先进制造业·导读
工业机器人，被誉为制造业的“皇冠明珠”，在推动中国制造向中国智造转型的过程中扮演着举足轻重的角色。随着中国工业机器人的广泛应用，我们正目睹着国之制造力的崛起。本文旨在为您深入剖析工业机器人的核心技术，带您领略其应用与发展的广阔前景。
一、工业机器人的发展历程
自1920年捷克剧作家卡里洛·奇别克在科幻剧本中首次使用ROBOT这个名词，并将其作为机器人的代名词以来，工业机器人的发展已经历了数十年的沧桑。从1938年3月《Meccano Magazine》报道的搬运机器人模型，到1954年美国G.C.Devol设计出第一台电子可编程序的工业机器人，再到1960年美国AMF公司生产的柱坐标型Versatran机器人，工业机器人的发展可谓是一波三折。
在随后的岁月里，Cincinnati Milacron公司在1974年成功开发了多关节机器人，而Unimation公司在1979年推出的PUMA机器人更是将工业机器人的技术推向了一个新的高度。这一时期的机器人以“示教再现”型为主，虽然具有记忆和存储能力，但缺乏对周围环境的感知与反馈控制。
进入80年代，随着传感技术、信息处理技术的发展，第二代有感觉的机器人应运而生。它们能够获取作业环境和作业对象的部分信息，进行实时处理，从而引导机器人进行更加智能化的作业。这一时期的机器人已经在工业生产中得到了广泛的应用。
目前，各国正在研究的“智能机器人”更是将机器人的能力提升到了一个新的层次。它们不仅具备卓越的环境感知能力，还拥有了逻辑思维、判断和决策能力，能够根据作业需求与环境信息自主地完成工作。
三、工业机器人的现状与前景
随着工业机器人的普及，一种新的趋势正在显现——“机器换人”成为未来制造业的常态。富士康的举措预示着这一趋势的加速，其计划在三年内引入百万台机器人，并有望在山西晋城建立全球最大的智能化机器人生产基地。
目前，汽车、电子、食品、化工、塑胶橡胶和金属制品六大行业是工业机器人的主要应用领域。据预测，未来这些行业对工业机器人的年需求量将达到100万至200万台，占据中国市场的七成左右。
中国机器人产业的蓬勃发展也显而易见。截至今年9月，中国机器人企业数量已近420家，同时，全国各地正在规划建设的机器人产业园超过30个。
这一系列的数字与事实都表明，中国工业机器人市场正迎来一个前所未有的发展机遇。成本优势、效率提升以及管理革新等多重因素共同推动了这一市场的繁荣。在技术不断进步、价格日益亲民的背景下，中国的工业机器人产业正迎来一个黄金时代。
四、工业机器人的关键技术
工业机器人由机械部分、传感部分和控制部分三大核心系统构成，包含机械结构系统、驱动系统、感知系统等多个子系统。这些系统的协同工作，赋予了工业机器人卓越的环境感知能力、逻辑思维以及自主决策能力，使其能够高效地完成各种复杂任务。
工业机器人的机械结构系统主要包括机座、手臂和末端操作器三大部分。机座负责支撑整个机器人，而手臂则由上臂、下臂和手腕组成，实现各种复杂的运动。末端操作器是直接执行任务的关键部件，可以是手抓、喷漆枪或焊具等。
驱动系统是使机器人能够运动的核心部分。它通过在各个关节上安置传动装置，如液压传动、气压传动或电动传动等，来驱动机器人的运动。这些传动装置可以是直接驱动，也可以通过机械传动机构如同步带、链条等进行间接传动。
感知系统由内部传感器和外部传感器组成，用于获取机器人内部和外部环境状态的信息。这些传感器能够提高机器人的机动性、适应性和智能化水平，使其能够更好地感知和理解周围环境。
机器人环境交换系统是机器人与外部环境进行联系和协调的关键部分。它集成了多个功能单元，如加工单元、焊接单元、装配单元等，以实现复杂的生产任务。同时，它还可以与多台机器人、机床或设备进行协同工作。
