隨著技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣泛，從傳統(tǒng)的汽車制造業(yè)向電子電器、食品加工、冶金、化工等行業(yè)擴(kuò)張，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展成為自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)代到來的助力。在這里介紹一下工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、特點(diǎn)及應(yīng)用情況。

　　工業(yè)機(jī)器人介紹

　　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)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(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)。

　　1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中最早使用機(jī)器人一詞，劇中機(jī)器人“Robot”這個(gè)詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個(gè)具有人的外表，特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞力。它是最早的工業(yè)機(jī)器人設(shè)想。

　　20世紀(jì)40年代中后期，機(jī)器人的研究與發(fā)明得到了更多人的關(guān)心與關(guān)注。50年代以后，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開始研究能搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手，如圖0.2所示，這是一種主從型控制系統(tǒng)，主機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機(jī)械手之間有防護(hù)墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機(jī)械手操作機(jī)進(jìn)行有效的監(jiān)視，主從機(jī)械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機(jī)器人的產(chǎn)生為近代機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造作了鋪墊。

　　1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。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。1959年UNIMATION公司的第一臺工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。

　　UNIMATION的VAL（veryadvantagelanguage)語言也成為機(jī)器人領(lǐng)域最早的編程語言在各大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)中傳播，也是各個(gè)機(jī)器人品牌的最基本范本。其機(jī)械結(jié)構(gòu)也成為行業(yè)的模板。其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收購，并利用STAUBLI的技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)一步得以改良發(fā)展。日本第一臺機(jī)器人由KAWASAKI從UNIMATION進(jìn)口，并由kawasaki模仿改進(jìn)在國內(nèi)推廣。

　　工業(yè)機(jī)器人特點(diǎn)

　　工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：

　　(1)可編程。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性啟動(dòng)化。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。

　　(2)擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。

　　(3)通用性。除了專門設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

　　(4)工業(yè)機(jī)器技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，歸納起來是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機(jī)電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)其他技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗(yàn)證一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。

　　為適應(yīng)市場需求，工業(yè)機(jī)器人在發(fā)展中呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：適用性，專用化，高精度、高速度，模擬性，易操作，更靈活，易控制，更自動(dòng)化。

　　1適用性

　　有什么樣的需求會(huì)產(chǎn)生什么樣的產(chǎn)品，工業(yè)機(jī)器人也不例外。此款機(jī)器人適合汽車行業(yè)，另一款機(jī)器人則適合電子加工，不同的機(jī)器人則對應(yīng)不用的行業(yè)。英國Motomen公司為滿足最近生產(chǎn)了為了滿足新型汽車Jaguarsaloo制造需要，專門生產(chǎn)了兩臺焊接機(jī)器人設(shè)備。第一臺除有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外形外，還帶有一個(gè)報(bào)警器和一個(gè)電力線的載源，六軸的機(jī)器人和兩個(gè)自動(dòng)變址的工作臺。而第二臺有六軸機(jī)器人和一個(gè)手動(dòng)變址的旋轉(zhuǎn)工作臺。前者為汽車管座框架實(shí)行金屬焊條惰性氣體保護(hù)弧焊。后者靠輻射支架和其它部件自動(dòng)完成12種弧焊。從兩臺機(jī)器人投入生產(chǎn)以來，汽車的預(yù)期生產(chǎn)量超過了十三萬部。

　　2專用化

　　世界機(jī)器人的發(fā)展越來越專用化。為了完成某一生產(chǎn)任務(wù)，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)盡量的簡單。如上述英國Motomen公司最近介紹了一種型號為SP-100的機(jī)器人，為了實(shí)現(xiàn)專門完成自動(dòng)包裝碼垛和拆卸的任務(wù)而被特殊設(shè)計(jì)。此機(jī)器人有效載重高達(dá)160公斤，僅有四個(gè)軸，用NC伺服電機(jī)控制，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既簡單又精度高。在SP-100類型機(jī)器人的手臂內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的氣流通道給抓手提供氣動(dòng)力，同時(shí)又通過23根電纜為抓手提供電動(dòng)力。

　　英國一家公司研制出了一條鑄造和拖拉金條的全自動(dòng)生產(chǎn)線。這條生產(chǎn)線采用了先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)，并在英國首次投入生產(chǎn)。由于這種機(jī)器人的高速度和高準(zhǔn)確率，而使得它能夠被理想地運(yùn)用于自動(dòng)裝配，檢測、挑選和安放等操作，也能運(yùn)用于準(zhǔn)確、重復(fù)性的操作之中。利用這條生產(chǎn)線來鑄造金條不但可以降低成本，而且最重要的就是鑄造出來的金條精確度高，誤差小。因此，該機(jī)器人專用于鑄造金條。

