一、產業發展現狀
機器人是集機械、電子、控制、傳感、人工智能等多學科先進技術于一體的自動化裝備。自1956年機器人產業誕生后，經過近60年發展，機器人已經被廣泛應用在裝備制造、新材料、生物醫藥、智慧新能源等高新產業。機器人與人工智能技術、先進制造技術和移動互聯網技術的融合發展，推動了人類社會生活方式的變革。
（一）全球機器人市場需求持續增長
工業機器人和服務機器人的市場規模持續擴大。根據IFR的統計，2015年全球工業機器人銷量首次突破 2 4萬臺，其中亞洲銷量約占全球銷量的2/3，銷量為14.4萬臺；歐洲地區為5萬臺，其中東歐地區銷量增速達到29%，是全球增長最快的地區之一；北美地區銷量達到3.4萬臺，較2014年同比增長11%。中國、韓國、日本、美國和德國的總銷量占全球銷量的3/4。中國、美國、韓國、日本、德國、以色列等國是近年工業機器人技術、標準及市場發展較活躍的地區。1998-2014年，全球工業機器人銷量處于穩步增長態勢；特別是2005-2014年間，工業機器人銷量迅速增長，新裝工業機器人年均增長速度約為14%。2014年全球專用服務機器人銷量為2.4萬臺，較2013年同比增長11.5%；全球個人/家用服務機器人銷量約為470萬臺，較2013年同比增長28%。
圖1 2014年全球工業機器人市場分布情況
（二）亞太地區成為最重要市場
根據IFR的統計，亞洲是目前全球工業機器人使用量最大的地區，占世界范圍內機器人使用的50%，其次是美洲（包括北美、南美）和歐洲。2012-2015年亞洲機器人銷量年均增長15%，遠高于美洲和非洲6%的增長速度。2015年，亞太地區工業機器人銷售超過14萬臺。2014年中國、日本、韓國和泰國的工業機器人新裝機量占亞洲地區總量的75%，分別在全球排名第一、第二、第四和第八位，四個國家工業機器人的市場規模占全球工業機器人銷量的52.4%。
（三）工業機器人發展高度集中
工業機器人的主要產銷國集中在日本、韓國和德國，這三國的機器人保有量和年度新增量位居全球前列。
日本、韓國和德國的機器人密度和保有量處于全球領先水平。據IFR統計，2014年日本每萬名工人擁有323臺工業機器人，韓國為437臺，德國為282臺；2013年日本的機器人保有量為30.4萬臺，韓國為15.6萬臺，德國為16.8萬臺。
2014年，日本、韓國、德國三國的機器人市場新增量占全球的30.9%，市場規模分別為2.9萬臺、2.1萬臺、2萬臺。受全球制造業轉型升級的影響，2014年三國工業機器人市場份額占全球市場總額的30.9%，同比減少6.6%。日本機器人市場成熟，其制造商國際競爭力強，發那科、那智不二越、川崎等品牌在微電子技術、功率電子技術領域持續領先。韓國的半導體、傳感器、自動化生產等高端技術為機器人快速發展奠定了基礎。德國工業機器人在人機交互、機器視覺、機器互聯等領域處于領先水平，德國本土的庫卡公司是世界工業機器人四大制造商之一，年產量超過1.8萬臺。
（四）服務機器人市場處于起步階段
服務機器人主要包括專業服務機器人和個人/家庭服務機器人。全球服務機器人市場化程度仍然處于起步階段，受到勞動力不足、人口老齡化等剛性需求的驅動，與人均可支配收入提升和物聯網、大數據、計算機、人機交互等先進技術快速迭代的影響，服務機器人行業發展空間巨大。2012-2017年服務機器人市場年復合增長率將達到17.4%，市場規模預計將在2017年達到461.8億美元。
圖2 2005-2014年日本工業機器人內銷及出口結構變化情況
