核心零部件 技术现状： 结构、功能相对单一；执行机构负载机器人本体机器人本体 优化设计；高负载自重比执行机构的安全性、轻型化和灵巧性 自重比有待提高；末端执行器的柔性和灵巧性不强。 下阶段技术： 功能拓展和结构优化；高负载自重比执行机构刚度、安全性；末端执行器的轻型、精密性 长远技术： 灵巧型机械手 技术现状： 精密减速器 谐波减速器、FA摆线针轮减速器、RV涡轮减速器制造技术 有技术积累和国内替代产品，在输出扭矩高度、精度、效率、寿命上差距较大 下阶段技术： 提高制作工艺水平 长远技术： 产品开发 技术现状： 伺服电机和驱动器 伺服电机及驱动器的设计、制造技术； 同步交流伺服电机、直接驱动进电机及驱动器的制造技术 下阶段技术 发展机器人专用的伺服电机和驱动器，采用高速通讯总线； 长远技术： 高效、低能耗、安全、高扭矩执行元件（电、气、液）及驱动器 技术现状： 运动控制卡、嵌入式控制系统、以工嵌入式控制器 控制器设计、开放式标准化的体系结构、控制方式和算法 控机和实时系统为核心的机器人控制软件系统 下阶段技术 层次化的通用软件包；网络化控制器技术 长远技术： 提高智能化控制水平 技术现状： 传感器的可传感器 靠性；新型传感器开发；信息融合；智能传感器 提高现有传感器的精度和可靠性； 下阶段技术 实用性的多传感器信息融合算法 长远技术： 多传感器阵列；人机交互中的智能感知技术 现在： 开展对机器人本体开展新结构、功能和设计方法的研究； 3-5年： 进一步提高执行机构的负载自重比；开展对机构的模块化、可重构技术作研究 5-10年： 灵巧型机械手的研究 现在： 开展高精密谐波减速器、FA减速器制造工艺的研究 3-5年： 提高制作工艺水平，降低成本 5-10年： 产品系列化 现在： 全数字交流伺服驱动控制和绝对位置反馈 3-5年： 研究高效控制驱动算法，提高响应速度和控制精度； 5-10年 智能材料应用；高效气动、液压执行元件开发 现在： 研发嵌入式机器人控制器硬件平台，提高控制精度，降低控制器成本，提高人机界面的友好性； 3-5年： 顺控制；多机器人和操作者之间的协调控制 5-10年 机器人控制器的标准化；基于PC机的网络化、智能化控制器； 现在： √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 技术要素 技术现状和课题 今后的举措 ① ② ③ 技术评价 ④ ⑤ ⑥ ⑦ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 开放性、模块化的体系结构；模块化、基于力反馈的安全性控制和柔√ √ √ √ √ 视觉、力觉等主要传感器得到使用；集成电机、驱动器和传感器的驱动单元；视觉图像识别 3-5年： 三维视觉传感器 5-10年 生物信号和肢体运动信号采集、识别、理解的算法及实现技术 √ √ √ √ √ √ 图4 工业机器人核心零部件技术体系图
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三、关键技术实现方案和路径
拥有自主知识产权的机器人产品，形成从零部件系列化、整机系列化以及相关领域应用等全方位的机器人研发、制造能力是上海机器人长期发展的目标。因此关键零部件方面，攻克机器人本体、控制器、驱动器及电机相关控制核心关键技术，在机器人控制器、伺服驱动器与电机、精密减速器的研发和产业化上有所突破；整机技术方面，完成工业机器人产品样机的整体机械设计及优化，工业机器人动态响应性、轨迹控制等关键性能上有所突破；在机器人应用技术方面，根据不同行业的使用要求，与行业的工艺相结合，形成二至三个示范应用。结合上述分析和研究，现阶段上海工业机器人亟需发展的关键技术主要包括：机械本体设计制造技术；智能控制技术；多机器人协作技术；非结构化环境下的信息感知等。
（1）机械本体设计制造技术
目前国产机器人，主要以外形和功能仿造国外机器人为主，缺乏自主设计创造能力，上海应着力解决工业机器人的整机设计制造能力，大力支持总体优化设计方法、机械本体结构设计的研发，加速机器人产业化步伐。通过5-15年的不断研究开发，在下列目标上可能实现突破：
短期：开展对机器人本体开展新结构、功能和设计方法的研究，初步解决关键部件的设计制造技术，设计开发重点行业主流型号的工业机器人，具备机器人整机设计及制造能力。中期：进一步提高执行机构的负载自重比；开展对机构的模块化、可重构技术作研究实现重点行业机器人产品的系列化、产业化，开发新兴产业亟需的典型机器人产品。长期：开展灵巧型机械手的研究，智能型工业机器人的设计制造能力达到国际同类水平。
（2）机器人智能控制技术
控制技术是机器人技术的关键环节，控制机器人精确完成各种动作的核心。国产机器人在动态响应性、轨迹控制等关键性能上与国外差距明显，未真正掌握工业机器人核心技术。经过5-15年的不断研究，有望在达到如下技术目标：
短期：研发嵌入式机器人控制器硬件，提高控制器性能，降低控制器成本，提高人机界面的友好性，开发出典型行业主流型号的工业机器人控制器。中期：开展基于力反馈的安全性控制和柔顺控制；多机器人的协调控制。开发出具备国际同类技术水平的机器人控制器并形成一定产业规模。长期：机器人控制器的标准化；基于PC机的网络化、智能化控制器掌握智能型工业机器人关键控制技术。
（3）多机器人协作相关技术
多机器人协作是多个机器人共同完成或分工完成复杂任务，工作过程涉及多台机器人的任务规划、协调控制等，是分布式人工智能理论的典型应用。经过5-15年的不断研究，有望达到如下目标：
