伴随而来的技术人力缺乏更专业复杂的制造流程质量更稳健可靠度更高之制程要求省能源与环境规范的要求日本身为工业机器人最大产销国，其重要的工业机器人领导厂商如发那科、安川电机、川崎重工等，2009年仍不敌经济风暴的影响而呈现营收大幅衰退的现象。富士经济在每年的机器人与自动化产业调查中，即提出日本工业机器人振兴之策略如表1所示，包括在既有用途中找寻新应用商机，与扩大新兴产业的应用等等，颇值得国内厂商参考。表1日本扩大工业机器人商机之策略领域别扩大商机策略细项说明成本领导内制化、需要地区当地生产、扩大生产规模等扩大服务支持扩充海外支持据点既有用途产业领域拓展亚洲市场扩充销售网络、开拓当地使用者市场拓展附加价值产品致力于线性马达（LINEARMOTOR）驱动等高附加价值产品拓展应用面在现有市场具体的新应用建议强化系统整合规划能力加强与外围机器组合之生产系统建议培育有力之系统商藉由与系统商合作以强化整合能力提升操作性/亲和力降低技术门坎、获得中小企业使用者市场导入非自动化工程克服障碍将过去较难自动化的组装工程自动化业务合作与研发/生产/销售等各方面的合作需求地区当地生产大型机器人之需求地区当地生产（如次世代之液晶玻璃搬运机器人等）拓展新兴用途液晶玻璃搬运转用于太阳光电面板搬运等拓展绿色节能用途致力于附加价值较高的绿色节能机器人跨业共同开发与工具机制造商一起开发新应用提升操作性/亲和力降低技术门坎，扩大尚未导入机器人产业应用新兴用途产业领域拓展非汽车领域市场因应市场变动状况、收益率降低之对策1、专业服务型机器人图2专业服务型机器人销售累积与预测量专业服务型机器人向来即为少量多样的市场型态，为因应各种专业领域应用的特殊需求而有极为不同的产品类型，包括军事、医疗、运筹、清洁、建设、水底系统等等。目前防御/救灾/安全之应用为数最多，也是IFR预测未来四年市场销售最被看好的产品，20092012年累计量预估将超过2万台，主要原因为美军在伊拉克与阿富汗等地之大量使用。受到经济景气不佳的预期，供应厂商普遍对于未来四年（20092012）的市场需求看淡，预估各式专业服务机器人销售台数总计约49,000台（图2）。2、个人/家用服务型机器人图3个人/家用服务型机器人销售累积与预测量家用清洁机器人的销售量逐年提升，预计未来亦将持续扩增其市场渗透率。娱乐休闲机器人未来四年的市场亦持续看好，预估将有超过600万台的销售量（参见图3）。在家用机器人龙头厂商IROBOT，以及众多已投入本产业的厂商带领之下，家用清洁机器人可说是目前的机器人销售明星，但仍应持续在一般家庭提升其渗透率。IROBOT亦陆续推出多元化的产品，有地板清洗、水池清理、远距互动、教育机器人等等，全面开发不同清洁用途产品，并尝试新兴用途试探市场的接受度。娱乐机器人代表性厂商WOWWEE在畅销产品史宾机器人（ROBOSAPEIN）之后，仍不断推陈出新，研发多样化的机器人产品上市；更进一步推出家用保全监控机器人（ROVIO），可远距遥控家中人、事、物实时状况。第四节全球清洁机器人一清洁机器人产品概况随着自动化技术与人工智能的快速发展，机器人在人类的环境中扮演越来越重要的脚色。传统上机器人的应用层面多集中于工业化的生产系统与制造流程上，专门应付长时间作业、大量重复性动作、系统复杂且需要精密控制、高危险性等工作上。而近年来的演进则渐渐朝向服务型机器人的方向快速蓬勃发展。清洁机器人的涵盖范围广泛，依照IFRWORLDROBOTIC的分类，可分为产业型与家用型两大类，在产业型方面例如地板清洁（吸尘与洗地）、风管空调系统清洁、除草、大楼窗户清洗、水箱清洁等。目前为止应用最成功的仍属地板清洁型机器人，包括机场、大卖场、工厂、饭店大厅等大范围面积的场所，原因在于地板属于2D几何平面，技术相对较为单纯。