人机交换系统是操作人员与机器人进行交互的界面。通过该系统，操作人员可以控制机器人的运动和任务执行。它包括指令给定装置和信息显示装置等，使得操作人员能够直观地了解机器人的状态和任务进度。
控制系统是机器人的大脑，负责决定机器人的功能和性能。它通过接收传感器信息、处理指令并输出控制信号来驱动机器人的运动和执行任务。控制系统的性能直接影响着机器人的整体性能和智能化水平。
控制系统的核心任务在于，依据机器人的作业指令程序以及传感器回传的信号，精准地操控机器人的执行机构，以达成既定的运动和功能。若工业机器人缺乏信息反馈功能，则其控制系统属于开环类型；若具备此功能，则属于闭环控制系统。此外，控制系统还可根据其控制原理细分为程序控制系统、适应性控制系统以及人工智能控制系统。在控制运行方面，则可分为点位控制和轨迹控制。点位控制主要关注执行机构从一点到另一点的精确定位，适用于机床上下料、点焊以及一般的搬运和装卸作业。而连续轨迹控制则能操控执行机构沿着预定轨迹运动，更适合连续焊接和涂装等工艺。
一个完整的工业机器人系统，不仅包含机器人本体，还涉及系统软件、控制柜、外围机械设备、CCD视觉系统、夹具/抓手、外围设备PLC控制柜以及示教器/示教盒等多个组件。
接下来，我们将深入探讨工业机器人的驱动系统和感知系统。
2. 机器人的驱动系统
工业机器人的驱动系统，按照其动力来源，主要可以分为液压、气动和电动三大类别。这些基本类型也可以根据需求进行组合，以形成复合式的驱动系统。每一类驱动系统都有其独特的特点和适用场景。
液压驱动系统，得益于其成熟的技术，具有动力强大、力（或力矩）与惯量比高、响应迅速以及易于实现直接驱动等优势。这使得它在承载能力大、惯量大以及在防焊环境中工作的机器人中得到了广泛应用。然而，液压系统需要能量转换（电能转换为液压能），且速度控制多采用节流调速，效率相较于电动驱动系统较低。此外，液压系统的液体泄漏可能对环境造成污染，且工作时的噪声也相对较高。因此，在负荷低于100kg的机器人中，电动系统逐渐取代了液压系统。
例如，青岛华东工程机械有限公司开发的全液压重载机器人，其承载能力高达2000kg，活动半径也达到了近6m，非常适合在铸锻行业中应用。
气压驱动系统，以其速度快、结构简单、维护便捷以及成本低廉等优势，在工业机器人领域占据了一席之地。尽管如此，由于气压装置的工作压强相对较低，难以实现精确定位，因此它通常只被用于驱动工业机器人的末端执行器。例如，气动手抓、旋转气缸以及气动吸盘等设备，便广泛用于中、小负荷工件的抓取和装配作业中。
气动吸盘与气动机器人手爪
电机驱动是工业机器人领域的核心驱动技术，涵盖了直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和直线电机四大类别。其中，直流伺服电机和交流伺服电机通过闭环控制，常被用于高精度、高速度的机器人驱动场景；步进电机则适用于精度和速度要求不高的场合，采用开环控制即可满足需求。值得一提的是，直线电机及其驱动控制系统在技术上已相当成熟，具备传统传动装置无法比拟的诸多优势，例如适应高速与低速应用、高加速度、高精度以及结构简单等。鉴于并联机器人在驱动方面的大量需求，直线电机因此得以在并联机器人领域广泛运用。
3. 机器人的感知系统
机器人的感知系统是机器人能够理解和应用环境信息的关键。它负责将机器人内部状态信息和环境信息从信号转化为数据、信息，以便机器人能够理解和应用。感知系统需要收集与机器人工作状态相关的机械量，如位移、速度、加速度以及力和力矩等。此外，视觉感知技术也是工业机器人感知的重要组成部分。
