1机器人的知识
机器人的来源、发展、分类、机器人技术在各行业的应用。
1.1机器人的起源
在英文中机器人称为 Robot。1920 年捷克斯洛伐克作家卡雷尔 •卡佩克写
了一个科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中，有一群用金属制成的面貌
和动作都非常像人的机器，他们为一家公司进行生产劳动。卡佩克给他们取名
“Robot”。“Robot”与捷克语中代表奴隶意思的“Robota”只差一个字母。他 把机器人当作服务于人类，被人压榨的奴隶。剧中描写的这种机器人的寿命为
20 年，生产出来后，就由人教他们如何劳动。机器人没有感觉和感情，不会思维，机械地从事繁重的劳动。由于机器人不知疲倦、非常能干，一个机器人的 工作量相当于几个人的工作量。他们的存在使工人的地位受到威胁，工人们为 了捍卫自己的地位示威游行，于是公司组织机器人军队镇压。后来，机器人具 有了直觉和感情，并发觉了人类的自私、贪婪，向人类发动了攻击，毁灭了人 类。该剧警示出机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了人们的广泛关注。“机器人”的名字也由此而生。
1.2机器人的发展
古代机器人
西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。
1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。
1939年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远，但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。
1954年 美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。
1959年 德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人
的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。
1973年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，诞生了美国Cincinnati Milacron公1978年 美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。司的机器人T3。
2002年 美国iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。
我国工业机器人起步于20世纪70年代初，经过三十多年的发展，大致可分为三个阶段:70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的实用化期。
工业机器人的发展趋势
1.3机器人的分类
操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。
程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。
示教再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。
数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。
感觉控制型机器人：利用传感器获取的信息控制机器人的动作。
适应控制型机器人：机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。
学习控制型机器人：机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
智能机器人：以人工智能决定其行动的人。
我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。
1.4机器人的应用
随 着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，工业机器人已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑 业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域工业机器人的应用也越来越多。
汽 车制造是一个技术和资金高度密集的产业，也是工业机器人应用最广泛的行业，几乎占到整个工业机器人的一半以上。在我国，工业机器人最初也是应用于汽车和工 程机械行业中。在汽车生产中工业机器人是一种主要的制动化设备，在整车及零部件生产的弧焊、点焊、喷涂、搬运、涂胶、冲压等工艺中大量使用。据预测我国正 在进入汽车拥有率上升时期，在未来几年里，汽车仍将每年15%左右的速度增长。所以未来几年工业机器人的需求将会呈现出高速增长趋势，年增幅达到50%左右，工业机器人在我国汽车行业的应用将得到快速发展。
工业机器人除了在汽车行业的广泛应用，在电子，食品加工，非金属加工，日用消费品和木材家具加工等行业对工业机器人的需求也快速增长。在亚洲，2005年安装工业机器人72，600台，与2004年相比，增长了40%，而应用在电子行业的就占了31%左右。在欧洲地区，据统计2005年与2004年相比工业机器人在食品加工行业的应用增长了17%左右，在非金属加工行业的应用增长了20%左右，在日用品消费行业增长了32%，在木材家具加工行业增长了18%左右。工业机器人在石油方面也有广泛的应用，如海上石油钻井、采油平台、管道的检测、炼油厂、大型油罐和储罐的焊接等均可使用机器人来完成。
在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在工业机器人工作领域，这些技术会使工业机器人的应用更为高效，高质，运行成本低。据预测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。
2.1机器人技术未来发展和机器人未来发展
从第一台机器人诞生至今，机器人的制造和发展已走过了半个多世纪的历程，全球工业机器人的装机量已超过百万台，形成了一个巨大的机器人产业。同时，非制造业用机器人近几年也发展迅速，并逐步向实用化发展。机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。机器人产业的潜力非常巨大，值得强调的是，“机器人产业”应该是“机器人技术”产业，或者叫机器人产业。正如IT产业不仅限于PC一样，机器人产业也包括所有与机器人技术相关的产业，在产业化大背景的驱动下，不久以后，未来机器人的发展水平将会得到飞跃性的提升。 机器人工程技术与人性化技术的共同发展，使得更多的机器人“德才兼备”，它们将会像人们想象中的机器人那样更接近于人类⑦。目前已经比较成熟的机器人研究领域，使得科学家的研究方向不再像90年代初期那样随波逐流，更多创意化的设计理念被融入到了机器人的研究和制造中。
在未来高精度的产业机器人，高感知能力的家用机器人，以及虚拟仿真技术的研究型机器人将会逐步融入到人类社会的方方面面。也许在未来的某一天，在大街上密布的机器人大军将不再是科幻作品中的镜头。
毋庸质疑，21世纪机器人技术必将得到更大的发展，成为各国必争之知识经济制高点。
随着人类活动领域的不断扩展和对快捷舒适生活方式的要求, 同时随着计算机技术的快速发展和人工智能研究的逐步深入,在本世纪机器人技术仍将保持高速的发展态势,并将呈现以下几方面的趋势: 1, 开发具有高智能的智能机器人将成为机器人技术的一个发展重点.智能机器人具有较高的思维判断能力, 语言理解和表达能力,能够较好地与人类交流,并能够完成比较复杂的任务. 2, 较强的自适应性将成为未来机器人的一个重要发展方向.自适应性强意味着机器人能够自发调整自己的行 为状态来适应外部环境的变化,从而提高了机器人工作的稳定性. 3, 在工业机器人大力普及的同时,服务性机器人将快速走进人类生活的方方面面,而且拥有较强的语言交流 能力,仿人形的外部特征的仿人机器人将极大拉近人类与机器人之间的距离. 4, 多机器人协作以发挥群体智能的多机器人系统将越来越受到重视.