而家用型的地板清洁机器人（吸尘器）在近年来则快速窜起，成为市场主流产品，根据IFRWORLDROBOTICS2005的统计数据显示，服务型机器人中，清洁机器人仍是主要应用。其中家用清洁机器人更占整体服务型机器人的95以上，其中20052008年更可高达447万台。家用型清洁机器人受到热烈欢迎的主要原因在于已开发与开发中国家多以双薪家庭为主，并逐渐走向少子化与高龄化的趋势，在家庭人口结构变少的情况下，清洁工作的替代便成为新兴市场发展的重要需求，遂使的清洁机器人成为各国争相投入的技术研发重点。但由于家庭的室内面积小，且有许多家具摆设，加上室内空间死角多（床下、桌椅下、沙发茶几下），在技术层面上则更为复杂，除了要能深入角落之外，还需要具有优越的避障与脱困能力，避免造成家具损坏或受困在空间角落里，且还要兼顾噪音限制等生活质量因素。清洁机器人产品介绍下面将介绍目前全球较常见的几款家用型清洁机器人产品，并在末了提出未来清洁机器人的主要发展趋势。（一）TRILOBITE，瑞典商ELECTROLUX所推出之产品，为全球最大的家电，户外设备，专业电器产品制造商，2002年11月在欧洲上市后反应热烈，在日本推出也引起话题。特点集尘空间大、吸力大、非接触式避障。但防掉落采贴磁条方式且噪音大，约74DB。尺寸（CM）35X35X13重量（KG）5噪音值（DB）74价格（美元）1600销售量全球累计销售1万台技术简介1定时清洁模式，保持居家环境卫生。2旋转刷毛设计与强力吸尘模块，提高清洁效率，微尘与宠物毛发都能有效清理。3高等级微米空气滤净器，防止灰尘外漏，确保灰尘能密闭在除尘箱内。4可程序化定时器设定，让使用者可以设定清洁时段。5阶梯传感器防止掉落。6全自动化回站充电技术，确保电量充足，随时能执行清洁工作。7防纠结技术，避免受到绳索状物体缠绕。8超音波声纳侦测系统，能自动闪避障碍物，不会损坏家具。9区域禁止清洁技术，贴上安全磁条后，可以避免进入不想清洁区域，例如婴儿沉睡的摇篮。（二）OTTORO，韩国家电商HANOOL所推出之产品，但体型过大，重量有15KG。尺寸（CM）46X60X28重量（KG）15价格（美元）4630技术简介1自动回站充电技术。2外漏式吸口，360自动旋转，为HANOOL特殊设计。3提供不同清扫模式，针对不同环境对应不同吸尘功率与与速度，节省电力消耗与清扫时间。4自动化遥控器，可设定清扫模式。5自动辨识在环境中位置，计算清洁路径。6210W强力吸尘模块马达，清扫无死角。（三）ICLEBOFREE，韩国工业机器人厂商YUJINROBOTICS所研发。特点以导电橡胶接触式避障红外线IR非接触避障。三段式过滤功能。但略重。尺寸（CM）35X35X95重量（KG）41价格（美元）300（在台售价16000元台币）技术简介1自动回站充电技术，侦测电量并充电站位置，达成目标。2预设清洁时段，准时达成清扫工作。3内建7个红外线IR传感器，避免刮伤家具与墙壁。4缓冲与触碰传感器，辨识各种不同障碍物。5地板侦测传感器，防止掉落楼梯。6动轮传感器，当机体离开地面时会自动停止轮转动。7除尘箱传感器，当除尘箱没有正确安装在机体上时，机器人不会运作。8三阶段过滤系统，网状过滤、防菌过滤、与静电过滤。9底盘有侧刷与主刷，配合吸尘模块，能清理最细微的尘垢。（四）ROOMBA，由美国IROBOT公司所研发，为目前市占率最高的产品，达50以上。IROBOT更号称2006年销售超过100万台。特点虚拟墙、操作方便、路径规划功能、垃圾侦测、价位适中。但自动回站充电之侦测距离较短（说明书中标示5FEET）。尺寸（CM）34X34X9重量（KG）25噪音值（DB）67价格（美元）280330销售量全球累计销售约100万台/年专利项目在清洁机器人方面超过20项专利技术简介1采用较强的吸尘模块，配合高速旋转刷毛，大幅提升清洁效能，可以清除碎片、宠物毛发、食物碎屑等垃圾。