机器人发展史 摘要：机器人学的进步和应用是20 世纪自动控制最有说服力的成就。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。可以预见，在21 世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴。开发和研制建设机器人和传统建设机械的机器人化， 是工业机器人和特种机器人发展的必然结果，也是建设机械设备发展的方向。笔者相信，随着改革的深入和科学技术的发展，在全行业的共同努力下，我国在研制和开发建设机器人和机器人化的建设工程设备上必将在二十一世纪取得更大的发展。 关键词：机器人 起源 发展趋势 前景 一、 引言 大千世界，万事万物都遵循着从无到有的，从低级到高级的发展规律，机器人也不例外。话说早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的“机器人”。然而真正机器人的出现，或者说它的历史并不算长，直到1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正拉开了帷幕。 一般的，我们把机器人定义为有程序控制的，具有人或生物的某些功能的，可以替代人进行工作的机器。 在形成这个理论的过程中却有着一段不平凡的历史经历，科学家们，或者说发明者们，进行了一次又一次的改进，也正式这些前人的努力，才有了站在巨人肩膀上的人们发明了现在的机器人。 二、 机器人的起源 “robot”一词最早出现于1920 年在捷克作家凯勒尔·凯佩克的名为“罗莎姆的万能机器人”的幻想剧中。在该剧中，机器人按照其主人的命令默默地工作，没有感觉和感情，以呆板的方式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司取得了成功，使机器人具有了感情，导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员。机器人发觉人类十分自私和不公正，终于造反了，机器人的体能和智能都非常优异，因此消灭了人类。 说起机器人，我们头脑里马上会联想到那些会唱歌跳舞干工作而且有头有手的小东西。其实那只是机器人的狭意理解。机器人的完整意义应该是一种可以代替人进行某种工作的自动化设备。它可以是各种样子，并不一定长得像人，也不见得以人类的动作方式活动。机器人是科幻小说!科幻电影中的主人公而它现在已从科幻小说! 科幻电影中走进人们的生活,成为人类社会必不可少的一位伴侣,人创造了机器人,机器人逐步代替部分人的脑力劳动与体力劳动。 机器人的祖先可以追溯到两千多年前。我们知道古人用滴漏计时的方法，其实那就是一种自动化设备——水钟。到了中世纪，欧洲人发明了由摆控制的钟，18世纪又发明了用发条控制的钟，机器的自动化水平越来越高。在我国，则从周朝到明朝一直沿用着滴漏计时设备。 1959年，美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，取名“尤尼梅逊”，意为“万能自动”。尤尼梅逊的样子像一个坦克炮塔，炮塔上伸出一条大机械臂，大机械臂上又接着一条小机械臂，小机械臂再安装着一个操作器。这三部分都可以相对转动、伸缩，很像是人的手臂了。它的发明人专门研究运动机构与控制信号的关系，可以编制程序让机器记住并模仿、重复进行某种动作。英格伯格和德沃尔认为汽车制造过程比较固定，适合用这样的机器人。于是，这台世界上第一个真正意义上的机器人，就应用在了汽车制造生产中。 三、 我国机器人的发展状况 在前不久召开的第五届全国先进制造装备与机器人技术高峰论坛上，哈尔滨工业大学机器人研究所副所长李瑞峰教授对我国工业机器人产业化发展战略进行了探讨并提出了建设性的意见。他指出，作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。 自从20世纪60年代人类制造了第一台工业机器人以来，机器人就显示出了极强的生命力。经过40年的飞速发展，在工业发达国家，机器人已经广泛应用于汽车工业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流、制造业等诸多领域中。据相关统计数据表明，工业机器人主要用于汽车工业及汽车零部件工业，占整个机器人市场的61%，金属制品业占8%、橡胶及塑料工业和电子电气行业分别占7%，食品工业占2%，其他工业占15%。据了解，国际上工业机器人技术日趋成熟，已成为装备制造业的一种标准设备而得到工业界的广泛应用。比较著名的工业机器人公司有瑞典的ABB、日本的FANUC、Yaskwa、德国的KU鄄KA、美国的AdeptTechnology、意大利的COMAU，这些公司已成为其所在地区的支柱性企业。 目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，2004年日本对华出口的机器人占我国进口的工业机器人的一半，其他欧洲品牌机器人，如ABB、KUKA、COMAU等，占据市场的另一半。2005年，我国工业机器人拥有量达到7000台，年销增长到28.7亿元。近年来，随着我国经济快速增长，特别是汽车业的高速发展，每年新增工业机器人的台数和总量都在快速增长。2006年，我国工业机器人新安装台数达5770台、2007年为6581台，2008年则达到7500台。截止2008年年末，我国已有工业机器人31400台。随着我国制造业从劳动密集型向现代化方向发展，机器人保有量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。 仅从汽车工业每百万名生产工人占有的机器人数量来比较，日本1710台、意大利1600台、美国770台、英国610台、瑞典630台，而我国还不到90台，中国仍然是世界上相对比较落后的国家。面对中国这样庞大的市场，每一个机器人供应商都有着非常大的用武之地。 弊端：产业化不足20世纪90年代末，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。产业化基地的建设，为发展我国机器人产业奠定了基础。目前，我国已经能够生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人等一系列产品，不少品种已经实现了小批量生产。 尽管机器人产业化已呈星火燎原之势，但仍旧存在着诸多问题。除了众多历史原因造成制造业水平低下的原因外，更多的是对工业机器人产业的认识和定位上存在着不同的观点。首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础，但是无论从质量、产品系列，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此造成关键零部件长期依赖进口，影响了我国机器人的价格竞争力。 其次，中国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市场。 再其次，认识不到位，鼓励工业机器人产业化发展的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，应从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性，这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。 