淺談工業(yè)機器人的發(fā)展與應(yīng)用

劉動 李一鳴 王培亮

摘 要：工業(yè)機器人的發(fā)展經(jīng)歷了很長的一段時間，工業(yè)機器人是一種通過重復(fù)編程和自動控制，能夠完成制造過程中某些操作任務(wù)的多功能、多自由度的機電一體化自動機械裝備和系統(tǒng)，它結(jié)合制造主機或生產(chǎn)線，可以組成單機或多機自動化系統(tǒng)，在無人參與下，實現(xiàn)搬運、焊接、裝配和噴涂等多種生產(chǎn)作業(yè)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；人工智能；市場份額；經(jīng)濟

1 工業(yè)機器人發(fā)展

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。

已知最早的工業(yè)機器人，符合ISO定義是由“條例”格里菲斯P·泰勒于1937年完成并出版的Meccano雜志，1938年3月。幾乎完全是用吊車狀裝置建成的Meccano件和動力由單個電動機。運動五軸是可能的，包括搶而搶旋轉(zhuǎn)。自動化是用穿孔紙帶通電螺線管，這將有利于起重機的控制桿的運動來實現(xiàn)的。該機器人可以在預(yù)先設(shè)定的圖案疊積木。需要為每個所需的運動馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)，第一次繪制在坐標(biāo)紙上。然后這個信息被轉(zhuǎn)移到紙帶上，從而也推動了機器人的單個馬達(dá)。1997，克里斯舒特建造的機器人的完整副本。

喬治·迪沃申請了第一個機器人的專利在1954年（1961年授予）。制作機器人的第一家公司是Unimation，由迪沃并成立約瑟夫F. Engelberger于1956年，并且是基于迪沃的原始專利。Unimation機器人也被稱為可編程移機，因為一開始他們的主要用途是從一個點傳遞對象到另一個，不到十英尺左右分開。他們用液壓 執(zhí)行機構(gòu)，并編入關(guān)節(jié) 坐標(biāo)，即在一個教學(xué)階段進(jìn)行存儲和回放操作中的各關(guān)節(jié)的角度。他們是精確到一英寸的1 / 10，000。Unimation后授權(quán)其技術(shù)，川崎重工和GKN，制造Unimates分別在日本和英國。一段時間以來Unimation唯一的競爭對手是美國辛辛那提米拉克龍公司 的俄亥俄州。這從根本上改變了20世紀(jì)70年代后期，幾個大財團(tuán)的日本開始生產(chǎn)類似的工業(yè)機器人。

1969年，維克多·沙因曼在斯坦福大學(xué)發(fā)明了斯坦福大學(xué)的手臂，全電動，6軸多關(guān)節(jié)型機器人的設(shè)計允許一個手臂的解決方案。這使得它精確地跟蹤在太空中任意路徑拓寬了潛在用途的機器人更復(fù)雜的應(yīng) 用，如裝配和焊接。沙因曼則設(shè)計了第二臂的MIT 人工智能實驗室，被稱為“麻省理工學(xué)院的手臂。” 沙因曼，接收獎學(xué)金從Unimation發(fā)展他的設(shè)計后，賣給那些設(shè)計以Unimation誰進(jìn)一步發(fā)展他們的支持，通用汽車公司，后來它上市的可編程的通用機裝配（PUMA）。

工業(yè)機器人在歐洲起飛相當(dāng)快，既ABB機器人和庫卡機器人帶來機器人市場在1973年ABB機器人（原ASEA）推出IRB 6，世界上首位市售全電動微型處理器控制的機器人。前兩個IRB 6機器人被出售給馬格努森在瑞典進(jìn)行研磨和拋光管彎曲并在1974年1月被安裝在生產(chǎn)同樣是在1973年，庫卡機器人建立了自己的第一個機器人，被稱為FAMULUS，也1第一關(guān)節(jié)機器人具有6機電驅(qū)動軸。

在機器人技術(shù)在20世紀(jì)70年代后期，許多美國公司的興趣增加進(jìn)入該領(lǐng)域，包括大公司，如通用電氣和通用汽車公司（這就形成合資 FANUC機器人與FANUC日本LTD）。美國創(chuàng)業(yè)公司包括Automatix和嫻熟技術(shù)，公司在機器人熱潮在1984年的高度，Unimation收購了西屋電氣公司 107萬美元。西屋出售Unimation以史陶比爾法韋日SCA的法國于1988年，還在進(jìn)行關(guān)節(jié)型機器人用于一般工業(yè)和潔凈室應(yīng)用，甚至買的機器人事業(yè)部，博世于2004年底。

只有少數(shù)的非日本公司管理，最終在這個市場中生存，其中主要的有：嫻熟技術(shù)，史陶比爾，Unimation，在瑞典 - 瑞士公司ABB阿西亞·布朗Boveri公司，在德國公司的KUKA機器人與意大利公司柯馬。

2 應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)機器人的典型應(yīng)用包括焊接、刷漆、組裝、采集和放置（例如包裝、碼垛和 SMT）、產(chǎn)品檢測和測試等； 所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速度和準(zhǔn)確性。

在美洲地區(qū)，工業(yè)機器人的應(yīng)用非常廣泛，其中汽車與汽車零部件制造業(yè)為最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，2012年美洲地區(qū)這兩個行業(yè)對工業(yè)機器人的需求占總份額的61%。

亞洲方面，工業(yè)機器人大規(guī)模應(yīng)用的時機已經(jīng)成熟。汽車行業(yè)的需求量持續(xù)快速增長，食品行業(yè)的需求也有所增加，電子行業(yè)則是工業(yè)機器人應(yīng)用快的行業(yè)。工業(yè)機器人行業(yè)正成為受亞洲政府財政扶持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。

工業(yè)機器人市場的大幕已經(jīng)拉開，世界機器人市場的需求即將進(jìn)人噴發(fā)期，中國潛在的巨大機械設(shè)備生產(chǎn)市場需求已初露端倪，工業(yè)機器人進(jìn)軍機床行業(yè)投資前景可期。

工業(yè)機器人能替代越來越昂貴的勞動力，同時能提升工作效率和產(chǎn)品品質(zhì)。富士康機器人可以承接生產(chǎn)線精密零件的組裝任務(wù)，更可替代人工在噴涂、焊接、裝配等不良工作環(huán)境中工作，并可與數(shù)控超精密鐵床等工作母機結(jié)合模具加工生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，替代部分非技術(shù)工人。

使用工業(yè)機器人可以降低廢品率和產(chǎn)品成本，提高了機床的利用率，降低了工人誤操作帶來的殘次零件風(fēng)險等，其帶來的一系列效益也十分明顯，例如減少人工用量、減少機床損耗、加快技術(shù)創(chuàng)新速度、提高企業(yè)競爭力等。機器人具有執(zhí)行各種任務(wù)特別是高危任務(wù)的能力，平均故障間隔期達(dá)60000小時以上，比傳統(tǒng)的自動化工藝更加先進(jìn)。

在發(fā)達(dá)國家中工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)高效率。目前典型的成套裝備有大型轎車殼體沖壓自動化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、大型機器人車體焊裝自動化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、電子電器等機器人柔性自動

機器人作為高技術(shù)，它的發(fā)展與社會的生產(chǎn)、經(jīng)濟狀況密切相關(guān)。機器人的研制、開發(fā)只有從技術(shù)上實現(xiàn)可能性大為原則選擇機器人優(yōu)先應(yīng)用的領(lǐng)域，并以此為突破口，向其他領(lǐng)域滲透、擴散至為重要。我國機器的應(yīng)用人要順利走上市場，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還是需要各方面的共同努力