2创新的“虚拟灯塔”技术导引机器人能在房间内达到完全清扫的任务，并且会建构出一道虚拟障碍墙，限制机器人在完成任务前不能超界线。3全机模块化设计，使用容易，且方便维护更新。4提供语音辨识的初始设定，当ROOMBA在维修时能提醒使用者避免靠近。5创新的防纠结技术，确保ROOMBA在清扫时不被电线、流苏、地毯边缘等链型物体缠绕。6光触碰缓冲器，确保ROOMBA在接近障碍物时能自动降低速度，并自动避开障碍物。7可程序化排程系统，提供使用者7个清洁时段设定，完全配合使用者作息。8无线遥控器，可以远程控制ROOMBA的各种动作。9自动回站充电技术，确保运作时电量充足。（五）RC3000，德国清洁设备大厂KRCHER所研发，其服务项目涵盖各种家庭用、商业用，以及工业用产品。与ELECTROLUX的TRILOBITES一样，都属于高价位产品。特点子母车、避障功能佳、自动充电功能佳、马达寿命长、噪音低、体积小。唯价格太高、集尘盒空间小。尺寸（CM）28X28X105重量（KG）2噪音值（DB）清扫时56DB，回站倾倒垃圾时64DB。价格（美元）1500技术简介1交互式智能型灰尘辨识传感器，能根据侦测程度，自动执行4种不同的运作模式。2防纠结技术，确保在清扫时能越过电线、流苏、地毯边缘等地形。3附有旋转刷毛与高效吸尘模块，提高清洁效能。4机身具备360气悬浮缓冲器，避免机体或家具损坏。5多功能充电站，能以红外线导引机器人清洁路径，并自动回站充电。6避障能力优越，能轻易跨越小阶梯或障碍物。7自动断电装置，当机器人被提起时，会停止运转避免伤害使用者。8智能型清洁装置，能将机器人所搜集到的灰尘，在充电期间，转移到充电站中的贮存盒中。（六）TRV10，国内松腾实业所开发，大陆制造生产，以OEM为主。独创除尘擦地功能，吸尘再擦地，清洁效果更佳；另可用遥控器于行走时关掉吸尘风扇马达，省电又静音。特点超静音（60DB以下）、IR引导自动充电功能（侦测距离可达五米以上）。尺寸（CM）34X34X95重量（KG）25噪音值（DB）69价格（美元）275已申请8项台湾专利及四项以上之美国专利。技术简介1特殊防掉落感应装置，遇到楼梯会自动后退，避免翻覆。2红外线遥控，以微调控制方向左右角度，前进后退来回清洁，行动范围不受限制，可随时随地暂停，方便操作。3前缘设计弹性保险杆，沿壁游走清洁；内建FUZZY智能程序，涡轮交叉地毯式搜索，绝无死角。4两侧特殊旋转毛刷设计，扩大清洁范围；毛刷特选材质，不沾毛发。5清洁面积设定于S20分钟，M40分钟，MAX直到电池耗尽（充满电约60分钟）。6可设定清洁时段，当设定之周期日时间一到，TRV10会自动启动清扫，无论设定在“S”、“M”、“MAX”之任何行走程序，当时间程序走完均会自动回充电站充电，方便长时间外出者使用。（七）MSL/ITRI，工研院结合多项先进技术于2006年研发出一款创新之，超静音自动吸尘器。尺寸（CM）32X32X12重量（KG）25噪音值（DB）59价格（美元）200300专利项目已申请8案专利（美、中、台），其中包含静音型叶轮、自动充电、全向定位轮、避障、踩空等多项。技术简介1预约时段清洁功能，可设定自动执行。2旋转式（垂直轴）与滚轮式（水平轴）扫刷，增强清洁功能，尤其针对墙脚等部份可加强清洁。3红外线防掉落感应装置，避免地形落差造成翻覆。4160接触式避障传感器，能自动闪避障碍物。5具备自动逃脱模式，避免受困在床底或死角等区域。6自动断电装置，被提起时马达会自动停止运转，避免伤害使用者。7无线遥控器，可以远程控制CLEANER的各种动作。8LED按键，人机接口操作简便，容易上手使用。9寻光模式，避免夜间清洁时遭遇电量不足而滞留在床底等死角，会自动停止在光亮处。10自动回站充电功能，确保电池有足够电力执行清洁功能。