视觉伺服系统利用视觉信息作为反馈信号，实时调整机器人的位置和姿态。这种技术在半导体和电子行业的应用尤为突出。同时，机器视觉系统还在质量检测、工件识别、食品分拣以及包装等多个方面发挥着重要作用。
视觉伺服控制通常基于位置或图像进行，分别称为三维视觉伺服和二维视觉伺服。这两种方法各有千秋，同时也存在一些局限。因此，有人提出了2.5维视觉伺服方法，以期在保持视觉伺服优点的同时，克服其某些局限性。
基于位置的视觉伺服系统通过建立摄像机参数与机器人末端执行器位置/姿态信息的映射关系，实现闭环控制。该系统从实时拍摄的图像中提取末端执行器位置信息，并与定位目标几何模型比较，估算出位置与姿态误差。随后，根据这些误差调整各关节的新位姿参数。此类视觉伺服要求末端执行器始终在视觉场景中可观测，并准确计算其三维位置姿态信息，同时需消除图像中的干扰和噪声以确保误差计算的准确性。
相比之下，二维视觉伺服比较摄像机拍摄的图像与给定图像的特征，得出误差信号。通过关节控制器和视觉控制器，结合机器人当前作业状态进行修正，从而实现伺服控制。该方法对摄像机及机器人标定误差具有较强鲁棒性，但设计时可能面临图像雅克比矩阵奇异性及局部极小等挑战。
针对三维和二维视觉伺服方法的不足，2.5维视觉伺服方法被提出。它解耦了摄像机的平动位移与旋转闭环控制，通过图像特征点重构物体三维空间方位及成像深度比率，平动部分则用图像平面上的特征点坐标表示。此方法有效结合了图像信号与位姿信号，解决了鲁棒性、奇异性及局部极小等问题，但仍需解决参考物体始终位于摄像机视野内及单应性矩阵解不唯一等难题。
在建立视觉控制器模型时，关键在于描述机器人末端执行器与摄像机之间的映射关系。图像雅克比矩阵是机器人视觉伺服研究中的一类重要方法，但需注意其时变性，以确保在线计算的准确性。
机器人由四大核心部件组成，其中伺服系统与减速器在成本中占据重要比例，分别达到24%和36%，而控制器则占12%。这些关键部件对于机器人的性能发挥至关重要，它们构成了机器人的传动系统、控制系统以及人机交互系统，并具有通用性和模块化的特点。在众多关键部件中，高精度减速机、高性能交直流伺服电机与驱动器，以及高性能控制器等尤为引人注目。其中，减速机作为机器人的核心传动部件，其性能直接影响到机器人的整体性能。目前，市场上广泛使用的减速机类型包括谐波齿轮减速机和RV减速机等。
谐波传动方法自20世纪50年代中期由美国发明家C.WaltMusser发明以来，已广泛应用于机器人技术中。谐波齿轮减速机，作为其核心组件，通过波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，进而与刚性齿轮啮合，实现高效运动和动力传递。其单级传动速比高达70～1000，且能实现反转无侧隙啮合，确保了机器人运动的精准性。此外，相比传统减速机，谐波齿轮减速机在相同输出力矩条件下，体积更小、重量更轻，为机器人设计带来了更多的灵活性。
与此同时，德国人LorenzBaraen在1926年提出的摆线针轮行星齿轮传动原理，为RV减速机的开发奠定了基础。日本帝人株式会社在20世纪80年代率先将这一原理应用于RV减速机的制造，使其成为机器人技术中的又一关键部件。RV减速机结合了行星齿轮减速机与摆线针轮减速机的优点，展现了卓越的回转精度和精度保持性，为机器人的稳定运行提供了有力支持。
近年来，我国科学家陈仕贤发明的活齿传动技术也取得了重大突破。第四代活齿传动——全滚动活齿传动（ORT）已广泛应用于多种工业领域。在此基础上，复式滚动活齿传动（CORT）技术的提出，不仅继承了RV传动的优异性能，还克服了其曲轴轴承受力大、寿命短的弊端，进一步提升了使用寿命和承载能力。CORT减速机的独特结构使得在相同精度指标下，其回差更小、运动精度和刚度更高，有效缓解了RV传动对高制造精度的依赖，降低了加工难度和制造成本。这一技术成果为我国机器人技术的自主研发和创新奠定了坚实基础。