　　3高精度高速度

　　日本松下電器公司研制的焊接機(jī)器人具有RF350溢變器-焊接能量源和一高速旋轉(zhuǎn)弧傳感器系統(tǒng)。此焊接機(jī)器人是使用空心齒輪和小型伺服電機(jī)的高度壓制品，目的是能在最小的空間內(nèi)進(jìn)行高精度高速度的焊接操作。特別是旋轉(zhuǎn)弧傳感器擔(dān)任了重要的角色，通過指令使機(jī)器人跟蹤零部件兩配合處的沉積物產(chǎn)生高質(zhì)量的焊接。

　　4模擬性

　　日本東京科技大學(xué)的研究人員，結(jié)合螞蟻回家的本能研制了一種新的導(dǎo)航技術(shù)，導(dǎo)航技術(shù)是用連有充電設(shè)備的照相機(jī)作眼睛來模擬螞蟻從附近回到洞穴的機(jī)理，并由此制造了機(jī)器人飛船模型，模型直徑1.1米，長度1.9米。模型中使用了一臺六自由度的推進(jìn)器，可以前后左右上下移動(dòng)。由照相機(jī)撲獲的信息導(dǎo)航。在20米遠(yuǎn)的測試中，飛船幾乎能100%地從所處位置回到家。當(dāng)然該導(dǎo)航技術(shù)還能用在其它方面，如塔橋和核能設(shè)備的檢測中。它的檢測是靠無線電連續(xù)傳播的方向，高度和寬度三項(xiàng)指標(biāo)相對位置的數(shù)據(jù)決定的。

　　5易操作更靈活

　　英國一家公司發(fā)明了一種新技術(shù)，可以在機(jī)器人的手臂上實(shí)現(xiàn)快速的更換。這種功能的實(shí)現(xiàn)是通過聯(lián)接器，聯(lián)接器的一端直接安裝在機(jī)器人的法蘭盤上，另一端與幾個(gè)系統(tǒng)連接，由開關(guān)通過氣壓控制，起到可在短時(shí)間內(nèi)更換系統(tǒng)的作用。同時(shí)，系統(tǒng)能隨時(shí)改變以便提供各種設(shè)備最佳組合?；ユi系統(tǒng)可以保證機(jī)器聯(lián)接的可靠性，甚至在氣壓下降或很小的情況下，無需更換機(jī)器人手臂就可以更好供給到位。由于系統(tǒng)在機(jī)器人手臂上更換靈活，易操作，因此，該設(shè)備的產(chǎn)品已遍及法國、德國及歐洲其它國家，南美洲和遠(yuǎn)東地區(qū)。

　　6易控制

　　日本中南部一所大學(xué)的研究人員研制出了一個(gè)靠傳感器像螃蟹一樣爬斜坡的機(jī)器人。機(jī)器人有4條腿和兩個(gè)輪子，它不像其它機(jī)動(dòng)行走的機(jī)器人一樣使用多個(gè)傳感器，而是僅在腿關(guān)節(jié)處使用一種傳感器。機(jī)器人4條腿行走時(shí)，無論是上坡或下坡，它的兩輪子都支撐著軀干。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程僅用一臺計(jì)算機(jī)控制。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡化了控制線路軟件，使其控制更容易。此類機(jī)器人已用在大型圓木加工廠幫助運(yùn)輸圓木。

　　日本科學(xué)家已經(jīng)研制成了一只與人類手有同樣靈敏度的機(jī)器人手。這種機(jī)器人手是由硅樹脂制成的。它的手指形狀和人手相似，內(nèi)部空裹著大量的傳感器。當(dāng)這個(gè)機(jī)器人手抓起一個(gè)物體時(shí)，手指內(nèi)部就全收縮的程序來決定被抓物體的重量和光滑度。從而決定要用多大的力量才能保證被抓物體能夠被抓起而不掉下。正是由于相同的思路，日本科學(xué)家還在努力提高技術(shù)，以便能夠研制成一只帶有觸覺傳感器的機(jī)器人手，通過這只手來有效提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　7更自動(dòng)化

　　為了使系統(tǒng)的自動(dòng)化程度更高。英國在其新型裝卸機(jī)器人系統(tǒng)上設(shè)置了一些特殊的裝置等，如激光掃描設(shè)備和六自由度的卷尺測量裝置。該類機(jī)器人設(shè)計(jì)成塔狀，可以裝卸150-180米之間的部件，并可進(jìn)行自動(dòng)測量，其測量范圍可高達(dá)150平方米。該系統(tǒng)包括四個(gè)主要組成部分：用于裝載的真空抓爪，用于表格設(shè)計(jì)的裝載工具、卸載抓爪和一個(gè)碼垛的工具。這種機(jī)器人的抓重量極大，可允許在任何一個(gè)分層面上承擔(dān)高達(dá)3500公斤的工件。