11叶轮采翼型设计，配合3D螺旋式外罩，噪音值可大幅降低，较同级产品低10DB以上。12具备4种清扫模式，包括螺旋型、Z字型、随机性、沿墙行走等，可自动调整，适用各种不同材质地板（木质、地砖、花冈石、地毯等）。（八）VR4000，韩国家电大厂LG推出的全自动化高效能清洁机器人，属于高价位产品。尺寸（CM）34X34X133噪音值（DB）65价格（美元）2500技术简介1120W无刷直流马达为吸尘模块核心，提供超强吸力，清洁效率高。2能自动执行吸尘工作，也能自动将灰尘移除。3使用7种防护传感器，侦测路障并闪避，包括1个上方输入传感器、1个灰尘量传感器、1个陀螺仪传感器、3个掉落传感器、三个碰撞传感器、1个轮凹陷传感器、2个旋转刷毛驱动传感器。4配合32位微处理器，运算效能高，结合各种智能型传感器，提供最佳运动路径与模式。5陀螺仪传感器控制运动方向，为世界第一款设计。6可根据室内环境与家具摆设，调整4种不同运动形式（矩形、螺旋、随机、与可变矩形）。7无线射频遥控器，操作无距离与方向限制。8LCD显示与人机声音警告，避免人员误踩。（九）VCRP30W，韩国科技大厂三星所研发，2004年底在欧洲上市，属于高价位产品。价格（美元）2800元技术简介1内建网络照摄影机，能随时监视室内外环境变化，充当警卫工作。2高速处理器，描绘环境3D映像，以辨识目前所在位置，提供更快速清扫路径。3自动导航与避障功能。4智能型清洁度辨识，能判断该执行清扫的区域。5可程序化设定，可针对清扫时段进行规划与排程。6可透过因特网由计算机远程控制各种操作与任务执行。7自动回站充电技术。8根据清洁程度播放音乐。二产品未来发展趋势纵观目前市面上的几款清洁机器人，不难发现未来的清洁机器人的发展趋势将会有几方面的重大突破1传感器融合技术要让机器人具备更多人性化的功能，非得依赖大量的传感器技术，因为传感器是物理世界与软件世界之间的沟通转换媒介，搜集大量的讯息也观测环境的变化，从以上的产品中不难发现，某些产品的传感器种类与使用多达7种，未来嵌入在机器人内的传感器数量将会越来越多样化，而传感器之间的沟通与调节将会更复杂，同时也表示电源系统的管理与内部空间的机构设计将更为重要。2功能智能化传感器的融合带来讯息量的增加，是为了使机器人提供更符合人性化的服务，因此人工智能的强化将会越来越重要。这部份堪称是机器人技术的关键核心，尤其服务型机器人因为深入居家环境，朝夕与人类相处，与人类的生活质量、安全等息息相关，其智慧化的程度与需求远比在生产在线的产业型机器人更为迫切，各企业研发团队无不积极开发更多的软件技术与算法，提升机器人在图样辨识、环境决策、讯息组织、模仿学习、任务排程等各方面的能力。这方面也有赖于电子硬件技术的配合，运算能力越来越强的各种DSP与微处理器将也会是智能化提升的重点。另外人机接口的亲和度也将会是影响使用者接受的主要因素，这方面也考验着技术人员在设计上的创意与艺术内涵。3多群组代理人协调控制未来的家用型服务型机器人的种类将会越来越多，将不只是一个机器人，而是一组机器人在家庭中为人类服务，包括吸尘、洗地、搬运垃圾、洗窗、水族箱清洁等等。尤其在高所得的家庭中，机器人的数量将会呈倍数的成长，这些机器人构成一个坚强的服务团队，在同一时间（或个别分配好的时间内）合作完成家庭中的清洁工作。每个机器人都具有个别的智能能力，集合起来构成一个智能化的群体结构，彼此之间能够信息分享、互相学习、经验交换等。群组中也许有一个LEADERROBOT，支配指挥所有成员的工作；也可能所有ROBOTS都是平等的PARTNERS，会自动规画出一个最快速或最清洁的目标完成任务，依使用者所要求情况而定。所伴随而来的无线通讯，网络架构、多媒体串流等技术也会有越来越重要的整合应用与发展。