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短期：采用集中控制或简单分布式控制使多台机器人协作完成焊接、喷涂、搬运等典型工作任务。中期：利用合理的人机交互接口进行人机协同作业，使多台机器人协作完成典型工作任务,系统的适应性和鲁棒性大幅提升。长期：多机器人通信与磋商机理，由机器人自主进行任务的获取和分配，协作完成工作任务。
（4）非结构化环境的信息感知技术
未来面向小批量、多样化客户需求的柔性自动化生产线需要工业机器人能够在与人近距离接触的非结构化环境中安全运行，要求机器人的信息感知能力大幅提升。信息感知能力与传感器技术、计算机技术和通信技术的发展密切相关，经过5-15年的深入研究，希望达到如下目标：
短期：利用有效的信息融合算法，工业机器人可在半结构化的工作环境下完成典型操作任务。中期：三维视觉、力觉及其它传感技术获得长足发展，人机交互、信息处理和网络通信能力进一步完善，适应非结构化环境下小批量生产的任务要求；长期：利用信息感知技术，机器人完全适应非结构化环境下个性化的生产需求。
4.1.3重点产品的战略性技术路线图
基于对上海战略和重点领域定位分析，建议上海工业机器人的重点产品领域为面向通用领域的搬运机器人和面向工程领域的焊接机器人，结合工业机器人的技术体系，分析如下。
一、工程机械领域焊接机器人
工程机械焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由本体和控制柜（硬件及软件）组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。
工程机械领域钢结构具有构件大、板材厚及作业环境特殊等特点。其除了面临常规的焊接问题外，还存在预制环节焊接变形量大、钢结构空间曲线焊缝自动跟踪难、小空间位置焊接困难，从而对焊接技术水平和装备提出了更高要求，现有的常规焊接设备及方法无法满足要求。所以针对工程机械领域钢结构焊接的典型环节，研究与其相适应的特种焊接机器人及其工艺具有重要的现实意义。
主要研究技术：适应于不同规格大型异形截面(H型钢、三角形、箱形等)构件的空间焊缝轨迹跟踪技术；满足上述焊接需求的大工件固定式装卡多自由度、大工作空间体积比机器人设计制造及成套装备技术；满足超大构件、特种空间(小空间、高空)施工的焊接成套装备及技术；基于变形预测技术及焊接参数规划技术的钢结构施工变形量控制。具有6自由度高精度焊接机器人及其周边装置的研究。
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技术要素 技术 攻效 技术特征 多自由度、、特种空间(小空间、高空)机器人化成套装备研究 本体优化设计 机械本体 超大工作空间体积比施工的焊接成套装备及技术 机构的模块化、可重构 多关节柔顺运动控制技术 网络化嵌控制器 入式控制器 复杂工件焊接变位机协调控制技术 基于变形预测技术及焊接参数规划技术 机器人视觉识别焊缝与轨迹规划 传感技术 激光、视觉等传感器 基于激光焊缝自动跟踪与导引技术 焊接熔池动态过程的视觉传感、建模与智能控制技术 具有大移动范围、姿态自动调整的集铣钻一体的箱型、H型、异型截面梁机器人应用 机器人协作、生产线成套 /柱结合面加工技术与 高精度焊接机器人及其周边装置的研究 非结构化环境下多传感器信息融合焊缝精确跟踪技术 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 备注 ■①②③④⑤ ▲ ②③④⑤ ■①②③④⑤■ ①②③④⑤⑥ ■ ①②③④⑤⑥ ▲ ①②③④⑤⑥ ▲ ①②③④⑤ ■ ①②③④⑤ ▲ ①③④⑤ ★ ①③⑤ ★ ①③⑤ ★ ①③⑤ : :上海基础薄弱，需要重点支持; :上海有一定的基础，正在布局攻关; :上海基础较好，需要稳定支持; :上海没有基础，需要赎买技术服务; : 技术不断改进和提高； ★：以企业为主体；▲：以高校为主体；◆：企业＋高校；■产、学、研联合； : ①:上海的优势技术；②: 共性技术； ③：能突破的技术； ④：能冲击市场的技术； ⑤：必要的基础技术； ⑥：必要的安全性技术； ⑦：标准化技术 图7 工程机械焊接机器人技术路线图
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二、搬运机器人
搬运机器人作为现代搬运装箱系统中非常重要的设备，具有惯量大、在空载和负载条件下动力学特性变化大、可靠性要求高等特点，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。搬运机器人可大幅度提高自动化生产效率和自动化程度。
作为物流自动化领域的一门新兴技术，国内搬运机器人开始在食品、化工等行业刚开始得到应用，在机床、冶金、生物医药、化工等行业规模化成型产品物流生产线中的应用还几乎为空白。目前大量零件的上下料、制成品的包装、搬运和储运操作还停留在人工或半机械化阶段，国内高速搬运装箱设备主要依靠进口，搬运机器人年增长率50%以上，但搬运机器人产品市场90%以上是被国外机器人产品所垄断。上海作为航运、物流中心建设的重要基地，亟需拥有自主知识产权的国产搬运机器人填补这一空白。
主要研究技术：针对饮料、食品、化工、医药、消费品等相关行业对高速搬运机器人需求，研究强力重载技术、零件定位和堆垛技术、图形化编程技术、动作轨迹优化、产线布局设计技术、系统平衡及任务调度技术，高速搬运机器人自动化生产线成套技术装备。
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