论工业机器人的应用及其发展
15机械二张勋 学号：10010235
一．工业机器人目前的趋势
目前，中国正处于人口老龄化阶段，随着人口红利的逐渐下降，企业用工成本不断上涨，工业机器人正逐步走进公众的视野。人口红利的持续消退，给机器人产业带来了重大的发展机遇；在国家支持下，产业有望迎来爆发期。在当前工业转型升级，打造中国制造2025的形势下，工业机器人就将成为下一个热点，它将成为带动中国产业产能的中流砥柱。
可以预见的是，未来的工业制造的竞争，不再是取决于人力，（不排除人的智力因素）而是取决于技术与资源，所以，掌握工业机器人的技术，就是关键。它将以人力无法比拟的优势带来巨大的生产力。目前，世界各国都在工业机器人这一领域竞争，而我国在这方面相比，还是较为落后的。
二．中国的工业机器人
我国工业机器人起步于上世纪1970年初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。
1970年我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。
进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。
从90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。
虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，当前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。
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，要对国产工业机器人有更多的与经济支持，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，逐步应用于各个场合。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。
三.工业机器人的发展历史
已知最早的工业机器人，符合ISO定义是由“条例”格里菲斯P·泰勒于1937年完成并出版的Meccano杂志，1938年3月。几乎完全是用吊车状装置建成的Meccano件和动力由单个电动机。运动五轴是可能的，包括抢而抢旋转。自动化是用穿孔纸带通电螺线管，这将有利于起重机的控制杆的运动来实现的。该机器人可以在预先设定的图案叠积木。需要为每个所需的运动马达的转数，第一次绘制在坐标纸上。然后这个信息被转移到纸带上，从而也推动了机器人的单个马达。1997，克里斯舒特建造的机器人的完整副本。
乔治·迪沃申请了第一个机器人的专利在1954年（1961年授予）。制作机器人的第一家公司是Unimation，由迪沃并成立约瑟夫F. Engelberger于1956年，并且是基于迪沃的原始专利。Unimation机器人也被称为可编程移机，因为一开始他们的主要用途是从一个点传递对象到另一个，不到十英尺左右分开。他们用液压 执行机构，并编入关节 坐标，即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节的角度。他们是精确到一英寸的1 / 10,000。Unimation后授权其技术，川崎重工和GKN，制造Unimates分别在日本和英国。一段时间以来Unimation唯一的竞争对手是美国辛辛那提米拉克龙公司 的俄亥俄州。这从根本上改变了20世纪70年代后期，几个大财团的日本开始生产类似的工业机器人。
1969年，维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂，全电动，6轴多关节型机器人的设计允许一个手臂的解决方案。这使得它精确地跟踪在太空中任意路径拓宽了潜在用途的机器人更复杂的应 用，如装配和焊接。沙因曼则设计了第二臂的MIT 人工智能实验室，被称为“麻省理工学院的手臂。” 沙因曼，接收奖学金从Unimation发展他的设计后，卖给那些设计以Unimation谁进一步发展他们的支持，通用汽车公司，后来它上市的可编程的通用机装配（PUMA）。
工业机器人在欧洲起飞相当快，既ABB机器人和库卡机器人带来机器人市场在1973年ABB机器人（原ASEA）推出IRB 6，世界上首位市售全电动微型处理器控制的机器人。前两个IRB 6机器人被出售给马格努森在瑞典进行研磨和抛光管弯曲并在1974年1月被安装在生产同样是在1973年，库卡机器人建立了自己的第一个机器人，被称为FAMULUS，也1第一关节机器人具有6机电驱动轴。
在机器人技术在20世纪70年代后期，许多美国公司的兴趣增加进入该领域，包括大公司，如通用电气和通用汽车公司（这就形成合资 FANUC机器人与FANUC日本LTD）。美国创业公司包括Automatix和娴熟技术，公司在机器人热潮在1984年的高度，
Unimation收购了西屋电气公司 107万美元。西屋出售Unimation以史陶比尔法韦日SCA的法国于1988年，还在进行关节型机器人用于一般工业和洁净室应用，甚至买的机器人事业部，博世于2004年底。
只有少数的非日本公司管理，最终在这个市场中生存，其中主要的有：娴熟技术，史陶比尔，Unimation，在瑞典 - 瑞士公司ABB阿西亚·布朗Boveri公司，在德国公司的KUKA机器人与意大利公司柯马。[
四.机器人技术及其发展