机器人技术在未来社会的发展中，无论是在工业、农业、服务业，还是在军事方面，代替人们从事危险活动，都将得到广泛的应用。机器人的发展将越来越趋向智能化，越来越人性化。在未来，“德才兼备”的机器人将不仅仅是梦想。机器人技术还有很多创新有待完成。如果该技术继续沿着目前的道路前行，我们将会看到这样的机器人，成千上万甚至上百万的传感器连接到一些较小的处理节点，这些节点连接到更大的中央处理节点，后者通过远程链接与中心站及其它机器人进行通讯。这些传感器将向机器人提供反馈，机器人利用这些信息驱动轻巧的执行器迅速高效地完成手头的任务，并在此过程中通过自学习不断改进控制方法。
2.2 我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。从制造业的发展历程看，生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术的不断进步和劳动力成本的不断上升，如何进一步提高生产率、提高产品质量、降低劳动强度、改善劳动条件已经成为不少企业不得不考虑的问题。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人的应用和普及自然成为企业较理想的选择。机器人工作站，特别是机器人自动化生产线的不断出现，不仅大大增强了企业竞争力，也给用户带来了显著效益，随着企业自动化水平的不断提高，机器人自动化生产线的市场肯定会越来越大，将逐渐成为自动化生产线的主要形式。
如今我国已经能够生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人等一系列产品，不少品种已经实现了小批量生产。作为一个产业，需要有成熟的技术和产品。相比国外而言，中国的机器人企业通过大约十年的发展，已经具备产业发展的条件，但中国的机器人产业依然是名符其实的“小”产业，机器人生产商要比从事国家大型支柱产业的企业更难以形成产业集群和规模效益。
3机器人在机械行业的应用与发展
3.1焊接机器人应用现状
我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。21世纪基础制造装备的水平主要体现在高精度、高效率、低成本和高柔性等几个方面。高效率、高精度工艺的一个典型例子是精密成形技术，其目的是尽量减少切削，甚至免除切削，减少原材料的浪费，同时提高制造效率。精密成形技术在工业发达国家已得到广泛应用。柔性自动化仍是机床业发展的重要趋势之一。柔性自动化的进一步发展是敏捷生产设备。为适应敏捷生产模式，人们正在探求设备自身的结构重组以及生产单元的动态重组问题。
另外，国外在大型、成套装备方面有很大优势，并且在成套装备的高技术化方面，取得了巨大的进展，已经实现了数控化、柔性自动化，并大量采用工业机器人，正向着智能化、集成化的方向发展。
随着我国贸易溶入全球化，我国装备制造业从来没有像今天这样直接地面对国际同行的有力竞争和挑战。如何适应激烈的国际竞争和快速变化的世界市场需求，不断以高质量、低成本、快速响应的手段在新的市场竞争中求得生存和发展，已是我国装备制造业不容回避的问题。同时溶入全球化也为我们提供了前所未有的机遇，我们必须抓住机遇迎头赶上。
在“十五”期间，我国曾把包括焊接机器人在内的示教再现型工业机器人的产业化关键技术作为重点研究内容之一，其中包括焊接机器人(把弧焊与点焊机