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)器裝置歌逢,它能自動執(zhí)行工作签杈,是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器常空。它可以接受人類指揮沽一,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)行動漓糙。
喬治·迪沃申請了第一個機(jī)器人的專利在1954年(1961年授予)铣缠。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年昆禽,并且是基于迪沃的原始專利蝗蛙。Unimation機(jī)器人也被稱為可編程移機(jī),因為一開始他們的主要用途是從一個點(diǎn)傳遞對象到另一個醉鳖,不到十英尺左右分開捡硅。他們用液壓 執(zhí)行機(jī)構(gòu),并編入關(guān)節(jié) 坐標(biāo)臭膊,即在一個教學(xué)階段進(jìn)行存儲和回放操作中的各關(guān)節(jié)的角度盆扳。他們是精確到一英寸的1 / 10,000。Unimation后授權(quán)其技術(shù)栏赋,川崎重工和GKN俭整,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 的俄亥俄州仙衩。這從根本上改變了20世紀(jì)70年代后期妄由,幾個大財團(tuán)的日本開始生產(chǎn)類似的工業(yè)機(jī)器人。
1969年篇挡,維克多·沙因曼在斯坦福大學(xué)發(fā)明了斯坦福大學(xué)的手臂像淋,全電動,6軸多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的設(shè)計允許一個手臂的解決方案报葬。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) 用语雇,如裝配和焊接。沙因曼則設(shè)計了第二臂的MIT 人工智能實驗室挺久,被稱為“麻省理工學(xué)院的手臂磨涵。” 沙因曼乳规,接收獎學(xué)金從Unimation發(fā)展他的設(shè)計后形葬,賣給那些設(shè)計以Unimation誰進(jìn)一步發(fā)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(jī)裝配(PUMA)笙以。
現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期淌实,其技術(shù)背景是計算機(jī)和自動化的發(fā)展,以及原子能的開發(fā)利用猖腕。
自1946年第一臺數(shù)字電子計算機(jī)問世以來拆祈,計算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步,向高速度谈息、大容量缘屹、低價格的方向發(fā)展。
大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進(jìn)展侠仇,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)的控制犁珠、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)逻炊。
另一方面,原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)雇牍。在這一需求背景下嗅呻,美國原子能委員會的阿爾貢研究所于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手,1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手乌心。
1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念导劝,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)匹羹,利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教齐皂,機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人「獾現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式仅汰。
作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型(示教再現(xiàn))是1962年美國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)床大致相似唠魏,但外形特征迥異蝉站,主要由類似人的手和臂組成。
1965年例吹,MIT的Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的捧颅、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。
1967年日本成立了人工手研究會(現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會)较雕,同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會碉哑。
1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會議。1970年以后郎笆,機(jī)器人的研究得到迅速廣泛的普及谭梗。
1973年,辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人,它是液壓驅(qū)動的激捏,能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤设塔。
到了1980年,工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及远舅,故稱該年為“機(jī)器人元年”闰蛔。
隨后,工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展图柏,日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國的美稱”序六。
據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(UNECE)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計,至2003年末蚤吹,在美國運(yùn)行的機(jī)器人總量為112400套拒吧,比2002年增長7%。預(yù)計到2007年底泡募,運(yùn)行的機(jī)器人數(shù)量將達(dá)到145000套描蹦。就每萬雇員擁有工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計,至2003年末票虎,美國制造業(yè)中仆阶,每1萬雇員擁有63個工業(yè)機(jī)器人。盡管從排名上說摔色,美國已經(jīng)進(jìn)入世界前十名驯祖,但其與前幾名仍然有著很大的差距,僅相當(dāng)于德國的43%数辱,意大利的54%彪御,歐盟的68%。與普通的制造業(yè)相比洁馒,美國汽車工業(yè)中每萬個產(chǎn)業(yè)工人擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量大大提高贾悬,達(dá)到740個,但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本(1400個機(jī)器人)柱锹、意大利(1400個機(jī)器人)和德國(1000個機(jī)器人哪自。
美國是機(jī)器人的誕生地。早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人禁熏。比起號稱機(jī)器人王國的日本起步至少要早五六年壤巷。經(jīng)過40多年的發(fā)展,美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一瞧毙,基礎(chǔ)雄厚胧华,技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史宙彪。道路是曲折的矩动,不平坦的有巧。
