工业机器人概述摘要：工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动生产设备。
关键词：工业机器人；由来；发展；应用领域0 引言工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的专门系统。
它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
因其灵活性高、输出功率大、定位精确的特点，工业机器人被广泛应用于制造业的各个环节。
以其高效高质、稳定的运转工作，工业机器人为所在行业的高效生产和稳定质量起到重要作用。
图1 工业机器人1 工业机器人的由来1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。
它是最早的工业机器人设想。
20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。
50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。
系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。
1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。
该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。
这就是所谓的示教再现机器人。
现有的机器人差不多都采用这种控制方式。
1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。
UNIMATION的VAL（very advantage language)语言也成为机器人领域最早的编程语言在各大学及科研机构中传播，也是各个机器人品牌的最基本范本。
其机械结构也成为行业的模板。
其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收购，并利用STAUBLI的技术优势，进一步得以改良发展。
日本第一台机器人由KAWASAKI从UNIMATION进口，并由kawasaki模仿改进在国内推广。
图2 最早的关节机器人2 工业机器人技术现状2.1工业机器人技术概念工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
2.2工业机器人技术发展现状在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重（占日本1998年安装台数的10%，销售额的36%）（1）机械结构：1）已关节型为主流，80年代发明的使用于装配作业的平面关节机器人约占总量的1/3。
90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的垂直关节机器人大量用于焊接和上、下料。
2）应3K和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。
如焊接树10米长、10吨以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁啃骨头的协作机构。
3）CAD、CAE等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。
（2）控制技术：1)大多数采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。
2)协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制。
3)采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流，其成本低、具有标准现场网络功能。
（3）驱动技术：1)80年代发展起来的AC侍服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。
DD驱动技术则广泛地用于装配机器人中。
2)新一代的侍服电机与基于微处理器的智能侍服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。
（4）应用智能化的传感器：装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种传感器，有些机器人留了多种传感器接口。
（5）通用机器人编程语言：在ABB公司的20多个小型号产品中，采用了通用模化块语言RAPID。
最近美国“机器人工作空间技术公司”开发了RobotScriptV.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的WinNT/95环境。
该语言易学医用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。
（6）网络通用方式：大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3，其它采用RS-232、RA-422、RS-485等通讯接口。
（7）高速、高精度、多功能化：目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s。
位置重复精度为正负0.01mm。
但有一种速度竞达到80m/s；而另一种并连机构的NC机器人，其位置重复精度大1微秒。
（8）集成化与系统化：当今工业机器人技术的另一特点是应用从单机、单元向系统发展。
百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体（多智能体）。
跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品连接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。
3 我国工业机器人技术发展趋势当前，国外已经研制和生产了各种不同的标准组件，而中国作为未来工业机器人的主要生产国，标准化的过程是发展趋势。
中国制造业面临着向高端转变，承接国际先进制造、参与国际分工的巨大挑战。
加快工业机器人技术的研究开发与生产是中国抓住这个历史机遇的主要途径。
因此我国工业机器人产业发展要进一步落实：第一，工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径，政府要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持，参考国外先进经验，加大技术投入与改造；第二，在国家的科技发展计划中，应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持，形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面；第三，部分国产工业机器人质量已经与国外相当，企业采购工业机器人时不要盲目进口，应该综合评估，立足国产。
智能化、仿生化是工业机器人的最高阶段，随着材料、控制等技术不断发展，实验室产品越来越多的产品化，逐步应用於各个场合。
伴随移动互联网、物联网的发展，多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多，逐步渗透制造业的方方面面，并且由制造实施型向服务型转化。
工业机器人最先大规模使用的区域将会出如今发达地区。
随着产业转移的进行，发达地区的制造业需要提升。
基於工人成本不断增长的现实，工业机器人的应用成为最好替代方式。
未来我国工业机器人的大范围应用将会集中在广东、江苏、上海、北京等地，其工业机器人拥有量将占全国一半以上。
日益增长的工业机器人市场以及巨大的市场潜力吸引世界着名机器人生产厂家的目光。
当前，我国进口的工业机器人主要来自日本，但是随着诸如“机器人”类似的具有自有知识产权的企业不断出现，越来越多的工业机器人将会由中国制造。
4 工业机器人应用领域随着工业机器人技术的不断进步,许多新功能和设计理念的不断加入,机器人逐渐能代替或协助人类做越来越多的事情。
在一些需要高精度的制造行业,或者工作环境恶劣甚至人类无法适应的环境下,都可以看到工业机器人的影子。
工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。
目前工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。
在工业生产中,弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。
随着科学与技术的发展,工业机器人的应用领域也不断扩大。
目前,工业机器人不仅应用于传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域,同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中。
如,水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压线作业机器人、服装裁剪机器人、制衣机器人、管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人、作战机器人、侦察机器人、哨兵机器人、排雷机器人、布雷机器人等军用机器人都广泛应用于各行各业。
而且随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活,其市场将繁荣兴旺。
5 结语工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。
因此我国工业机器人行业要认识到以下几点情况:第一,工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第二,在国家的科技发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持,形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面;第三,部分国产工业机器人已经与国外相当,企业采购工业机器人时不要盲目进口,应该综合评估,立足国产。
图3 美洲地区主要行业对工业机器人需求比例参考文献：1、吴瑞详．机器人技术与应用．北京：北京航空航天大学出版社，19942、朱世强，王宣银．机器人技术及其应用．杭州：浙江大学出版社，20003、徐元宣．工业机器人．北京：中国轻工业出版社，19994、蒋新松．机器人与工业自动化．石家庄：河北教育出版社，20035、王田苗．走向产业化的先进机器人技术．中国制造业信息化，2005（10）：24～25世界工业机器人产业发展动向．今日科技，2001，11：416、杨化书,曲新峰. 工业机器人技术的应用及发展[J]黄河水利职业技术学院学报, 2004, (04) .。