工业机器人的应用和发展趋势

工业机器人的应用与发展趋势

一、 什么是工业机器人

20世纪中期，随着计算机、自动化技术和原子能技术的发展，现代机器人开始在美国得到研究和发展，使工业机器人在工业生产中得以广泛使用。工业机器人是一种能自动控制、可重复编程多功能、 多自由度的操作机。它们通常配有机械手、刀具或其它可装配的加工工具，能够搬运材料、工件，完成各种作业是一种柔性自动化设备。

二、 工业机器人发展历程

早在1954 年美国乔治·德沃尔首次设计出第一台电子程序可编的工业机器人，并于 1961 年发表了该项专利。1962年美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代机器人诞生。 从此机器人开始成为人类生活中的现实。 之后日本使工业机器人得到迅速的发展。目前，日本已成为世界上工业机器人产量和拥有量最多的国家。

80 年代，世界上生产技术的高度自动化和集成化，使工业机器人得以进一步发展，并在这个时代起着十分重要的作用。

第一代机器人，一般指工业上大量使用的可编程机器人及遥控操作机。可编程机器人可根据操作人员所编程序完成一些简单重复性作业。遥控操作机制每一步动作都要靠操作人员发出。1982年，美国通用汽车公司在装配线上为机器人装备了视觉系统，从而宣告了第二代机器人—感知机器人的问世。这代机器人，带有外部传感器，可进行离线编程。能在传感系统支持下，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。第三代机器人为自治机器人，正在各国研制和发展。它不但具有感知功能，还具有一定决策和规划能力。能根据人的命令或按照所处环境自行做出决策规划动作即按任务编程。

我国机器人研究工作起步较晚，从"七五"开始国家投入资金，对工业机器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和研制。1986 年国家高技术研究发展计划开始实施，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。

三、工业机器人在工业、生产中的应用

工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工、金属制品业和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。在日、美、西欧等一些工业发达的国家中，工业机器人得到越来越广泛的应用。

四、 工业机器人在其他领域中的应用

随着科技的发展，机器人功能和性能的不断改善和提高，机器人的应用领域日益在扩大，其应用范围已不限于工业，还用于农业、林业、交通运输业、原子能工业、医疗、福利事业、海洋和深空探测等事业中。

例如在海洋开发方面。我国在争取公海海域优先开采权的过程中，由国家 863"计划研制的 6000 米水下无缆自治机器人系统先后两次出海，获得了海底锰结核分布的珍贵资料，使我国成为世界上少数几个具有深海探测能力的国家之一。

深空探测领域方面。由于机器人的自身特点和功用，可以处在人类无法到达或相当危险的环境中去工作，因此，它的重要性再次体现。例如，我国启动的 嫦娥工程"探月工程论证和关键技术的攻关，中国首先登上月球的是机器人而不是人，它对月球进行考察、分析、取样。

"机器人遥控操作系统" 模拟了科学家在地面操作太空机器人的行动。"神舟七号"的发射成功，机器人再次的应用在我国也愈加显得重要。中国几代人航天梦想的实现，使科学家们的眼光越来越集中到深空探测领域。

五、工业机器人的发展趋势

机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的"终极"形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：

1 工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。

2 机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。

3 工业机器人控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

4 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。

5 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出"虚拟轴机床"以来这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为 灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。