淺談工業機器人的發展與應用

劉動 李一鳴 王培亮

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

關鍵詞：工業機器人；人工智能；市場份額；經濟

1 工業機器人發展

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。

已知最早的工業機器人，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。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的。該機器人可以在預先設定的圖案疊積木。需要為每個所需的運動馬達的轉數，第一次繪制在坐標紙上。然后這個信息被轉移到紙帶上，從而也推動了機器人的單個馬達。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 執行機構，并編入關節 坐標，即在一個教學階段進行存儲和回放操作中的各關節的角度。他們是精確到一英寸的1 / 10，000。Unimation后授權其技術，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70年代后期，幾個大財團的日本開始生產類似的工業機器人。

1969年，維克多·沙因曼在斯坦福大學發明了斯坦福大學的手臂，全電動，6軸多關節型機器人的設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雜的應 用，如裝配和焊接。沙因曼則設計了第二臂的MIT 人工智能實驗室，被稱為“麻省理工學院的手臂。” 沙因曼，接收獎學金從Unimation發展他的設計后，賣給那些設計以Unimation誰進一步發展他們的支持，通用汽車公司，后來它上市的可編程的通用機裝配（PUMA）。

工業機器人在歐洲起飛相當快，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行研磨和拋光管彎曲并在1974年1月被安裝在生產同樣是在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第一關節機器人具有6機電驅動軸。

在機器人技術在20世紀70年代后期，許多美國公司的興趣增加進入該領域，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）。美國創業公司包括Automatix和嫻熟技術，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，還在進行關節型機器人用于一般工業和潔凈室應用，甚至買的機器人事業部，博世于2004年底。

只有少數的非日本公司管理，最終在這個市場中生存，其中主要的有：嫻熟技術，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 應用領域

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

在美洲地區，工業機器人的應用非常廣泛，其中汽車與汽車零部件制造業為最主要的應用領域，2012年美洲地區這兩個行業對工業機器人的需求占總份額的61%。

亞洲方面，工業機器人大規模應用的時機已經成熟。汽車行業的需求量持續快速增長，食品行業的需求也有所增加，電子行業則是工業機器人應用快的行業。工業機器人行業正成為受亞洲政府財政扶持的戰略新興產業之一。

工業機器人市場的大幕已經拉開，世界機器人市場的需求即將進人噴發期，中國潛在的巨大機械設備生產市場需求已初露端倪，工業機器人進軍機床行業投資前景可期。

工業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品品質。富士康機器人可以承接生產線精密零件的組裝任務，更可替代人工在噴涂、焊接、裝配等不良工作環境中工作，并可與數控超精密鐵床等工作母機結合模具加工生產，提高生產效率，替代部分非技術工人。

使用工業機器人可以降低廢品率和產品成本，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、加快技術創新速度、提高企業競爭力等。機器人具有執行各種任務特別是高危任務的能力，平均故障間隔期達60000小時以上，比傳統的自動化工藝更加先進。

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

機器人作為高技術，它的發展與社會的生產、經濟狀況密切相關。機器人的研制、開發只有從技術上實現可能性大為原則選擇機器人優先應用的領域，并以此為突破口，向其他領域滲透、擴散至為重要。我國機器的應用人要順利走上市場，實現產業化，還是需要各方面的共同努力