4电控技术精简化机器人是一个需要高度精密控制的系统，整合了许多的伺服机构、电子回路等模块在其中。每个模块都需要有相对应的控制逻辑，技术人员的目标在于设计良好的运算法则，透过驱动机制补偿各种在过程中受到干扰所产生的误差，保持系统的正常运作。模块越多，功能越完备，代表处理器运算的电力消耗越高。由以上的各项产品与发展趋势可看出，随着机器人性能要求的提升，系统的模块多样化与复杂化实不可避免，因此适当的精简各种控制演算逻辑便成为必要的工作。所谓精简化，并非指单纯的取舍，而是需要从整合的观点仔细评估整体效能的权衡与配重，避免某个模块占用太多的系统资源，并随时调整。精简化才能提高实用价值，在分析与实务之间找到最佳的平衡点。5机构轻量化不断研发更轻量的强度材料，一方面提高机器人的负载/重量比，并强化结构在碰撞上的韧性与振动模态下的刚性，另一方面则能更节省电池电量的消耗，达到环保节能的目的。6模块弹性化研究开放式，替换式的模块技术，一方面易于维修，可以延长使用寿命，另一方面也能应付剧烈变化的市场机制，保有发展技术的优势与主控权。展望未来，机器人从工厂生产线走入人类的居家生活已经成为不可阻挡的流，不论欧、美、日、韩无不将其列入国家级的重点发展产业，全力投入前瞻技术的开发与整合。台湾虽然现阶段在整体发展上落后欧美各国，但在电子技术与芯片设计等部分关键零组件与核心模块已成功进入国际级的供应链情况下，足证明台湾仍具有发展清洁机器人的竞争力。若能掌握未来趋势，预先布局技术与相关资源的整合，便能带动台湾下波科技产业升级，再创高峰。三2010年清洁机器人市场清洁机器人可分为产业型与家用型两大类，清洁机器人在地板清洁吸尘与洗地、除草、游泳池清洁及大楼窗户清洗等应用需求量很大。依据WINTERGREENRESEARCH,INC在2008年对清洁机器人的市场报告，目前清洁机器人市场产值约34亿美元，至2014年将成长至167亿美元。其中又以家用自走式吸尘器之产值最大，2008年23亿，至2014年将成长至12亿美元。以台湾而言，家用自走式吸尘器2008年约255万台，至2014年将成长至2700万台，六年成长十倍以上。第五节工业机器人用电机驱动系统一机器人对关节驱动电机的主要要求1快速性电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。2起动转矩惯量比大在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。3控制特性的连续性和直线性随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。4调速范围宽能使用于1100010000的调速范围。5体积小、质量小、轴向尺寸短6能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100KGF）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0110KW。二电机的细分电机大致可细分为以下几种1交流伺服电动机包括同步型交流伺服电动机及反应式步进电动机等。2直流伺服电动机包括小惯量永磁直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、大惯量永磁直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机。3步进电动机包括永磁感应步进电动机。速度传感器多采用测速发电机和旋转变压器；位置传感器多用光电码盘和旋转变压器。近年来，国外机器人制造厂家已经在使用一种集光电码盘及旋转变压器功能为一体的混合式光电位置传感器，伺服电动机可与位置及速度检测器、制动器、减速机构组成伺服电动机驱动单元。