目前，在高精度机器人减速机领域，日本Nabtesco和日本Harmonic Drive两家公司占据了主导地位，分别提供RV摆线针轮减速机和高性能谐波减速机。国际主流机器人厂商，如ABB、FANUC、KUKA和MOTOMAN，均与这两家公司保持着紧密的战略合作关系，所采用的产品大多是在通用机型基础上，根据各自特殊需求进行定制化改进的专用型号。
相较之下，国内在高精度摆线针轮减速机领域的研究起步较晚，主要局限于部分院校和研究所。目前，尚无成熟产品能够应用于工业机器人。然而，近年来国内已有一些厂商和机构开始致力于高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如浙江恒丰泰、重庆大学机械传动国家重点实验室、天津减速机厂、秦川机床厂以及大连铁道学院等。
在谐波减速机方面，国内已出现可替代产品，如北京中技克美和北京谐波传动所。但与日本产品相比，这些产品在输入转速、扭转高度、传动精度和效率方面仍存在一定差距，在工业机器人上的成熟应用尚处于起步阶段。
主流高精度谐波减速机性能比较
HD与中技克美的XB1-40-100型号在传动效率上的测试结果显示，当输入转速为1000r/min、温度维持在40°时，两者均表现出良好的传动效率。而在扭转刚度方面，两款产品均在20%额定扭矩内进行了测试，结果显示均有不俗表现。
综上所述，国内外工业机器人主流高精度摆线针轮减速机在性能上各有千秋，但总体而言，日本Nabtesco和日本Harmonic Drive的产品在市场上仍占据领先地位。
表2 主流高精度RV摆线针轮减速机性能比较
在主流高精度RV摆线针轮减速机方面，国内外产品各有千秋。当输出转速为15r/min、额定扭矩下进行传动效率测试时，各品牌产品均展现出不同的性能特点。
此外，在伺服电机与驱动领域，欧系机器人主要依赖伦茨、Lust、博世力士乐等供应商。这些欧系电机及驱动部件具有出色的过载能力、动态响应和驱动器开放性，且配备总线接口，但价格相对较高。日系品牌如安川、松下、三菱等则提供关键部件，其价格更具竞争力，但动态响应能力和开放性略显不足，且多采用模拟量和脉冲控制方式。
近年来，国内在高性能交流永磁同步电机及驱动部分的研究和产业化方面也取得了显著进展。哈尔滨工业大学、北京和利时、广州数控等单位已具备一定的生产能力，但动态性能、开放性和可靠性仍需在更多实际机器人项目中接受验证。
3）控制器
在机器人控制领域，国外主流机器人厂商通常基于通用的多轴运动控制器平台进行自主研发。这些平台主要分为两大类：一类是以嵌入式处理器如DSP和POWER PC为核心的运动控制卡，另一类则是以工控机搭配实时系统为核心的PLC系统。Delta Tau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系统便是这两类平台的佼佼者。相比之下，国内在运动控制卡方面的研发虽然已有成熟产品，但在机器人实际应用中的经验尚浅。
5. 机器人操作系统
通用的机器人操作系统（ROS）为机器人设计提供了标准化的开发平台。它允许不同的机器人设计师使用相同的操作系统进行软件开发，从而简化了机器人开发的复杂性。ROS不仅推动了机器人行业的硬件与软件分离发展，还为机器人技术的进步提供了强大的推动力。尽管ROS的开发难度高于计算机操作系统，但它为机器人提供了包括硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现以及进程间消息和数据包管理等在内的标准服务。
