給世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人一個(gè)定義

電子發(fā)燒友早八點(diǎn)訊：工業(yè)機(jī)器人定義：工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)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(dòng)。

喬治·迪沃申請(qǐng)了第一個(gè)機(jī)器人的專利在1954年（1961年授予）。制作機(jī)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(jī)器人也被稱為可編程移機(jī)，因?yàn)橐婚_(kāi)始他們的主要用途是從一個(gè)點(diǎn)傳遞對(duì)象到另一個(gè)，不到十英尺左右分開(kāi)。他們用液壓 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并編入關(guān)節(jié) 坐標(biāo)，即在一個(gè)教學(xué)階段進(jìn)行存儲(chǔ)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(guó)。一段時(shí)間以來(lái)Unimation唯一的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是美國(guó)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(gè)大財(cái)團(tuán)的日本開(kāi)始生產(chǎn)類似的工業(yè)機(jī)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(dòng)，6軸多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的設(shè)計(jì)允許一個(gè)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(jī)器人更復(fù)雜的應(yīng) 用，如裝配和焊接。沙因曼則設(shè)計(jì)了第二臂的MIT 人工智能實(shí)驗(yàn)室，被稱為“麻省理工學(xué)院的手臂?！?沙因曼，接收獎(jiǎng)學(xué)金從Unimation發(fā)展他的設(shè)計(jì)后，賣給那些設(shè)計(jì)以Unimation誰(shuí)進(jìn)一步發(fā)展他們的支持，通用汽車公司，后來(lái)它上市的可編程的通用機(jī)裝配（PUMA）。

現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開(kāi)發(fā)利用。

自1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。

大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，其結(jié)果之一便是1952年數(shù)控機(jī)床的誕生。與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的控制、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

另一方面，原子能實(shí)驗(yàn)室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。

1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。

作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形特征迥異，主要由類似人的手和臂組成。

1965年，MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺(jué)傳感器的、能識(shí)別與定位簡(jiǎn)單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。

1967年日本成立了人工手研究會(huì)（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)），同年召開(kāi)了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。

1970年在美國(guó)召開(kāi)了第一屆國(guó)際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。1970年以后，機(jī)器人的研究得到迅速?gòu)V泛的普及。

1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動(dòng)的，能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。

到了1980年，工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及，故稱該年為“機(jī)器人元年”。

隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國(guó)的美稱”。

據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE）和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的統(tǒng)計(jì)，至2003年末，在美國(guó)運(yùn)行的機(jī)器人總量為112400套，比2002年增長(zhǎng)7%。預(yù)計(jì)到2007年底，運(yùn)行的機(jī)器人數(shù)量將達(dá)到145000套。就每萬(wàn)雇員擁有工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，至2003年末，美國(guó)制造業(yè)中，每1萬(wàn)雇員擁有63個(gè)工業(yè)機(jī)器人。盡管從排名上說(shuō)，美國(guó)已經(jīng)進(jìn)入世界前十名，但其與前幾名仍然有著很大的差距，僅相當(dāng)于德國(guó)的43％，意大利的54％，歐盟的68％。與普通的制造業(yè)相比，美國(guó)汽車工業(yè)中每萬(wàn)個(gè)產(chǎn)業(yè)工人擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量大大提高，達(dá)到740個(gè)，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本（1400個(gè)機(jī)器人）、意大利（1400個(gè)機(jī)器人）和德國(guó)（1000個(gè)機(jī)器人。

美國(guó)是機(jī)器人的誕生地。早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。比起號(hào)稱機(jī)器人王國(guó)的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，美國(guó)現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史。道路是曲折的，不平坦的。