　　機(jī)器人需求劇增的時(shí)代，從上述舉例分析可看出，世界工業(yè)機(jī)器人若想得到發(fā)展，就必須要瞄準(zhǔn)市場，生產(chǎn)那些市銷對路的機(jī)器人產(chǎn)品。近年來，我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展很快，相信隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以后會(huì)發(fā)展更快。

　　工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

　　關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：采用分布式CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，分為機(jī)器人控制器(RC)，運(yùn)動(dòng)控制器(MC)，光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機(jī)器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器(RC)的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。

　　(2)模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對不同的功能需求，對應(yīng)不同層次的開發(fā)，系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。

　　(3)機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)：通過各種信息，對機(jī)器人故障進(jìn)行診斷，并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。

　　(4)網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)：目前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要。控制器上具有串口、現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。移動(dòng)機(jī)器人(AGV)移動(dòng)機(jī)器人(AGV)是工業(yè)機(jī)器人的一種類型，它由計(jì)算機(jī)控制，具有移動(dòng)、自動(dòng)導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互等功能，它可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)的柔性搬運(yùn)、傳輸?shù)裙δ?，也用于自?dòng)化立體倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)(以AGV作為活動(dòng)裝配平臺)；同時(shí)可在車站、機(jī)嘗郵局的物品分撿中作為運(yùn)輸工具。

　　工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢

　　國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢：

　　1．工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格不斷下降。

　　2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。

　　3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

　　4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。

　　5．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。

　　6．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。

　　7．機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。

　　工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

　　目前，工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)應(yīng)用最廣，在中國，50%的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，其中50%以上為焊接機(jī)器人；在發(fā)達(dá)國家，汽車工業(yè)機(jī)器人占機(jī)器人總保有量的53%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各大汽車制造廠，年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機(jī)器人數(shù)量為10臺以上。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和日臻完善，工業(yè)機(jī)器人必將對汽車制造業(yè)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。而中國正由制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)競爭力，這一切都預(yù)示機(jī)器人的發(fā)展前景巨大。

　　電子類的IC、貼片元器件，工業(yè)機(jī)器人在這些領(lǐng)域的應(yīng)用均較普遍。目前世界工業(yè)界裝機(jī)最多的工業(yè)機(jī)器人是SCARA型四軸機(jī)器人。第二位的是串聯(lián)關(guān)節(jié)型垂直6軸機(jī)器人。在手機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域，視覺機(jī)器人，例如分揀裝箱、撕膜系統(tǒng)、激光塑料焊接、高速四軸碼垛機(jī)器人等適用于觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。

　　化工行業(yè)是工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。目前應(yīng)用于化工行業(yè)的主要潔凈機(jī)器人及其自動(dòng)化設(shè)備有大氣機(jī)械手、真空機(jī)械手、潔凈鍍膜機(jī)械手、潔凈AGV、RGV及潔凈物流自動(dòng)傳輸系統(tǒng)等。很多現(xiàn)代化工業(yè)品生產(chǎn)要求精密化、微型化、高純度、高質(zhì)量和高可靠性，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中要求有一個(gè)潔凈的環(huán)境，潔凈度的高低直接影響產(chǎn)品的合格率，潔凈技術(shù)就是按照產(chǎn)品生產(chǎn)對潔凈生產(chǎn)環(huán)境的污染物的控制要求、控制方法以及控制設(shè)施的日益嚴(yán)格而不斷發(fā)展。因此，在化工領(lǐng)域，隨著未來更多的化工生產(chǎn)場合對于環(huán)境清潔度的要求越來越高，潔凈機(jī)器人將會(huì)得到進(jìn)一步的利用，因此其具有廣闊的市場空間。

　　在很多的傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中人們也在努力使機(jī)器人代替人類工作，在食品工業(yè)中的情況也是如此。目前人們已經(jīng)開發(fā)出的食品工業(yè)機(jī)器人有包裝罐頭機(jī)器人，自動(dòng)午餐機(jī)器人和切割牛肉機(jī)器人等。

　　工業(yè)機(jī)器人在我國煙草行業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)在90年代中期,玉溪卷煙廠采用工業(yè)機(jī)器人對其卷煙成品進(jìn)行碼垛作業(yè),用ＡＧＶ(自行走小車)搬運(yùn)成品托盤,節(jié)省了大量人力,減少了煙箱破損,提高了自動(dòng)化水平。工業(yè)機(jī)器人在煙草行業(yè)的應(yīng)用我國煙草行業(yè)多年來不斷加強(qiáng)技術(shù)改造,促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,重點(diǎn)卷煙企業(yè)大部分應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。

　　還有其他行業(yè)比如冶金行業(yè)、家用電器行業(yè)、鑄造行業(yè)等等，在未來，工廠中只看見機(jī)器人未必不可能。