ROS的系统架构分为两层：低层是操作系统层，负责提供基础的服务；而高层则是用户群贡献的各种软件包，用于实现机器人的不同功能。现有的ROS系统主要基于Ubuntu开源操作系统构建，同时，斯坦福大学、麻省理工学院、德国慕尼黑大学等知名机构也都在ROS的开发和应用方面做出了重要贡献。
6. 机器人的运动规划
为了提升机器人的工作效率，使其能够高效地完成特定任务，合理的运动规划显得尤为重要。运动规划主要分为离线运动规划和在线运动规划，其中离线运动规划又包括路径规划和轨迹规划两个关键环节。
路径规划旨在寻找一条路径，使机器人能够远离障碍物，同时路径长度最短。而轨迹规划则更进一步，它关注的是在机器人关节空间中的移动，力求使机器人的运行时间最短或能量消耗最小。轨迹规划不仅融入了时间序列信息，还对机器人的速度与加速度进行了精心规划，以确保运动的流畅性和速度的可控性。
示教再现是一种实现路径规划的有效方法。通过这种方式，操作人员可以在操作空间中进行直观的示教，并记录下示教结果，以便在工作过程中进行复现。这种方法直观且明确，但需要经验丰富的操作工人，并且路径优化可能不够理想。为了解决这些问题，研究人员提出了建立机器人虚拟模型的方法，通过可视化操作来完成对作业任务的路径规划。
路径规划也可以在关节空间中进行。Gasparetto等人采用五次B样条作为关节轨迹的插值函数，并通过优化加加速度的平方相对于运动时间的积分来确保关节运动的平滑性。刘松国则通过五次B样条对机器人关节轨迹进行插补计算，从而灵活配置各个关节的速度和加速度端点值。此外，关节空间的轨迹规划还能有效避免操作空间的奇异性问题。Huo等人设计了一种优化算法，利用6自由度弧焊机器人在任务过程中的关节功能冗余，将机器人奇异性和关节限制作为约束条件，采用TWA方法进行优化计算。
与操作空间路径规划相比，关节空间路径规划具有显著优势。它能够避免机器人在操作空间中的奇异性问题，简化运动控制，并方便对各个关节轨迹进行优化控制。同时，由于机器人的运动主要通过控制关节电机实现，因此在关节空间中进行路径规划可以避免大量的正运动学和逆运动学计算。
接下来，我们将探讨工业机器人的分类。
工业机器人分类
从机械结构的角度出发，工业机器人主要分为串联机器人和并联机器人两大类。串联机器人的一大特点是其轴的运动会相互影响，改变其他轴的坐标原点。在位置求解方面，虽然其正解相对容易，但反解却颇具挑战。而并联机器人则采用独特的并联机构，使得一个轴的运动不会干扰到其他轴的坐标原点。这类机器人不仅刚度大、结构稳固，还具备承载能力强、微动精度高以及运动负荷小等显著优点。其位置求解特性则恰好与串联机器人相反，正解困难而反解易如反掌。
2. 工业机器人按操作机坐标形式分类
2.1 直角坐标型工业机器人
其运动部分由三个相互垂直的直线移动（即PPP）组成，工作空间呈长方形。这种机器人各轴向移动距离可直接在坐标轴上读出，编程计算直观，定位精度高，且结构简单。但机体体积大，动作范围小，灵活性欠佳，与其他机器人协同工作能力有限。
2.2 圆柱坐标型工业机器人
通过一个转动和两个移动组成的系统实现运动，工作空间为圆柱形。相比直角坐标型，在相同空间下机体体积更小，运动范围更广，位置精度也相当出色。但同样存在协同工作方面的不足。
2.3 球坐标型工业机器人（又称极坐标型）
其手臂运动由两个转动和一个直线移动组成，工作空间为球体。这种机器人能进行上下俯仰动作，抓取地面或低位置工件，位置精度高，但位置误差与臂长成正比。
2.4 多关节型工业机器人（回转坐标型）
手臂结构类似人上肢，前三个关节为回转副。一般由立柱和大小臂组成，结构紧凑、灵活度高，占地面积小，能与其它机器人协同工作。但位置精度相对较低，存在平衡和控制耦合问题。此类机器人应用日益广泛。