20世紀(jì)60年代到70年代期間,美國的工業(yè)機(jī)器人主要立足于研究階段悲没,只是幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了相關(guān)的研究工作篮迎。那時,美國政府并未把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項目示姿,特別是甜橱,美國當(dāng)時失業(yè)率高達(dá)6.65%,政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會造成更多人失業(yè)源快,因此既未投入財政支持乞微,也未組織研制機(jī)器人。而企業(yè)在這樣的政策引導(dǎo)下炫瘤,也不愿冒風(fēng)險蝉徒,去應(yīng)用或制造機(jī)器人。致使錯過了發(fā)展良機(jī)蚀稻,固守在使用剛性自動化裝置的層面上骗早。這不能不說是美國政府的戰(zhàn)略決策錯誤。70年代后期府塘,美國政府和企業(yè)界雖對工業(yè)機(jī)器人的制造和應(yīng)用認(rèn)識有所改變,但仍將技術(shù)路線的重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事绿捶、宇宙棚疏、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機(jī)器人的開發(fā)上婆精, 致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來居上继溯,并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過了美國,產(chǎn)品在國際市場上形成了較強(qiáng)的競爭力沈条。
進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后需忿,美國才感到形勢緊迫,政府和企業(yè)界才開始真正重視機(jī)器人蜡歹。制定和采取了相應(yīng)的政策和措施屋厘,一方面鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人,另一方面制訂計劃月而、提高投資汗洒,增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi),把機(jī)器人看成美國再次工業(yè)化的特征父款,使美國的機(jī)器人迅速發(fā)展溢谤。80年代中后期,隨著各大廠家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟憨攒,第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來越滿足不了實際需要世杀。美國開始生產(chǎn)帶有視覺、力覺的第二代機(jī)器人,并很快占領(lǐng)了美國60%的機(jī)器人市場瞻坝。
工業(yè)機(jī)器人在日本發(fā)展:與此同時蛛壳,十九世紀(jì)七十年代的日本正面臨著嚴(yán)重的勞動力短缺,這個問題已成為制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個主要問題傅慈。毫無疑問蹦虏,在美國誕生并已投入生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人給日本帶來了福音。1967年日本川崎重工業(yè)公司首先從美國引進(jìn)機(jī)器人及技術(shù)碘淘,建立生產(chǎn)廠房刮血,并于1968年試制出第一臺日本產(chǎn)unimate機(jī)器人。經(jīng)過短暫的搖籃階段惰采,日本的工業(yè)機(jī)器人很快進(jìn)入實用階段颂鞭,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”栋锣,日本開始在各個領(lǐng)域推廣使用機(jī)器人刑袒,這大大緩解了市場勞動力嚴(yán)重短缺的社會矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵政策谍竿,這些機(jī)器人收到了廣大企業(yè)的歡迎程悼。1980年~1990年日本的工業(yè)機(jī)器人處于鼎盛時期,后來國際市場曾一度轉(zhuǎn)向歐洲和北美路影,但日本經(jīng)過短暫的低迷期又恢復(fù)其昔日的輝煌诬像。1993年末,全世界安裝的工業(yè)機(jī)器人有61萬臺闸婴,其中日本占60%坏挠,美國占8%,歐洲占17%邪乍,俄羅斯和東歐占12%降狠。
德國工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量占世界第三,僅次于 日本和美國庇楞,其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先地位榜配。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)型姐刁,而第三代智能機(jī)器人已占有一定比重并成為發(fā)展的方向芥牌。 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)器人制造公司之一聂使。1974年研發(fā)了世界上第一臺全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6壁拉,主要應(yīng)用于工件的取放和物料搬運(yùn)。1975年生產(chǎn)出第一臺焊接機(jī)器人柏靶。到1980年兼并Trallfa噴漆機(jī)器人公司后弃理,其機(jī)器人產(chǎn)品趨于完備贼匾。ABB公司制造的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配鑄造挂蹦、密封涂膠瞪栋、材料處理、包裝叼叙、噴漆荷焦、水切割等領(lǐng)域。 德國的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級工業(yè)機(jī)器人制造商之一么酪。1973年研制開發(fā)了KUKA的第一臺工業(yè)機(jī)器人掌范。年產(chǎn)量達(dá)到一萬臺左右。所生產(chǎn)的機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器长尼、汽車睦键、航天、食品瞻替、制藥栗沫、醫(yī)學(xué)、鑄造遥倦、塑料等工業(yè)谤绳,主要用于材料處理、機(jī)床裝備袒哥、包裝闷供、堆垛、焊接统诺、表面休整等領(lǐng)域。
我國工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初疑俭,其發(fā)展過程大致可分為三個階段:70年代的萌芽期粮呢;80年代的開發(fā)期;90年代的實用化期钞艇。而今經(jīng)過20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模啄寡。目前我國已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開發(fā)出弧焊哩照、點(diǎn)焊挺物、碼垛、裝配飘弧、搬運(yùn)盘胯、注塑、沖壓要尚、噴漆等工業(yè)機(jī)器人刚驶。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上剩知;一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。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)計制造技術(shù)牙吼;工業(yè)機(jī)器人控制瞭剧、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù);機(jī)器人軟件的設(shè)計和編程技術(shù)柱称;運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)盘挠;弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等臼磁。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平遗挚。
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