工業(yè)機(jī)器人是如何發(fā)展到今天這個(gè)地步的?
2017-03-17 來(lái)源:頭條號(hào)/機(jī)器人時(shí)代 評(píng)論:0
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初,其發(fā)展過(guò)程大致可分為三個(gè)階段:70年代的萌芽期;80年代的開(kāi)發(fā)期;90年代的實(shí)用化期。而今經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國(guó)已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開(kāi)發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上;一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來(lái)。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(jì)制造技術(shù);工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù);機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù);運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù);弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。自1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái),計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步,向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。
大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展,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、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
另一方面,原子能實(shí)驗(yàn)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)。在這一需求背景下,美國(guó)原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手,1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。
1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念,并申請(qǐng)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),利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教,機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?,F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。
作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型(示教再現(xiàn))是1962年美國(guó)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,但外形特征迥異,主要由類似人的手和臂組成。
1965年,MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺(jué)傳感器的、能識(shí)別與定位簡(jiǎn)單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。
1967年日本成立了人工手研究會(huì)(現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)),同年召開(kāi)了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。
1970年在美國(guó)召開(kāi)了第一屆國(guó)際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。1970年以后,機(jī)器人的研究得到迅速?gòu)V泛的普及。
1973年,辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人,它是液壓驅(qū)動(dòng)的,能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。
到了1980年,工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及,故稱該年為“機(jī)器人元年”。
隨后,工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展,日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國(guó)的美稱”。
據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì),至2003年末,在美國(guó)運(yùn)行的機(jī)器人總量為112400套,比2002年增長(zhǎng)7%。預(yù)計(jì)到2007年底,運(yùn)行的機(jī)器人數(shù)量將達(dá)到145000套。就每萬(wàn)雇員擁有工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),至2003年末,美國(guó)制造業(yè)中,每1萬(wàn)雇員擁有63個(gè)工業(yè)機(jī)器人。盡管從排名上說(shuō),美國(guó)已經(jīng)進(jìn)入世界前十名,但其與前幾名仍然有著很大的差距,僅相當(dāng)于德國(guó)的43%,意大利的54%,歐盟的68%。與普通的制造業(yè)相比,美國(guó)汽車工業(yè)中每萬(wàn)個(gè)產(chǎn)業(yè)工人擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量大大提高,達(dá)到740個(gè),但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本(1400個(gè)機(jī)器人)、意大利(1400個(gè)機(jī)器人)和德國(guó)(1000個(gè)機(jī)器人。
美國(guó)是機(jī)器人的誕生地。早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。比起號(hào)稱機(jī)器人王國(guó)的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展,美國(guó)現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一,基礎(chǔ)雄厚,技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史。道路是曲折的,不平坦的。
20世紀(jì)60年代到70年代期間,美國(guó)的工業(yè)機(jī)器人主要立足于研究階段,只是幾所大學(xué)和少數(shù)公司開(kāi)展了相關(guān)的研究工作。那時(shí),美國(guó)政府并未把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目,特別是,美國(guó)當(dāng)時(shí)失業(yè)率高達(dá)6.65%,政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會(huì)造成更多人失業(yè),因此既未投入財(cái)政支持,也未組織研制機(jī)器人。而企業(yè)在這樣的政策引導(dǎo)下,也不愿冒風(fēng)險(xiǎn),去應(yīng)用或制造機(jī)器人。致使錯(cuò)過(guò)了發(fā)展良機(jī),固守在使用剛性自動(dòng)化裝置的層面上。這不能不說(shuō)是美國(guó)政府的戰(zhàn)略決策錯(cuò)誤。70年代后期,美國(guó)政府和企業(yè)界雖對(duì)工業(yè)機(jī)器人的制造和應(yīng)用認(rèn)識(shí)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、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級(jí)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)上, 致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來(lái)居上,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(guò)了美國(guó),產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上形成了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后,美國(guó)才感到形勢(shì)緊迫,政府和企業(yè)界才開(kāi)始真正重視機(jī)器人。制定和采取了相應(yīng)的政策和措施,一方面鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人,另一方面制訂計(jì)劃、提高投資,增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi),把機(jī)器人看成美國(guó)再次工業(yè)化的特征,使美國(guó)的機(jī)器人迅速發(fā)展。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,第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來(lái)越滿足不了實(shí)際需要。美國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)帶有視覺(jué)、力覺(jué)的第二代機(jī)器人,并很快占領(lǐng)了美國(guó)60%的機(jī)器人市場(chǎng)。
工業(yè)機(jī)器人在日本發(fā)展:與此同時(shí),十九世紀(jì)七十年代的日本正面臨著嚴(yán)重的勞動(dòng)力短缺,這個(gè)問(wèn)題已成為制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)主要問(wèn)題。毫無(wú)疑問(wèn),在美國(guó)誕生并已投入生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人給日本帶來(lái)了福音。1967年日本川崎重工業(yè)公司首先從美國(guó)引進(jìn)機(jī)器人及技術(shù),建立生產(chǎn)廠房,并于1968年試制出第一臺(tái)日本產(chǎn)unimate機(jī)器人。經(jīng)過(guò)短暫的搖籃階段,日本的工業(yè)機(jī)器人很快進(jìn)入實(shí)用階段,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”,日本開(kāi)始在各個(gè)領(lǐng)域推廣使用機(jī)器人,這大大緩解了市場(chǎng)勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺的社會(huì)矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵(lì)政策,這些機(jī)器人收到了廣大企業(yè)的歡迎。1980年~1990年日本的工業(yè)機(jī)器人處于鼎盛時(shí)期,后來(lái)國(guó)際市場(chǎng)曾一度轉(zhuǎn)向歐洲和北美,但日本經(jīng)過(guò)短暫的低迷期又恢復(fù)其昔日的輝煌。1993年末,全世界安裝的工業(yè)機(jī)器人有61萬(wàn)臺(tái),其中日本占60%,美國(guó)占8%,歐洲占17%,俄羅斯和東歐占12%。
德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量占世界第三,僅次于 日本和美國(guó),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。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,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。 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。1974年研發(fā)了世界上第一臺(tái)全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6,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(tái)焊接機(jī)器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機(jī)器人公司后,其機(jī)器人產(chǎn)品趨于完備。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、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領(lǐng)域。 德國(guó)的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級(jí)工業(yè)機(jī)器人制造商之一。1973年研制開(kāi)發(fā)了KUKA的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。年產(chǎn)量達(dá)到一萬(wàn)臺(tái)左右。所生產(chǎn)的機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等工業(yè),主要用于材料處理、機(jī)床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領(lǐng)域。
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