工业机器人技术概论

工业机器人技术概论

制造是现代人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。机器人的诞生，就如同人类直立行走一样代表着人类社会的进步，工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，将人们从这些繁重的工作中解脱出来，这是人类文明的又一次飞跃。随着人类工业文明的不断进步，科学技术的迅猛发展，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。

一、工业机器人的发展史

“机器人”一词出自捷克文，意为劳役或苦工。1920 年，捷克斯洛伐克小说家、剧作家卡雷尔•查培克在他写的科幻小说《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。此后被欧洲各国语言所吸收而成为专门名词。

机器人首先是被工厂所使用的。工业机器人的使用可以追溯到20 世纪50 年代末。在第二次世界大战中，武器专家发明了武器瞄准用的司服系统，直到这个时候，人们才拥有制造机器人所需的技术。二战结束后不久，发明家约瑟夫•恩格尔贝格（Joseph F.Englberger ）意识到这种技术能应用于机器人的研制，于是，他与另一位发明家乔治•德沃尔（George Devol）共同开发了的一台工业机器人一一“尤尼梅特” （Unimate）,并于1961年在通用汽车公司的工厂里启用。它的构造相当的简单，功能也只是把零件拿起来，然后放到传送带上，不能对它所处的环境做出反应，只能按预先设定的程序精确的重复同一动作。但是，“尤尼梅特”的应用向人们预示了工业机械化的美好前景，具有十分重要的意义。机器人在许多工厂出现后，不但没有遭到拒绝，而且许多脏活、累活都由机器人来干，受到了工人们的欢迎。

20 世纪60年代可谓是工业机器人的黎明期，机器人的许多功能得到了进一步的发展。像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，包括恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡则开始在机器人中加入视觉传感系统，并帮助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；声纳系统、光电管等技术的应用，使机器人可以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。

20 世纪70年代，随着计算机和人工智能技术的发展，机器人进入了实用化时代。像日立公司推出的具有触觉、压力传感器，7 轴交流电动机驱动的机器人；美国Milacron 公司推出的世界第一台小型计算机控制的机器人，由电液司服驱动，可跟踪移动物体，用于装配和多功能作业；适用于装配作业的机器人还有像日本山梨大学发明的SCAR平面关节型机器人等；70年代末期，由美国Unimation 公司推出的PUM療列机器人，为多关节、多CPUX级计算机控制，全电动，有专用VAL 语言和视觉、力觉传感器，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。

20 世纪80年代，机器人进入了普及期，随着制造业和的发展，使工业机器人在发达国家走向普及，并向高速、高精度、轻量化、成套系列化和智能化发展，以满足多品种、少批量的需要。到了90 年代，随着计算机技术、智能技术的进步和发展，第二代具有一定感觉功能的机器人已经实用化并开始推广，具有视觉、触觉、高灵巧手指、能行走的第三代智能机器人相继出现并开始走向应用。

机器人是人类20 世纪的重大发明之一。据国外专家预测，2l 世纪将是机器人技术革命的世纪，机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中，工业机器人是不可缺少的自动化装备。

二、工业机器人的发展现状，应用领域及发展趋势

一）、工业机器人的发展现状

机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。

工业机器人从70 年代初的第一台诞生开始，至今已经走过了30多年的历程。至今，全世界每年都有近十万台新机器人投入运行。现在使用最广的工业机器人，是6 自由度垂直多关节机器人。世界上的不同机器人厂家都各自有自己的设计标准和结构特点，但主要的机械结构和控制功能都大同小异，并趋于技术的稳定成熟。

主流的新机型，其主要性能的改进，体现在机构的进一步紧凑，速度和范围等指标也有所提高，通信功能更加强大，应用工艺能力更加丰富和便利，控制的轴数也越来越多。作为世界上最先进的机器人之一的MOTOMAN器人，升级换代周期大致为5年左右。最新一代MOTOMAN器人可以实现对38个轴的控制，能进行双机加外部轴的协调控制、三机以至四机的协调联动控制。

当前工业机器人技术的发展方向，主要体现在新型机器人的推出以及机器人应用技术的丰富和发展。

（二）、工业机器人的应用领域

由于机器人及自动化成套装备对提高制造业自动化水平，提高产品质量和生产效率、增强企业市场竞争力、改善劳动条件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提高，其增长速度较快。机器人的应用主要有两种方式，一种是机器人工作单元，另一种是带机器人的生产线，并且后者已经成为机器人应用的主要方式。以机器人为核心的自动化生产线适应了现代制造业多品种、少批量的柔性生产发展方向，具有广阔的市场发展前景和强劲生命力，已开发出多种面向汽车、电气机械等行业的自动化成套装备和生产线产品。

随着科学与技术的发展，工业机器人的应用领域也不断扩大。目前，工业机器人不仅应用于传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业