2.5 平面关节型工业机器人
它采用一个移动关节和两个回转关节的组合，即PRR形式，实现上下运动与前后、左右运动的精准控制。这种设计的工业机器人，常被称为SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）装配机器人，其水平方向的柔顺性与垂直方向的高刚性相结合，使得它在装配作业中表现出色，特别是对于小规格零件的插接装配，如电子工业中的插接、装配等任务。其结构简单、动作灵活的特点，使其在工业领域得到广泛应用。
此外，工业机器人还可根据程序输入方式进行区分，包括编程输入型和示教输入型。编程输入型机器人通过计算机编程将作业程序文件传输至机器人控制柜，实现自动化控制。而示教输入型机器人则采用示教盒或直接领动执行机构的方式进行操作演示，由操作者将指令信号传给驱动系统，使执行机构按照要求进行动作演示。示教输入型机器人在工业生产中应用广泛，尤其对于工作轨迹复杂的情况，如喷漆机器人等，其灵活性更高。
机器人示教盒
在机器人示教过程中，操作者直接领动执行机构，按照要求的动作顺序和运动轨迹进行操演。这一过程的同时，工作程序的信息自动被存入程序存储器中。当机器人进行自动工作时，控制系统会从程序存储器中检索出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构能够再现示教中的各种动作。
六、工业机器人性能评判指标
工业机器人的特性主要通过一系列基本参数和性能指标来体现，包括工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性以及动态特性等。其中，工作空间是机器人臂杆特定部位所能到达的空间位置的集合，它反映了机器人的工作能力。在理解和评估工业机器人的工作空间时，需要注意几个关键点，以确保准确评估机器人的实际性能。
2. 运动自由度
运动自由度是衡量机器人动作灵活程度的关键参数，表示机器人在空间运动所需的变量数。它通常由沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动数目来定义。自由物体在空间具有六个自由度，包括三个转动自由度和三个移动自由度。然而，工业机器人由于开式连杆系的结构特点，每个关节运动副通常只有一个自由度，因此机器人的自由度数目等于其关节数。自由度越多，机器人的功能就越强大。目前，工业机器人通常具备4至6个自由度。当关节数增加到一定程度时，会出现冗余自由度，这虽然增加了工作的灵活性，但也使控制变得更加复杂。
此外，工业机器人的运动方式可以简化为直线运动和旋转运动两种基本类型。这些运动方式的特点可以通过简记符号来表示，例如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度，依次为旋转、直线、旋转和旋转。同时，机器人的运动自由度还受到运动范围的限制。
- 有效负载
有效负载是机器人操作机在工作时能够搬运的物体重量或承受的力或力矩，它直接反映了操作机的负荷能力。需要注意的是，机器人在不同位姿下的最大可搬运质量会有所不同，因此额定可搬运质量是指在任何位姿下腕关节端部都能达到的最大质量。
- 运动精度
机器人机械系统的精度涉及多个方面，包括位姿精度、重复位姿精度、轨迹精度和重复轨迹精度等。位姿精度是指指令位姿与实际到位姿之间的偏差，而重复位姿精度则衡量的是多次响应同一指令位姿后的不一致程度。轨迹精度关注的是机器人机械接口跟随指令轨迹的接近程度，而轨迹重复精度则反映的是对同一轨迹多次跟随后的不一致性。
- 运动特性
运动特性主要关注机器人的速度和加速度等动态性能。这些性能指标对于评估机器人在实际工作中的应用效果至关重要。
