工業機器人的應用與發展趨勢

一、 什么是工業機器人

20世紀中期，隨著計算機、自動化技術和原子能技術的發展，現代機器人開始在美國得到研究和發展，使工業機器人在工業生產中得以廣泛使用。工業機器人是一種能自動控制、可重復編程多功能、 多自由度的操作機。它們通常配有機械手、刀具或其它可裝配的加工工具，能夠搬運材料、工件，完成各種作業是一種柔性自動化設備。

二、 工業機器人發展歷程

早在1954 年美國喬治·德沃爾首次設計出第一臺電子程序可編的工業機器人，并于 1961 年發表了該項專利。1962年美國通用汽車公司投入使用，標志著第一代機器人誕生。 從此機器人開始成為人類生活中的現實。 之后日本使工業機器人得到迅速的發展。目前，日本已成為世界上工業機器人產量和擁有量最多的國家。

80 年代，世界上生產技術的高度自動化和集成化，使工業機器人得以進一步發展，并在這個時代起著十分重要的作用。

第一代機器人，一般指工業上大量使用的可編程機器人及遙控操作機。可編程機器人可根據操作人員所編程序完成一些簡單重復性作業。遙控操作機制每一步動作都要靠操作人員發出。1982年，美國通用汽車公司在裝配線上為機器人裝備了視覺系統，從而宣告了第二代機器人—感知機器人的問世。這代機器人，帶有外部傳感器，可進行離線編程。能在傳感系統支持下，具有不同程度感知環境并自行修正程序的功能。第三代機器人為自治機器人，正在各國研制和發展。它不但具有感知功能，還具有一定決策和規劃能力。能根據人的命令或按照所處環境自行做出決策規劃動作即按任務編程。

我國機器人研究工作起步較晚，從"七五"開始國家投入資金，對工業機器及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發和研制。1986 年國家高技術研究發展計劃開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。

從90 年代初期起，我國的國民經濟進入實現兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業化基地，為我國機器人產業的騰飛奠定了基礎。

三、工業機器人在工業、生產中的應用

工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險惡劣環境下的作業，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工、金屬制品業和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。在日、美、西歐等一些工業發達的國家中，工業機器人得到越來越廣泛的應用。

四、 工業機器人在其他領域中的應用

隨著科技的發展，機器人功能和性能的不斷改善和提高，機器人的應用領域日益在擴大，其應用范圍已不限于工業，還用于農業、林業、交通運輸業、原子能工業、醫療、福利事業、海洋和深空探測等事業中。

例如在海洋開發方面。我國在爭取公海海域優先開采權的過程中，由國家 863"計劃研制的 6000 米水下無纜自治機器人系統先后兩次出海，獲得了海底錳結核分布的珍貴資料，使我國成為世界上少數幾個具有深海探測能力的國家之一。

深空探測領域方面。由于機器人的自身特點和功用，可以處在人類無法到達或相當危險的環境中去工作，因此，它的重要性再次體現。例如，我國啟動的 嫦娥工程"探月工程論證和關鍵技術的攻關，中國首先登上月球的是機器人而不是人，它對月球進行考察、分析、取樣。

"機器人遙控操作系統" 模擬了科學家在地面操作太空機器人的行動。"神舟七號"的發射成功，機器人再次的應用在我國也愈加顯得重要。中國幾代人航天夢想的實現，使科學家們的眼光越來越集中到深空探測領域。

五、工業機器人的發展趨勢

機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的"終極"形式。它涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成，因此它的發展與眾多學科發展密切相關。當今工業機器人的發展趨勢主要有：

1 工業機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。

2 機械結構向模塊化可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；有關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人。

3 工業機器人控制系統向基于 PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化，網絡化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結構，大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。

4 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術在產品化系統中已有成熟應用。

5 機器人化機械開始興起。從94年美國開發出"虛擬軸機床"以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。

總體趨勢是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉移，從工業機器人產業向解決方案業務的機器人技術產業發展。機器人技術的內涵已變為 靈活應用機器人技術的、具有實際動作功能的智能化系統。機器人結構越來越靈巧，控制系統愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發展。