20世紀(jì)60年代到70年代期間，美國(guó)的工業(yè)機(jī)器人主要立足于研究階段，只是幾所大學(xué)和少數(shù)公司開(kāi)展了相關(guān)的研究工作。那時(shí)，美國(guó)政府并未把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，特別是，美國(guó)當(dāng)時(shí)失業(yè)率高達(dá)6.65％，政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會(huì)造成更多人失業(yè)，因此既未投入財(cái)政支持，也未組織研制機(jī)器人。而企業(yè)在這樣的政策引導(dǎo)下，也不愿冒風(fēng)險(xiǎn)，去應(yīng)用或制造機(jī)器人。致使錯(cuò)過(guò)了發(fā)展良機(jī)，固守在使用剛性自動(dòng)化裝置的層面上。這不能不說(shuō)是美國(guó)政府的戰(zhàn)略決策錯(cuò)誤。70年代后期，美國(guó)政府和企業(yè)界雖對(duì)工業(yè)機(jī)器人的制造和應(yīng)用認(rèn)識(shí)有所改變，但仍將技術(shù)路線的重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級(jí)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)上， 致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來(lái)居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過(guò)了美國(guó)，產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上形成了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后，美國(guó)才感到形勢(shì)緊迫，政府和企業(yè)界才開(kāi)始真正重視機(jī)器人。制定和采取了相應(yīng)的政策和措施，一方面鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國(guó)再次工業(yè)化的特征，使美國(guó)的機(jī)器人迅速發(fā)展。80年代中后期，隨著各大廠家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來(lái)越滿足不了實(shí)際需要。美國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)帶有視覺(jué)、力覺(jué)的第二代機(jī)器人，并很快占領(lǐng)了美國(guó)60％的機(jī)器人市場(chǎng)。

工業(yè)機(jī)器人在日本發(fā)展：與此同時(shí)，十九世紀(jì)七十年代的日本正面臨著嚴(yán)重的勞動(dòng)力短缺，這個(gè)問(wèn)題已成為制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)主要問(wèn)題。毫無(wú)疑問(wèn)，在美國(guó)誕生并已投入生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人給日本帶來(lái)了福音。1967年日本川崎重工業(yè)公司首先從美國(guó)引進(jìn)機(jī)器人及技術(shù)，建立生產(chǎn)廠房，并于1968年試制出第一臺(tái)日本產(chǎn)unimate機(jī)器人。經(jīng)過(guò)短暫的搖籃階段，日本的工業(yè)機(jī)器人很快進(jìn)入實(shí)用階段，并由汽車業(yè)逐步擴(kuò)大到其它制造業(yè)以及非制造業(yè)。1980年被稱為日本的“機(jī)器人普及元年”，日本開(kāi)始在各個(gè)領(lǐng)域推廣使用機(jī)器人，這大大緩解了市場(chǎng)勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺的社會(huì)矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵(lì)政策，這些機(jī)器人收到了廣大企業(yè)的歡迎。1980年~1990年日本的工業(yè)機(jī)器人處于鼎盛時(shí)期，后來(lái)國(guó)際市場(chǎng)曾一度轉(zhuǎn)向歐洲和北美，但日本經(jīng)過(guò)短暫的低迷期又恢復(fù)其昔日的輝煌。1993年末，全世界安裝的工業(yè)機(jī)器人有61萬(wàn)臺(tái)，其中日本占60%，美國(guó)占8%，歐洲占17%，俄羅斯和東歐占12%。

德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量占世界第三，僅次于 日本和美國(guó)，其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先地位。目前在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機(jī)器人經(jīng)推廣應(yīng)用成為主流安裝機(jī)型，而第三代智能機(jī)器人已占有一定比重并成為發(fā)展的方向。 世界上的機(jī)器人供應(yīng)商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機(jī)器人制造公司之一。1974年研發(fā)了世界上第一臺(tái)全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料搬運(yùn)。1975年生產(chǎn)出第一臺(tái)焊接機(jī)器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機(jī)器人公司后，其機(jī)器人產(chǎn)品趨于完備。ABB公司制造的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領(lǐng)域。 德國(guó)的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級(jí)工業(yè)機(jī)器人制造商之一。1973年研制開(kāi)發(fā)了KUKA的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。年產(chǎn)量達(dá)到一萬(wàn)臺(tái)左右。所生產(chǎn)的機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等工業(yè)，主要用于材料處理、機(jī)床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領(lǐng)域。

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初，其發(fā)展過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：70年代的萌芽期；80年代的開(kāi)發(fā)期；90年代的實(shí)用化期。而今經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國(guó)已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來(lái)。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù)；運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。

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