初步了解工业机器人

【摘要】工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，广泛用于工业生产中。了解工业机器人的概念、特点、发展历史和未来发展前景对于机械工程专业学生来说十分必要。

【关键词】工业机器人

一提到机器人，人们马上想到的是新闻中看到的会唱歌跳舞的人形机器，或是科幻电影中万能的仿真机器人，但这种观念并不科学。一般来说，机器人是指靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统.

工业机器人概念和特点

机器人可分为分为两大类，即特种机器和人工业机器人。特种机器人是指用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、以及大众观念中的人形智能机器人等;而所谓工业机器人则是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。特种机器人多用于科考和军事中，在人们日常生活中的应用还处于雏形阶段。而工业机器人已经广泛用于工业生产中，是对人们的生活影响最大的一种机器人。当今世界的机器人95%为工业机器人

美国机器人工业协会（U.S.RIA）提出的工业机器人定义为：“工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。” 工业机器人最显著的特点有以下几个：

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。

(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

工业机器人的发展

1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳动力。它是最早的工业机器人设想。20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。UNIMATION的VAL（very advantage language)语言也成为机器人领域最早的编程语言在各大学及科研机构中传播，也是各个机器人品牌的最基本范本。其机械结构也成为行业的模板。其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收购，并利用STAUBLI的技术优势，进一步得以改良发展。日本第一台机器人由KAWASAKI从UNIMATION进口，并由kawasaki模仿改进在国内推广。

我国工业机器人起步于上世纪1970年初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。

1970年我国发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展极为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。从90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

我国的工业机器人现状及发展前景

事实上，中国的制造业正在迅速进入机器人时代。富士康掌门郭台铭在2011年宣布，未来三年内将在组装工厂生产线上累计部署100万台工业机器人，取代简单重复的人力劳动。虽然计划略显夸张，但也表明在人力成本上升的大背景下，工业机器人前景诱人。这也预示着这一现象很快会在其他制造业领域出现。

随着人口红利的逐渐下降，企业用工成本不断上涨，工业机器人正逐步走进公众的视野。中国产业洞察网分析师李强认为，人口红利的持续消退，给机器人产业带来了重大的发展机遇；在国家政策支持下，产业有望迎来爆发期。

《2013-2017年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》显示亚洲将成为工业机器人行业发展最快的地区。截止2010年末，中国运行中的工业机器人数量超过5万台，应用程度与发达国家相比存在较大差距，如运行数量约为日本的1/10、德国的1/4，可见中国工业机器人行业未来发展空间较大。

根据2011年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，中国在“十二五”时期将加快发展战略性新型产业。国务院在相关决定中指出：“发展战略性新型产业已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略”，包括“高端装备制造产业”、“新材料产业”、“新能源产业”及“节能环保产业”等。前瞻网分析预测，今后十年我国高端装备制造业的销售产值将占全部装备制造业销售产值的30%以上。工业机器人行业作为高端装备制造产业的重要组成部分，必将在此期间得到更多的政策扶持，实现进一步增长。中国到2014年将成为全球最大的工业机器人消费国。预计到2015年，中国机器人市场需求量将达3.5万台，占全球总量的16.9%，成为规模最大的机器人市场。专家表示，未来3年中国工业机器人市场复合增速可达30%。

【结束语】虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。工业机器人很多核心技术，当前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。但我国工业机器人人的巨大需求提醒着我们：工业机器人的设计与制造业将是我辈机械工程师大展身手的舞台。