据了解，日本战后对机器人采取的一系列相关政策，极大地推动了机器人产业的发展，目前，日本已是世界上工业机器人的第一生产大国。工业机器人作为高新技术产品，应该比照新能源中的电动汽车，出台相应的扶植政策。 四、 其他国家机器人的发展状况 美国是工业机器人的诞生地，基础雄厚，技术先进。现今美国有着一批具有国际影响力的工业机器人供应商，像Adept Technologe 、American Robot 、Emersom Industrial Automation 等。 日本在十九世纪七十年代正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。毫无疑问，在美国诞生并已投入生产的工业机器人给日本带来了福音。1967年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于1968年试制出第一台日本产unimate机器人。经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到其它制造业以及非制造业。1980年被称为日本的“机器人普及元年”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓励政策，这些机器人收到了广大企业的欢迎。1980年~1990年日本的工业机器人处于鼎盛时期，后来国际市场曾一度转向欧洲和北美，但日本经过短暂的低迷期又恢复其昔日的辉煌。 德国工业机器人的数量占世界第三，仅次于 日本和美国，其智能机器人的研究和应用在世界上处于领先地位。目前在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人经推广应用成为主流安装机型，而第三代智能机器人已占有一定比重并成为发展的方向。 世界上的机器人供应商分为日系和欧系。瑞典的ABB公司是世界上最大机器人制造公司之一。1974年研发了世界上第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料搬运。1975年生产出第一台焊接机器人。到1980年兼并Trallfa喷漆机器人公司后，其机器人产品趋于完备。ABB公司制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配铸造、密封涂胶、材料处理、包装、喷漆、水切割等领域。 德国的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上几家顶级工业机器人制造商之一。1973年研制开发了KUKA的第一台工业机器人。年产量达到一万台左右。所生产的机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等工业，主要用于材料处理、机床装备、包装、堆垛、焊接、表面休整等领域。 意大利COMAU公司从1978年开始研制和生产工业机器人，至今已有30多年的历史。其机器人产品包括Smart系列多功能机器人和MASK系列龙门焊接机器人。广泛应用于汽车制造、铸造、家具、食品、化工、航天、印刷等领域。 日系是工业机器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等国际知名公司。 FANUC是世界上最大的机器人制造商之一。FANUC的前身致力于数控设备和伺服电机系统的研制和生产。1972年从日本富士通公司的计算机控制部门独立出来成立了FANUC公司。FANUC公司的主要业务分为两部分：工业机器人和工厂自动化。据统计，截至2008年6月末，其生产的机器人突破20万台。FANUC最新研发的工业机器人产品有：R-2000iA系列多功能智能机器人。具有独特的视觉和压力传感器，可以将随意堆放的工件捡起并完成装配；Y44CCLDiA高功率LD YAG激光机器人。研制安装的4.4kwLD YAG激光振荡器，提高了效率和可靠性。 安川公司于1977年研制出第一台全自动工业机器人，旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国以及Synetics Solutions美国公司等子公司。其核心的工业机器人有点焊和弧焊机器人，油漆和处理机器人，LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。近年来安川生产的新型液晶玻璃板搬运机器人受到市场欢迎。此外，安川还是将工业机器人应用于半导体领域最早厂商之一。 川崎公司生产出了日本第一台工业机器人，对工业机器人产业做出了不可磨灭的贡献。川崎生产的喷涂机器人、焊接和组装机器人、半导体工业用机器人也很受市场欢迎。 五、 未来机器人的发展前景 经过了半个多世纪的发展起来的机器人，大致经历了三个时代。第一代为简单个体机器人，第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，而机器人未来发展方向是有知觉、有思维、能与人对话，而且也向着发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出故障部位，并能自我修复的智能机器人 今天，机器人的应用范围大大地扩展了，除工农业生产外，机器人应用到各行各业，机器人已具备了人类的特点。机器人向着智能化、拟人化方向发展的道路，是没有止境的。 展望未来，对机器人的需求是多面的。在制造工业由于多数工业产品的商品寿命逐渐缩短，品种需求加多，这就促使产品的生产就要从传统的单一品种成批大量生产逐步向多品种小批量柔性生产过渡。有各种加工装备、机器人、物料传送装置和自动化仓库组成的柔性制造系统，以及由计算机统一调度的更大规模的集成制造系统将逐步成为制造工业的主要生产手段之一。 现在工业上运行的90%以上的机器人，都不具有智能。随着工业机器人数量的快速增长和工业生产的发展，对机器人的工作能力也提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和特种机器人。这些智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动；有的具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作、自动装配和产品检验；有的具有自主控制和决策能力。这些智能机器人，不仅应用各种反馈传感器，而且还运用人工智能中各种学习、推理和决策技术。智能机器人还应用许多最新的智能技术，如临场感技术、虚拟现实技术、多真体技术、人工神经网络技术、遗传算法和遗传编程、放声技术、多传感器集成和融合技术以及纳米技术等。可以说，智能机器人将是未来机器人技术发展的方向。 参考文献： 【1】 陈爱珍. 国内外机器人的发展现状[J] . 机械工程师, 2008, (07) 【2】 顾振宇. 全球工业机器人产业现状与趋势[J] . 机电一体化, 2006, (02) 【3】 李湘洲等. 机器人趣谈[M]. 北京：新时代出版社 2000.1 【4】 张明鹏,张昆,徐家球 机器人工程基础[M] 机械工业出版 1989.3 【5】 蔡自兴 机器人学[M] 清华大学出版社2009.6