全球服務機器人市場仍然處于起步階段。一是由于服務機器人的外圍技術未能解決。服務機器人技術是多學科交叉集成技術，涉及機械設計、自動控制、仿生學、運動學等多領域，在多樣性、隨機性、復雜性的環境背景下，其對于環境感知的任務復雜度和實時性要求更高。二是單位價值高的服務機器人整體水平技術低下，發展速度緩慢。如醫用機器人的控制運動、精細組織操作和三維高清晰度的視覺能力要求高，僅少量發達國家有能力采用此類技術。
目前全球服務機器人市場僅有部分國防機器人、家用清潔機器人、農業機器人實現了產業化，而技術含量更高的醫療機器人、康復機器人等仍然處于研發試驗階段。全球個人和家用服務機器人的產品包括家庭作業機器人、娛樂休閑機器人、殘障輔助機器人和監視機器人，其中家庭作業機器人中的除草機器人市場化程度高，產品種類多樣化。例如，達芬奇外觀機器人、擠奶機器人和軍用無人機已經形成成熟的產業鏈。
二、產業發展趨勢分析
（一）機器人與信息技術深入融合
大數據和云存儲技術使得機器人逐步成為物聯網的終端和節點。一是信息技術的快速發展將工業機器人與網絡融合，組成復雜性強的生產系統，各種算法如蟻群算法、免疫算法等可以逐步應用于機器人應用中，使其具有類人的學習能力，多臺機器人協同技術使一套生產解決方案成為可能。二是服務機器人普遍能夠通過網絡實現遠程監控，多臺機器人能提供流程更多、操作更復雜的服務；人類意識控制機器人這一新操作模式也正在研發中，即利用“思維力”和“意志力”控制機器人的行為。
（二）機器人產品易用性與穩定性提升
隨著機器人標準化結構、集成一體化關節、自組裝與自修復等技術的改善，機器人的易用性與穩定性不斷被提高。一是機器人的應用領域已經從較為成熟的汽車、電子產業延展至食品、醫療、化工等更廣泛的制造領域，服務領域和服務對象不斷增加，機器人本體向體積小、應用廣的特點發展。二是機器人成本快速下降。機器人技術和工藝日趨成熟，機器人初期投資相較于傳統專用設備的價格差距縮小，在個性化程度高、工藝和流程繁瑣的產品制造中替代傳統專用設備具有更高的經濟效率。三是人機關系發生深刻改變。例如，工人和機器人共同完成目標時，機器人能夠通過簡易的感應方式理解人類語言、圖形、身體指令，利用其模塊化的插頭和生產組件，免除工人復雜的操作。現有階段的人機協作存在較大的安全問題，盡管具有視覺和先進傳感器的輕型工業機器人已經被開發出來，但是目前仍然缺乏可靠安全的工業機器人協作的技術規范。
（三）機器人向模塊化、智能化和系統化方向發展
表1 2012-2014年美國工業機器人新裝機量情況
目前全球推出的機器人產品向模塊化、智能化和系統化方向發展。第一，模塊化改變了傳統機器人的構型僅能適用有限范圍的問題，工業機器人的研發更趨向采用組合式、模塊化的產品設計思路，重構模塊化幫助用戶解決產品品種、規格與設計制造周期和生產成本之間的矛盾。例如，關節模塊中伺服電機、減速機和檢測系統的三位一體化，由關節、連桿模塊重組的方式構造機器人整機。第二，機器人產品向智能化發展的過程中，工業機器人控制系統向開放性控制系統集成方向發展，伺服驅動技術向非結構化、多移動機器人系統改變，機器人協作已經不僅是控制的協調，而是機器人系統的組織與控制方式的協調。第三，工業機器人技術不斷延伸，目前的機器人產品正在嵌入工程機械、食品機械、實驗設備、醫療器械等傳統裝備之中。
圖3 2005-2014年韓國工業機器人市場規模變化情況
（四）新型智能機器人市場需求增加