机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大。三常用的减速机构1RV减速机构；2谐波减速机械；3摆线针轮减速机构；4行星齿轮减速机械；5无侧隙减速机构；6蜗轮减速机构；7滚珠丝杠机构；8金属带齿形减速机构；9球减速机构。工业机器人电动机驱动原理如图1所示。工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。目前国外许多电动机生产厂家均开发出与交流伺服电动机相适配的驱动产品，用户根据自己所需功能侧重不同而选择不同的伺服控制方式，一般情况下，交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现以下功能1位置控制方式；2速度控制方式；3转矩控制方式；4位置、速度混合方式；5位置、转矩混合方式；6速度、转矩混合方式；7转矩限制；8位置偏差过大报警；9速度PID参数设置；10速度及加速度前馈参数设置；11零漂补偿参数设置；12加减速时间设置等。四驱动器种类1直流伺服电动机驱动器直流伺服电动机驱动器多采用脉宽调制（PWM）伺服驱动器，通过改变脉冲宽度来改变加在电动机电枢两端的平均电压，从而改变电动机的转速。PWM伺服驱动器具有调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强等特点，在工业机器人中常作为直流伺服电动机驱动器。2同步式交流伺服电动机驱动器同直流伺服电动机驱动系统相比，同步式交流伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。同步式交流伺服电动机驱动器通常采用电流型脉宽调制（PWM）相逆变器和具有电流环为内环、速度环为外环的多闭环控制系统，以实现对三相永磁同步伺服电动机的电流控制。根据其工作原理、驱动电流波形和控制方式的不同，它又可分为两种伺服系统（1）矩形波电流驱动的永磁交流伺服系统。（2）正弦波电流驱动的永磁交流伺服系统。采用矩形波电流驱动的永磁交流伺服电动机称为无刷直流伺服电动机，采用正弦波电流驱动的永磁交流伺服电动机称为无刷交流伺服电动机。3步进电动机驱动器步进电动机是将电脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移的元件，它的角位移和线位移量与脉冲数成正比。转速或线速度与脉冲频率成正比。在负载能力的范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，误差不长期积累，步进电动机驱动系统可以在较宽的范围内，通过改变脉冲频率来调速，实现快速起动、正反转制动。作为一种开环数字控制系统，在小型机器人中得到较广泛的应用。但由于其存在过载能力差、调速范围相对较小、低速运动有脉动、不平衡等缺点，一般只应用于小型或简易型机器人中。步进电动机所用的驱动器，主要包括脉冲发生器、环形分配器和功率放大等几大部分，其原理框图如图2所示。4直接驱动所谓直接驱动（DD）系统，就是电动机与其所驱动的负载直接耦合在一起，中间不存在任何减速机构。同传统的电动机伺服驱动相比，DD驱动减少了减速机构，从而减少了系统传动过程中减速机构所产生的间隙和松动，极大地提高了机器人的精度，同时也减少了由于减速机构的摩擦及传送转矩脉动所造成的机器人控制精度降低。而DD驱动由于具有上述优点，所以机械刚性好，可以高速高精度动作，且具有部件少、结构简单、容易维修、可靠性高等特点，在高精度、高速工业机器人应用中越来越引起人们的重视。作为DD驱动技术的关键环节是DD电动机及其驱动器。它应具有以下特性（1）输出转矩大为传统驱动方式中伺服电动机输出转矩的50100倍。（2）转矩脉动小DD电动机的转矩脉动可抑制在输出