中国机器人的发展对电工钢需求浅析

机器人是一种通过编程，可以自动完成一定操作或移动作业的机械装置。或者更确切地说，有像人的上肢那样高度灵活，能做复杂动作的机械。有视觉、听觉等感觉功能，有识别功能、能行动的装置。机器人中的现代机器人按用途分三大类：第一类娱乐机器人。一般在公园、商店等服务，在游乐场所等活动，通常都是逼真的模拟人或动物形象；第二类机能辅助用机器人。一般是指为身体有缺陷的人设计的自动装置，可以帮助伤残人克服机能障碍，提高行动和工作能力；第三类工业用机器人。是现代机器人的主流，受到各国的重视。如在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，日本学者提出了两个定义：一是“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”，从这一定义出发，又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象；二是可满足三个条件的机器称为机器人：1）具有脑、手、脚等三要素的个体；2）具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；3）具有平衡觉和固有觉的传感器。该定义强调了机器人应当仿人的含义，即它靠手进行作业，靠脚实现移动，由脑来完成统一指挥的作用。非接触传感器和接触传感器相当于人的五官，使机器人能够识别外界环境，而平衡觉和固有觉则是机器人感知本身状态所不可缺少的传感器。

 

1机器人的发展过程

 

机器人发展共分三个阶段：第一阶段的机器人只有“手”, 以固定程序工作, 不具有外界信息的反馈能力；第二阶段的机器人具有对外界信息的反馈能力, 即有了感觉, 如力觉、触觉、视觉等；第三阶段, 即所谓“智能机器人”阶段,这一阶段的机器人已经具有了自主性,有自行学习、推理、决策、 规划等能力。第一代是可编程机器人，这类机器人一般可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作。这一代机器人从20世纪60年代后半期开始投入使用，目前已在工业界得到广泛应用；第二代是感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。这类机器人在工业界已有应用；第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，因此能在非特定的环境下作业，故称之为智能机器人。目前，这类机器人处于试验阶段，将向实用化方向发展。

 

工业机器人最早研究在第二次世界大战后不久。在20世纪40年代后期，橡树岭和阿尔贡国家实验室就已开始实施计划，研制遥控式机械手，用于搬运放射性材料。这些系统是“主从”型的，用于准确地“模仿”操作员手和臂的动作。主机械手由使用者进行导引做一连串动作，而从机械手尽可能准确地模仿主机械手的动作，后来用机械耦合主、从机械手的动作加入力的反馈，使操作员能够感觉到从机械手及其环境之间产生的力。50年代中期，机械手中的机械耦合被液压装置所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人和通用制造厂的“怪物”I型机器人。1954年G.C.Devol提出了“通用重复操作机器人”的方案，并在1961年获得了专利。1958年，被誉为“工业机器人之父”的Joseph F.Engel Berger创建了世界上第一个机器人公司——Unimation（Univeral Automation）公司，并参与设计了第一台Unimate机器人。这是一台用于压铸的五轴液压驱动机器人，手臂的控制由一台计算机完成。它采用了分离式固体数控元件，并装有存储信息的磁鼓，能够记忆完成180个工作步骤。与此同时，另一家美国公司——AMF公司也开始研制工业机器人，即Versatran（Versatile Transfer）机器人。它主要用于机器之间的物料运输、采用液压驱动。该机器人的手臂可以绕底座回转，沿垂直方向升降，也可以沿半径方向伸缩。一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。

 

20世纪60-70年代是机器人发展最快、最好的时期，各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，他是全电动驱动、关节式结构、多CPU二级微机控制、采用VAL专用语言，可配置视觉、触觉的力觉感受器的，技术较为先进的机器人。同年日本山梨大学的牧野洋研制成具有平面关节的SCARA型机器人。整个70年代，出现了更多的机器人商品，并在工业生产中逐步推广应用。随着计算机科学技术、控制技术和人工智能的发展，机器人的研究开发，无论就水平和规模而言都得到迅速发展。据统计，到2014年全世界约有90万余台机器人在工业中应用,我国在机器人研究方面相对西方国家和日本来说起步较晚。但也取得了一定的成就或突破。

 

2机器人电机的主要规格及型号

 

机器人电机种类较多，其电机的主要型号有：40、60、80、110、130、150、180（机座号），机座号小的电机应用较广，但机座号大的电机单台对电工钢用量较大。从机器人电机设计来看，常见的规格有：1.5kW（电机功率）以下的有100W，200W，400W，750W，1000W，1500W，甚至功率更大。如武汉华中华科电气有限公司，目前，生产的较大型号规格的电机是130系列2.8kW，单台电机定子电工钢用量约2.6kg，转子电工钢用量约3.75kg。

 

机器人电机通常使用的电工钢牌号为50W470（50WW470）、50W310（50WW310）50W250（50WW250）及更薄规格的高频电工钢。

 

机器人电机对电工钢的要求：1）厚度更均匀；2）厚度能否更薄，部分设计时希望用0.35mm的电工钢；3）用户需要提供较详细的高频铁损曲线。

 

3机器人对电工钢需求预测

 

机器人是一个新型的产业，随着科学技术的进步和人类智能化的发展，未来“十三五”乃至更长一个时期，机器人将为人类生活、建设等重要领域发挥极其重要的作用。

 

目前，世界范围内工业机器人拥有量超过100万台，机器人需求量年增长30％以上。2013年，我国工业机器人及含工业机器人的自动化相关产品的年产销额已突破百亿元，中国已成为全球工业机器人的第一大市场。然而我国工业机器人密度仅约为全球平均水平的一半，未来需求量非常大。目前我国所使用的工业机器人需求绝大部分是进口产品，国产工业机器人尚处于起步阶段。

 

高性能交流伺服电机作为工业机器人的核心部件之一，主要承担动力传递及定位作用，是工业机器人性能和价格的关键。不同于数控机床，工业机器人用交流伺服电机要求具备高功率密度、高速度、高精度、高响应等特点。当前国内市场被日系、德系交流伺服电机厂商所垄断，国产产品还不能满足工业机器人的驱动控制需求。为了推动我国工业机器人产业的发展，国务院和有关部委出台了工业转型升级、发展高端制造装备、智能制造装备等一系列有利于机器人产业发展的规划政策。2013年12月，工信部发布《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》，提出机器人产业发展目标：到2020年，形成较为完善的工业机器人产业体系，培育3-5家具有国际竞争力的龙头企业和8-10个配套产业集群。要求到2020年，工业机器人行业和企业的技术创新能力和国际竞争能力明显增强，高端产品市场占有率提高到45%以上，机器人密度(每万名员工使用机器人台数)达到100以上，基本满足国防建设、国民经济和社会发展需要。

 

近两年，国内工业机器人发展迅猛,各省市科技工业园均在考虑或引进机器人项目。如广州提出到2020年打造两三个工业机器人产业园，形成超千亿元的智能装备产业集群；又如2013年深圳机器人和自动化产业的产值超过了200亿元，提出要以机器人、可穿戴设备等为重点，建设国内一流智能装备产业基地。再如湖北省提出了建设全国首个工业机器人孵化器，致力于整合产业链上大中小企业，完善工业机器人产业链，形成产业发展合力，推动东湖高新区工业机器人产业集聚发展。这些都为中国机器人产业发展创造了前所未有的良好环境，我国机器人产业正迎来战略性发展契机，预测未来机器人对电工钢的新需求将超过10万吨以上。