周 海，葉 兵

（廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 南寧530004）

機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

周 海，葉 兵

（廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 南寧530004）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速繁榮與機(jī)器人的快速發(fā)展，機(jī)器人在我國(guó)工業(yè)化過程中占據(jù)著重要的作用，機(jī)器人運(yùn)用在機(jī)械加工、焊接、運(yùn)輸、裝配、噴涂等各個(gè)領(lǐng)域，甚至現(xiàn)在也開始運(yùn)用于醫(yī)療衛(wèi)生與家政服務(wù)等方面。而現(xiàn)在運(yùn)用最為廣泛的為工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人具有高精度、高負(fù)載、高效率、可靠性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。通過論述工業(yè)機(jī)器人的起源以及發(fā)展史，介紹機(jī)器人的種類和對(duì)未來(lái)的應(yīng)用展望。此外對(duì)于機(jī)器人智能化的發(fā)展提出相應(yīng)的見解，希望在掌握現(xiàn)有機(jī)器人技術(shù)的同時(shí)，牢牢把握好機(jī)器人發(fā)展的機(jī)會(huì)，為我國(guó)的機(jī)器人的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

機(jī)器人；高精度；高負(fù)載；高效率；智能化

1920年，捷克的著名作家卡雷爾·查培克在劇本《羅薩姆的萬(wàn)能的機(jī)器人》一書中首次提到“機(jī)器人”一詞[1]，在1954年美國(guó)喬治·德沃爾設(shè)計(jì)出第一臺(tái)電子可編程序的工業(yè)機(jī)器人，1962年美國(guó)通用汽車公司投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人誕生[2]。最初的工業(yè)機(jī)器是結(jié)合傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)與當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的最新產(chǎn)物，而如今工業(yè)機(jī)器人是有機(jī)結(jié)合了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)控制、人工智能等越來(lái)越多前沿學(xué)科而形成的有機(jī)綜合體，正如習(xí)近平總書記在兩院院士大會(huì)上評(píng)價(jià)：機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志[3]。

經(jīng)過六十多年的迅速發(fā)展，隨著工業(yè)機(jī)器人智能化水平的提高和其他工業(yè)技術(shù)和要求的提高，工業(yè)機(jī)器人在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人的使用范圍已從傳統(tǒng)制造業(yè)延伸到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如建筑、救援，軍事，醫(yī)療，家政等非制造行業(yè)，就像電燈和互聯(lián)網(wǎng)一樣，工業(yè)機(jī)器人正在日益廣泛地提高人類的生活質(zhì)量和現(xiàn)有的生產(chǎn)方式。

1 國(guó)內(nèi)外的機(jī)器人發(fā)展史及現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展史及現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，由于我國(guó)是人口大國(guó)而且工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此早期在我國(guó)機(jī)器人的發(fā)展受到一定的限制。然而隨著制造業(yè)工人的人力成本的不斷上升與社會(huì)自動(dòng)化程度的不斷提高，我國(guó)也開始著重于發(fā)展機(jī)器人，并且也取得了較大的進(jìn)步。在1995年，我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所開始研制HT—100A點(diǎn)焊機(jī)器人，是我國(guó)較早的機(jī)器人了，如圖1所示；此后，沈陽(yáng)新松公司研發(fā)出了6 kg弧焊機(jī)器人，此機(jī)器人不僅實(shí)用，而且輕便，如圖2所示；之后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所也研發(fā)出了便攜式機(jī)器人，此機(jī)器人具有6自由度，增強(qiáng)了焊接能力，成為在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)焊接功能的重要設(shè)備，總之，在國(guó)家“863計(jì)劃”與“十一五”計(jì)劃的指導(dǎo)下，我國(guó)機(jī)器人的設(shè)計(jì)取得了飛速發(fā)展，甚至在機(jī)器人的某些關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)已經(jīng)接近于世界先進(jìn)水平，并在世界工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)占有一席之地了。

圖1 HT—100A點(diǎn)焊機(jī)器人

圖2 6 kg弧焊機(jī)器人

1.2 國(guó)外機(jī)器人的發(fā)展史及現(xiàn)狀

在一些工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為了未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛用于機(jī)械零部件加工、汽車制造業(yè)、電子電器行業(yè)以及物流運(yùn)輸業(yè)?，F(xiàn)在主要是歐洲以及日本在機(jī)器人技術(shù)行業(yè)遙遙領(lǐng)先，其中國(guó)際知名的機(jī)器人企業(yè)主要有機(jī)器人四大家族，即瑞士ABB、日本發(fā)那科、日本安川和德國(guó)庫(kù)卡。工業(yè)機(jī)器人在初期受到技術(shù)等方面等限制，而現(xiàn)在全世界的機(jī)器人的發(fā)展都發(fā)生了爆炸式的增長(zhǎng)，日本抓住機(jī)器人發(fā)展的機(jī)會(huì)，一躍成為機(jī)器人技術(shù)的大國(guó)[4]。

在德國(guó)已經(jīng)開始進(jìn)行“工業(yè)4.0”計(jì)劃，以便于實(shí)現(xiàn)利用工業(yè)機(jī)器人推動(dòng)生產(chǎn)制造，目前德國(guó)的機(jī)器人運(yùn)用率相當(dāng)?shù)母?，大約在每四個(gè)工作崗位中就有一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人；而美國(guó)與德國(guó)相比機(jī)器人的運(yùn)用率相對(duì)較低，大約為11%，但是美國(guó)研發(fā)的機(jī)器人大多數(shù)正在向高智能化邁進(jìn)；而韓國(guó)提出機(jī)器人五年計(jì)劃，目標(biāo)是到2018年，不斷擴(kuò)大機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模。