机器人是一个在三维空间，具有角度自由度的并能实现众拟人动作和功能的机器；工业机器人是能模拟人手臂.手腕和手功能的机电一体化产品，它可以把任意物体或工具按空间位置的识辨要求进行移动可实现工业生产的要求。它们通常配备有
、刀具或其他
可装配的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。工业机器人由主体、驱动系统和
三个基本部分组成。主体即机座和
，包括臂部、腕部和手部，有
的机器人还有行走机构。驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
机器人控制系统通常包括控制计算机、示教盒、操作面板、存储器检测、传感器输入输出接口、通信接口等组成部分。由于机器人的类型较多控制系统的形式也是多种多样的；（1）按照控制回路的不同可将机器人控制系统分为开环系统和闭环系统。（2）按照控制系统的硬件分有机械控制、液压控制、顺序控制、计算机控制等。（3）按自动化控制程度分为顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统。（4）按编程方式分为物理设置编程控制系统、示教编程控制系统、离线编程控制系统（5）按机器人末端运动控制轨迹分为有点位控制和连续轮廓控制。
工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是以穿孔卡、穿孔带或磁带等信息载体，输入已编好的程序。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序
中在
机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。
具有触觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。
20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。
1. 驱动方式的改变
20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、R V减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。
2. 信息处理速度的提高
机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现的。为了使机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息，并在此基础上进行协制的技术趋势。
3. 传感器技术的发展
机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。
五.工业机器人的应用领域
工业机器人的典型应用包括焊接、刷漆、组装、采集和放置（例如包装、码垛和 SMT）、产品检测和测试等; 所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速度和准确性。
在美洲地区，工业机器人的应用非常广泛，其中汽车与汽车零部件制造业为最主要的应用领域，2012年美洲地区这两个行业对工业机器人的需求占总份额的61%。
亚洲方面，工业机器规模应用的时机已经成熟。汽车行业的需求量持续快速增长，食品行业的需求也有所增加，电子行业则是工业机器人应用快的行业。工业机器人行业正成为受亚洲财政扶持的战略新兴产业之一。
工业机器人市场的大幕已经拉开，世界机器人市场的需求即将进人喷发期，中国潜在的巨大机械设备生产市场需求已初露端倪，工业机器人进军
行业投资前景可期。
工业机器人能替代越来越昂贵的劳动力，同时能提升工作效率和产品品质。富士康机器人可以承接生产线精密零件的组装任务，更可替代人工在喷涂、焊接、装配等不良工作环境中工作，并可与数控超精密铁床等工作母机结合部分非技术工人。
加工生产，提高生产效率，替代
使用工业机器人可以降低废品率和产品成本，提高了机床的利用率，降低了工人误操作带来的残次零件风险等，其带来的一系列效益也十分明显，例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力，平均故障间隔期达60000小时以上，比传统的自动化工艺更加先进。
在发达国家中工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、
等行业已大量使用工业机器人自动化生
产线以保证产品质量和生产高效率。目前典型的成套装备有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子电器等机器人柔性自动。
六.未来工业机器人在我国发展
目前，工业机器人应用上已经遍及各行各业,但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20世纪80年代初的水平,特别是在制造工艺与装备方面,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。当前，工业机器人及技术在中国已逐步得到了和企业的重视。随着机器人知识的广泛普及,人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化,利用机器人技术提升我国工业发展水平、从制造业大国向强国转变,提高人民生活质量成为全社会的共识。