6. 动态特性与结构参数
机器人的动态特性涉及多个结构参数，如质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态等。在机器人设计时，应努力减小质量和惯量，以提高其动态性能。刚度是影响机器人位姿精度和系统固有频率的关键因素，若刚度不足，会导致系统动态不稳定。然而，在某些作业中，如装配操作，适度的柔顺性可能更有利，因此理想的机器人臂杆刚度应该是可调的。增加系统阻尼有助于缩短振荡衰减时间，提高系统稳定性。同时，提高系统的固有频率并确保其远离工作频率范围，也是提高系统稳定性的重要措施。
七、工业机器人面临的技术挑战
尽管工业机器人市场前景广阔，但中国机器人产业仍面临诸多技术挑战。当前，中国工业机器人市场主要被外资品牌占据，日系和欧洲品牌合计占据八成市场份额，而中国大陆厂商仅占一成左右。这反映出中国在机器人产业上的整体实力与国外先进水平相比仍存在差距。
未来30年，中国工业机器人市场预计将保持高速增长，年增长率至少达到30%以上。为抓住这一市场机遇，全球知名机器人厂商如发那科、安川电机、ABB与KUKA等都在积极扩大在中国市场的销售规模。然而，中国本土的工业机器人产业在精度、速度等方面仍需努力追赶国际先进水平，以提高产品的产业化应用程度和市场份额。
中国机器人产业联盟数据统计中心主任李晓佳指出，2013年，中国采购并装配了近3.7万台工业机器人。外资品牌，尤其是那些6轴或以上的高端工业机器人，在汽车制造、焊接等高端行业领域占据了主导地位，占比高达96%。相较之下，国产机器人主要应用于搬运和上下料等基础工作，处于行业价值链的低端。
当前，我国机器人产业发展与国外的差距有进一步拉大的风险。我国机器人产业整体上仍处起步阶段，品牌认知度不高，且年产机器人数量有限。随着国外机器人企业纷纷将中国作为生产基地，自主品牌工业机器人的发展空间受到进一步压缩。
同时，由于关键核心部件的依赖进口，产业空心化风险加大。工业机器人的三大关键部件——电机和服务器、减速机以及控制系统，主要来源于国外，中国大陆厂商在研发制造方面相对缺乏竞争力。这种产业链上游无核心零部件制造商支撑的情况，将长期制约我国机器人产业的发展。
此外，中国工业机器人产业发展还面临多重技术挑战。首先，机器人领域的顶层架构设计和基础技术仍被发达国家控制，导致在成本结构中占比较大的关键部件如减速机、伺服电机等严重依赖进口，国产机器人在成本上并不具备显著优势。其次，存在低端锁定的风险，发达国家不会轻易向中国转移或授权机器人核心技术、专利，这使得中国机器人企业通过参与国际标准制定、技术合作研发等途径进入中高端市场的道路充满阻碍。再次，机器人研发、制造与应用之间缺乏有效衔接，高校和院所在技术研发上的领先地位与市场开拓能力的不足形成鲜明对比，而企业在基础研发上的投入又相对较低。这些因素共同导致研发与制造环节脱节，制约了我国机器人产业的健康发展。
针对外资品牌在国内市场上的垄断地位，专家们提出了多种应对策略以寻求突破与赶超。首先，建议加强国际机器人技术的跟踪与研究，从而制定出符合我国实际情况的“机器人技术路线图”。这一路线图应明确技术发展的各个阶段、关键核心技术的突破点、工艺与零部件的研发，以及产业化的具体路径。
其次，我国应探索出符合自身发展特色的机器人发展模式。这包括加强行业细分领域的集成应用，促进产学研用的紧密结合，集中力量突破关键核心部件的研发，并推动机器人本体、关键零部件、系统集成商等全产业链的协同发展。
此外，为了加快工业机器人产业的发展，培育龙头企业和自主品牌显得尤为重要。我国应将发展自主品牌的工业机器人作为推动经济升级的关键任务，并制定相应的产业目录，以协同推进工业机器人的国产化进程。