工業機器人發展史

工業機器人定義：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慧技術制定的原則綱領行動。喬治·迪沃申請了第一個機器人的專利在1954年（1961年授予）。製作機器人的第一家公司是Unimation，由迪沃並成立約瑟夫F. Engelberger於1956年，並且是基於迪沃的原始專利。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，並編入關節 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後授權其技術，川崎重工和GKN，製造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年代後期，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複雜的應 用，如裝配和焊接。沙因曼則設計了第二臂的MIT 人工智慧實驗室，被稱為「麻省理工學院的手臂。」 沙因曼，接收獎學金從Unimation發展他的設計後，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，後來它上市的可編程的通用機裝配（PUMA）。現代機器人的研究始於20世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發展，以及原子能的開發利用。自1946年第一台數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發展。大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，其結果之一便是1952年數控機床的誕生。與數控機床相關的控制、機械零件的研究又為機器人的開發奠定了基礎。另一方面，原子能實驗室的惡劣環境要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所於1947年開發了遙控機械手，1948年又開發了機械式的主從機械手。1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，並申請了專利。該專利的要點是藉助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都採用這種控制方式。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推的「VERSTRAN」和UNIMATION公司推出的「UNIMATE」。這些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形特徵迥異，主要由類似人的手和臂組成。1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺感測器的、能識別與定位簡單積木的機器人系統。1967年日本成立了人工手研究會（現改名為仿生機構研究會），同年召開了日本首屆機器人學術會。1970年在美國召開了第一屆國際工業機器人學術會議。1970年以後，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩製造了第一台由小型計算機控制的工業機器人，它是液壓驅動的，能提升的有效負載達45公斤。到了1980年，工業機器人才真正在日本普及，故稱該年為「機器人元年」。隨後，工業機器人在日本得到了巨大發展，日本也因此而贏得了「機器人王國的美稱」。據聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）和國際機器人聯合會(IFR)的統計，至2003年末，在美國運行的機器人總量為112400套，比2002年增長7%。預計到2007年底，運行的機器人數量將達到145000套。就每萬僱員擁有工業機器人數進行統計，至2003年末，美國製造業中，每1萬僱員擁有63個工業機器人。儘管從排名上說，美國已經進入世界前十名，但其與前幾名仍然有著很大的差距，僅相當於德國的43％，義大利的54％，歐盟的68％。與普通的製造業相比，美國汽車工業中每萬個產業工人擁有的工業機器人數量大大提高，達到740個，但仍然遠遠低於日本（1400個機器人）、義大利（1400個機器人）和德國（1000個機器人。美國是機器人的誕生地。早在1962年就研製出世界上第一台工業機器人。比起號稱機器人王國的日本起步至少要早五六年。經過40多年的發展，美國現已成為世界上的機器人強國之一，基礎雄厚，技術先進。綜觀它的發展史。道路是曲折的，不平坦的。20世紀60年代到70年代期間，美國的工業機器人主要立足於研究階段，只是幾所大學和少數公司開展了相關的研究工作。那時，美國政府並未把工業機器人列入重點發展項目，特別是，美國當時失業率高達6.65％，政府擔心發展機器人會造成更多人失業，因此既未投入財政支持，也未組織研製機器人。而企業在這樣的政策引導下，也不願冒風險，去應用或製造機器人。致使錯過了發展良機，固守在使用剛性自動化裝置的層面上。這不能不說是美國政府的戰略決策錯誤。70年代後期，美國政府和企業界雖對工業機器人的製造和應用認識有所改變，但仍將技術路線的重點放在研究機器人軟體及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領域的高級機器人的開發上， 致使日本的工業機器人後來居上，並在工業生產的應用上及機器人製造業上很快超過了美國，產品在國際市場上形成了較強的競爭力。進入20世紀80年代之後，美國才感到形勢緊迫，政府和企業界才開始真正重視機器人。制定和採取了相應的政策和措施，一方面鼓勵工業界發展和應用機器人，另一方面制訂計劃、提高投資，增加機器人的研究經費，把機器人看成美國再次工業化的特徵，使美國的機器人迅速發展。80年代中後期，隨著各大廠家應用機器人的技術日臻成熟，第一代機器人的技術性能越來越滿足不了實際需要。美國開始生產帶有視覺、力覺的第二代機器人，並很快佔領了美國60％的機器人市場。工業機器人在日本發展：與此同時，十九世紀七十年代的日本正面臨著嚴重的勞動力短缺，這個問題已成為制約其經濟發展的一個主要問題。毫無疑問，在美國誕生並已投入生產的工業機器人給日本帶來了福音。1967年日本川崎重工業公司首先從美國引進機器人及技術，建立生產廠房，並於1968年試製出第一台日本產unimate機器人。經過短暫的搖籃階段，日本的工業機器人很快進入實用階段，並由汽車業逐步擴大到其它製造業以及非製造業。1980年被稱為日本的「機器人普及元年」，日本開始在各個領域推廣使用機器人，這大大緩解了市場勞動力嚴重短缺的社會矛盾。再加上日本政府採取的多方面鼓勵政策，這些機器人收到了廣大企業的歡迎。1980年~1990年日本的工業機器人處於鼎盛時期，後來國際市場曾一度轉向歐洲和北美，但日本經過短暫的低迷期又恢復其昔日的輝煌。1993年末，全世界安裝的工業機器人有61萬台，其中日本佔60%，美國佔8%，歐洲佔17%，俄羅斯和東歐佔12%。德國工業機器人的數量佔世界第三，僅次於 日本和美國，其智能機器人的研究和應用在世界上處於領先地位。目前在普及第一代工業機器人的基礎上，第二代工業機器人經推廣應用成為主流安裝機型，而第三代智能機器人已佔有一定比重並成為發展的方向。 世界上的機器人供應商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機器人製造公司之一。1974年研發了世界上第一台全電控式工業機器人IRB6，主要應用於工件的取放和物料搬運。1975年生產出第一台焊接機器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機器人公司後，其機器人產品趨於完備。ABB公司製造的工業機器人廣泛應用在焊接、裝配鑄造、密封塗膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領域。 德國的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級工業機器人製造商之一。1973年研製開發了KUKA的第一台工業機器人。年產量達到一萬台左右。所生產的機器人廣泛應用在儀器、汽車、航天、食品、製藥、醫學、鑄造、塑料等工業，主要用於材料處理、機床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領域。我國工業機器人起步於70年代初，其發展過程大致可分為三個階段：70年代的萌芽期；80年代的開發期；90年代的實用化期。而今經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、衝壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務於國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也湧現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計製造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬體設計技術；機器人軟體的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和製備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。
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