新型智能機器人，尤其是具有智能性、靈活性、合作性和適應性的機器人需求持續增長。第一，下一代智能機器人的精細作業能力被進一步提升，對外界的適應感知能力不斷增強。在機器人精細作業能力方面，波士頓咨詢集團調查顯示，最近進入工廠和實驗室的機器人具有明顯不同的特質，它們能夠完成精細化的工作內容，如組裝微小的零部件，預先設定程序的機器人不再需要專家的監控。第二，市場對機器人靈活性方面的需求不斷提高。雷諾目前使用了一批29公斤的擰螺絲機器人，它們在僅有的1.3米長機械臂中嵌入6個旋轉接頭的機器臂均能靈活操作。第三，機器人與人協作能力的要求不斷增強。未來機器人能夠靠近工人執行任務，新一代智能機器人采用聲吶、攝像頭或者其他技術感知工作環境是否有人，如有碰撞可能它們會減慢速度或者停止運作。
三、主要國家機器人發展情況
（一）日本
日本工業機器人發展主要經歷四個歷史階段。第一階段為搖籃期（1967-1970年），川崎重工業公司從美國Unimation公司引進先進的機器人技術，建立生產車間，并且于1968年制造出第一臺川崎機器人。第二階段為實用期（1970-1980年），日本工業機器人經歷短暫的搖籃期后迅速進入發展時期，工業機器人十年間的增長率達到30.8%。第三階段為普及提高期（1980-1990年），日本政府開始在各個領域廣泛推廣使用機器人，1982年日本的機器人產量約2.5萬臺，高級機器人數量占全球總量的56%，到1986年其機器人保有量已經達到 1 0萬臺，機器人產業生產總值超過3000億日元，到了1990年其生產總值超過6000億日元。第四階段為平穩成長期（1990-2013），受到金融危機和日元貶值的影響，日本機器人產業在90年代中后期進入低迷期，2005-2009年，日本工業機器人市場規模呈下降態勢，2009年生產總值不到3000億日元，但是2011年生產總值開始回升。截至2014年，日本工業機器人保有量占全球機器人保有量的30%。
日本機器人產品以工業機器人為主。根據國際機器人聯合會的統計，2014年日本工業機器人的全球市場份額排名第一，工業機器人生產和安裝總量為12.7萬臺，銷售量約2.8萬臺，銷售額超過500億日元。2014年，日本的工業機器人產品按應用領域劃分為四類，分別是噴涂機器人、原材料運輸機器人、裝配機器人、清潔機器人。按照工業分支應用的比例為：自動化零部件工業占35.1%；電機械制造工業占27.3%；塑料制品工業占9.7%。數據顯示工業機器人在汽車和電子領域的應用比例高達62.4%，這兩類產業是推動日本國內機器人產業增速的引擎。
在出口方面，2005-2014年十年間，日本工業機器人出口量顯著高于內銷。2014年出口的工業機器人產品數量超過9.8萬臺，出口的工業機器人占總銷量的77.2%，出口額約3100億日元，比2013年的3013.4億日元增長了2.8%。日本工業機器人出口國多集中在亞洲國家，尤其是中國、韓國和菲律賓。
目前日本機器人產業面臨的重大挑戰是如何拓展應用領域。一方面，日本近年工業機器人在食品、藥品、化妝品“三品產業”領域有較快發展，與汽車和電子產業不同，“三品產業”的衛生標準更高，解決衛生標準需要更先進的技術支持。另一方面，日本服務型機器人開發領域雖然取得重要進展，但是產品量產的服務型機器人還很少。例如，醫療介護和災害救援的機器人已經研發出來，但是推廣普及仍然缺乏技術和制度的支持。
（二）美國
