工业机器人技术发展与趋势

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装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

1.历史沿革

已知最早的工业机器人，其符合ISO定义，是由格里菲斯·P.泰勒于1937年完成。该机器人可以在预先设定的图案上叠积木。1997年，克里斯舒特建造了机器人的完整副本。

1954年（1961年授予），乔治·迪沃申请了第一个机器人的专利。制作机器人的第一家公司是Unimation，是基于迪沃的原始专利。Unimation机器人也被称为可编程移机，因为一开始他们的主要用途是从一个点传递对象到另一个。这些机器人采用液压执行机构，并编入关节坐标，即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节角度。Unimation后授权其技术给川崎重工和GKN，分别在日本和英国制造Unimates。往后一段时间里，Unimation唯一的竞争对手是美国辛辛那提米拉克龙公司。20世纪70年代后期，日本开始生产类似的工业机器人。

1969年，维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂，提出了6轴多关节型机器人的设计允许一个手臂的解决方案。这使得它精确地跟踪在太空中任意路径，拓宽了潜在用途的机器人更复杂的应用，如装配和焊接。沙因曼则设计了第二臂的MIT人工智能实验室，被称为“麻省理工学院的手臂。”沙因曼，接收奖学金后，从Unimation发展他的设计，通用汽车公司进一步支持其发展，后来上市了可编程的通用机装配手臂（PUMA）。

工业机器人在欧洲发展相当快，有ABB机器人和库卡机器人。1973年，ABB机器人（原ASEA）推出IRB 6——世界上首位市售全电动微型处理器控制的机器人。前两个IRB 6机器人被出售给马格努森，在瑞典进行研磨和抛光管道。同样是在1973年，库卡机器人推出了FAMULUS，其具有6个机电驱动轴。

在20世纪70年代后期，许多美国公司对机器人技术产生兴趣，进入该领域，如通用电气和通用汽车公司（这就形成合资FANUC机器人与FANUC日本LTD）。机器人热潮在1984年到达了新的高度，Unimation以107万美元收购了西屋电气公司。法国史陶比尔公司于1988年进行了关节型机器人的研发，用于一般工业和洁净室。在2004年年底还在这个市场中生存的公司主要有：娴熟技术，史陶比尔，Unimation，瑞典-瑞士公司ABB阿西亚·布朗Boveri公司，德国公司的KUKA机器人与意大利公司柯马。

2.主要特点

戴沃尔提出的工业机器人特点为：将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆机构连接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内。任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。

1962年，美国推出的一些工业机器人控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和手臂组成。后来，才出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。

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）工业机器人技术涉及的学科相当广泛。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，特别是与计算机技术的应用密切相关。因此，工业机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，工业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。(www.xing528.com)

3.工业机器人在中国的发展

我国工业机器人起步于20世纪70年代初期，经过40多年的发展，大致经历了3个阶段：萌芽期、开发期和适用化期。

1970年，世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，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。这段时期为萌芽期。

进入20世纪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，我国工业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。这段时期为发展期。

从20世纪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。这段时期为适用化期。

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。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，当前尚未掌握，这是影响我国工业机器人产业发展的一个重要瓶颈。

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，给工业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。

全球工业机器人的应用领域也有所扩大。2010年，在德国市场，除了汽车行业，食品行业显著增加了工业机器人的利用。可见，在药品、化妆品和塑料行业，机器人的投资潜力巨大。预计亚洲将成为工业机器人行业发展最快的地区。

尽管各大企业面临着转型升级的困难，但不少具备实力、具有长远眼光的企业已经在此困难中寻找到了新的出路。山推作为国内大型工程机械生产厂家和推土机行业龙头企业，在自动化焊接设备的应用上应该说走到了国内同行的前列，其在20世纪90年代中期就开始应用焊接机器人和自动化焊接专机。这些举措不仅使企业的生产效率得到了有效提高，也转变了员工的传统观念。

当前，国外已经研制和生产了各种不同的标准组件，而中国作为未来工业机器人的主要生产国，标准化的过程是发展趋势。

中国制造业面临着向高端转变，承接国际先进制造、参与国际分工的巨大挑战。加快工业机器人技术的研究开发与生产是中国抓住这个历史机遇的主要途径。因此我国工业机器人产业发展要进一步落实：第一，工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径，要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持，参考国外先进经验，加大技术投入与改造；第二，在国家的科技发展计划中，应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持，形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面；第三，部分国产工业机器人质量已经与国外相当，企业采购工业机器人时不要盲目进口，应该综合评估，立足国产。

智能化、仿生化是工业机器人的最高阶段，随着材料、控制等技术不断发展，实验室产品越来越多地实现产品化，逐步应用于各个场合。伴随移动互联网、物联网的发展，多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多，逐步渗透制造业的方方面面，并且由制造实施型向服务型转化。

工业机器人最先大规模使用的区域将会出在我国的发达地区。随着产业转移的进行，发达地区的制造业需要提升。基于工人成本不断增长的现实，工业机器人的应用成为最好的替代方式。未来我国工业机器人的大范围应用将会集中在广东、江苏、上海、北京等地，其工业机器人拥有量将占全国一半以上。

当前，我国进口的工业机器人主要来自日本，但是随着具有自主知识产权的企业不断出现，越来越多的工业机器人将会由中国制造。