世界各國(guó)機(jī)器人的發(fā)展都為科技奠定了基礎(chǔ)，在上世紀(jì)90年代起機(jī)器人蓬勃發(fā)展，引起一場(chǎng)新的機(jī)器人技術(shù)革命。在1992年，奧地利介紹了機(jī)器人的CAN-Bus控制系統(tǒng)，在CAN-bus控制中，所有機(jī)器人程序和相關(guān)子程序在不同的微處理器上同時(shí)運(yùn)行從而保證運(yùn)行的效率；在同年，瑞士的ABB啟動(dòng)了開放式控制系統(tǒng)（S4）為了改善人機(jī)界面和機(jī)器人的技術(shù)性能，如下圖3所示為 開放式控制系統(tǒng)（S4）；在1994年，Motoman公司推出了第一臺(tái)提供兩臺(tái)機(jī)器人同步控制的機(jī)器人控制系統(tǒng)（MRC），如圖4所示；在1996年，德國(guó)庫(kù)卡推出了首款基于PC的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是可以在Windows系統(tǒng)上操作，便于實(shí)現(xiàn)編程和控制，如圖5所示；在2003年，用火星探索漫游者去進(jìn)行火星探索，此舉推進(jìn)了航天事業(yè)的極大的進(jìn)步，如圖6所示；在2006年，德國(guó)庫(kù)卡公司展出了第一臺(tái)輕型機(jī)器人，其精度較高，執(zhí)行效率也高，如圖7所示；在2007年，日本推出了史上最快的超高速電弧焊機(jī)器人，其工作周期可以縮短10%以上，如圖8所示；在2010年，德國(guó)庫(kù)卡公司推出Quantec系列機(jī)器人，如圖9所示。

圖3 瑞士ABB開放式控制系統(tǒng)（S4）

圖4 Motoman公司機(jī)器人控制系統(tǒng)

圖5 德國(guó)庫(kù)卡基于PC的機(jī)器人

圖6 火星探索漫游者

圖7 德國(guó)庫(kù)卡公司展出的第一臺(tái)輕型機(jī)器人

圖8 日本的超高速電弧焊機(jī)器人

圖9 德國(guó)庫(kù)卡公司推出Quantec系列機(jī)器人

縱觀世界機(jī)器人的發(fā)展史，機(jī)器人由單一而又簡(jiǎn)便的設(shè)備已經(jīng)發(fā)展成為了一種高智能化的機(jī)械設(shè)備，在人類的生活中扮演著不可替代的角色，在國(guó)外的許多的機(jī)械與電氣設(shè)備生產(chǎn)的廠房里都可以隨處看到機(jī)器人的身影，機(jī)器人的研發(fā)技術(shù)也逐漸趨向于完善。當(dāng)然，機(jī)器人的研發(fā)仍然具有較大的發(fā)展空間，機(jī)器人的未來(lái)的發(fā)展將會(huì)不斷提高機(jī)器人的工作能力、智能化的程度以及精度要求。

2 結(jié)論及展望

目前，機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)非常的迅猛，機(jī)器人可以替代人類去從事高危險(xiǎn)的工作，減輕了人類的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文通過對(duì)機(jī)器人的發(fā)展史進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，闡明了我國(guó)發(fā)展機(jī)器人的必要性。同時(shí)，對(duì)于我國(guó)的發(fā)展而言，我國(guó)正處于工業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵時(shí)期，將來(lái)的高強(qiáng)度、高危險(xiǎn)行業(yè)的工人數(shù)量將會(huì)急劇的下降，機(jī)器人將會(huì)迎來(lái)新的“春天”，所以機(jī)器人的發(fā)展仍擁有巨大的發(fā)展空間。同時(shí)，由于我國(guó)各機(jī)器人的廠商對(duì)于機(jī)器人的研發(fā)能力與金錢投資的不同，在我國(guó)的機(jī)器人市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)愈演愈烈，最終也將形成我國(guó)的機(jī)器人研發(fā)市場(chǎng)。

總之，在未來(lái)的幾十年里，相信重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人將會(huì)成為社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，不久機(jī)器人將會(huì)引領(lǐng)未來(lái)，加入到我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的行列中。

[1]劉極峰，丁繼斌.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京：高等教育出版社，2012.

[2]孫英飛，羅愛華.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（12）：2912-2918.

[3]陳香香.中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之路[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2015（2）：14-16.

[4]王田苗，陶 永.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，50（9）：1-13.

[5]高 峰，郭為忠.中國(guó)機(jī)器人的發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，52（7）：1-5.

The Robot’s Development Present Situation and Application Prospect

ZHOU Hai，YE Bing
（College of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning Guangxi 530004，China）

With the rapid prosperity of the economy and the rapid development of robots，The robot play an important role in the process of industrialization in China，the robot is used in mechanical processing，welding，transportation，assembly，painting and other fields，and now used in medical and health care and even domestic service，etc.And now the most widely used for industrial robot，industrial robot has high precision，high load，high efficiency，good reliability and a series of advantages.Origins and development of the industrial robot are discussed in this paper，introduces the types of robot and its application prospect in the future.In addition to the corresponding suggestions in the development of intelligent robot in mastering the current robot technology at the same time，firmly grasps opportunity of the development of the robot，contribute to the development of robots in China.

robot；high precision；high load；high efficiency；intelligent

TP242.2

B

1672-545X（2017）09-0047-03

2017-06-18

周 海（1993-），男，湖北黃岡人，碩士研究生，研究方向：機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人設(shè)計(jì)；葉 兵（1991-），男，安徽滁州人，碩士研究生，研究方向：機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人設(shè)計(jì)。