美國工業機器人發展主要經歷四個歷史階段。第一階段是20世紀60年代至70年代，其工業機器人產業處于研究階段，1962年美國研制出世界上第一臺工業機器人，但由于當時本土的失業率高達6.65%，政府擔心機器人導致就業情況惡化，并未把工業機器人列入重點發展項目，美國市場的少量企業僅與大學合作進行初步的研發工作。第二階段是20世界70年代后期至80年代，美國政府與企業對于工業機器人的應用認識有了改變，制定機器人重點技術路線，機器人行業的發展集中于航空、核工程、海洋等特殊領域的高級機器人的開發，機器人的主要用戶是政府和軍方，機器人產業的市場化在此階段遠不及日本。第三階段是20世紀80年代中后期至90年代初期，美國政府真正開始重視工業機器人的研發和推廣，美國標準局和職業安全與衛生管理局開始商討并且建立美國機器人國家標準。隨著機器人制造商的生產技術日臻成熟，功能簡單的一代機器人逐漸不能滿足實際需要，美國開始重視開發具備視覺、觸覺、力感等功能的二代機器人。第四階段是90年代后期，美國在機器人軟件領域處于領先地位。在語音識別技術上，美國科技公司蘋果、谷歌和微軟都在加緊布局；在圖像識別領域，Facebook等公司的人像識別、圖像分析技術初露端倪。
美國是全球工業機器人第三大市場。受到生產自動化的發展趨勢以及美國重振制造業的戰略影響，2014年美國機器人市場規模達到2.6萬臺，較2013年增長了11%。但是機器人本體利潤少、技術含量低，美國制造機器人本體的制造商較少，更多的企業注重于技術方面的研發。截至2015年，美國共申請1.6萬余件相關專利。在機器人技術分類方面，除了機械手、控制單元、焊接、機床零件等基礎技術除外，美國的高智能、高難度的國防機器人、太空機器人已經開始投入實際應用。
為滿足美國制造廠商的現代化生產線需求，美國本土加速機器人的安裝工作，2010-2013年，美國機器人銷售額的年均復合增長率為18%。2014年1月，美國工業機器人保有量為22萬臺，制造業的工業機器人密度達到152臺/萬人，部分自動化工業領域工業機器人密度甚至達到1111臺/萬人。
（三）韓國
韓國機器人產業起步晚、發展速度快。韓國在上世紀 9 0年代初期建立了工業機器人產業體系，政府的推動作用對于韓國機器人產業發展起到了重要作用。2004年韓國政府啟動“無所不在的機器人伙伴”項目后機器人產業步入快速發展期。2008年，《智能機器人促進法》將機器人列為國家級戰略性產業，對于人才培育、質量把控和平臺搭建方面進行了頂層設計。2012年，韓國知識經濟部發布了十年為期的《機器人未來戰略2022》，計劃投資3500韓元使機器人產業規模拓展10倍。2013年，韓國知識經濟部基于該戰略制定了《第二次智能機器人行動計劃（2014-2018年）》，提出2018年韓國機器人國內生產總值要達到20萬億韓元，出口達到70億美元，占據全球20%市場份額的目標。
表2 2012-2014年德國工業機器人新裝機量情況
目前韓國是全球工業機器人第四大市場。2014 年，韓國機器人市場規模達到歷史第二高的2.47萬臺，較2013年增長16%，僅低于2011年的2.55萬臺。韓國工業機器人生產企業占全球 5 %的市場份額，機器人產品主要集中在汽車零部件，特別是電子零部件領域。
（四）德國
德國工業機器人發展極為迅速。德國政府在工業機器人發展初期起到重要引領作用，20世紀70年代中后期，德國政府強制規定“改善勞動條件計劃”，在某些有毒、有害的崗位施行機器換人的計劃。近幾年，德國聯邦教研部與聯邦經濟能源部聯手推行“工業4.0”戰略，將物聯網和信息技術引入制造業，打造智能化生產模式。
德國是歐洲最大的機器人市場，也是世界第五大機器人市場。2014年其工業機器人市場規模超過2萬臺，較2013年增加10%。2010-2014年，德國工業機器人年均增長率約為9%，主要推動力是汽車產業。根據德國機械設備制造業聯合會（VDMA）統計，2014年德國工業機器人密度為282臺，是法國的兩倍、英國的四倍。