王公博

工業(yè)機器人是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的機器人，自1958年誕生以來發(fā)展迅猛。使用工業(yè)機器人是生產(chǎn)力進步的具體體現(xiàn)，因為其實質(zhì)是用機器勞動代替原有的人力勞動，但這也可能對就業(yè)帶來沖擊。面對這一可能存在的沖擊，應(yīng)該以積極的心態(tài)加以接受，并學(xué)習(xí)和提升利用工業(yè)機器人的生產(chǎn)技能。

工業(yè)機器人的概念和分類

根據(jù)ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）8373的定義，工業(yè)機器人指的是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器人，它可以自動執(zhí)行工作，靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能，既可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。工業(yè)機器人一般由兩大部分組成：一部分是機器人執(zhí)行機構(gòu)，一般稱作機器人操作機，負責(zé)完成機器人的操作和作業(yè);另一部分是機器人控制系統(tǒng)，主要完成信息的獲取、處理、作業(yè)編程、規(guī)劃、控制以及整個機器人系統(tǒng)的管理等功能。國際機器人聯(lián)合會認為工業(yè)機器人有四個特點：第一，可重新編程，工業(yè)機器人被設(shè)計為在不進行物理改動的情況下更改編程的運動或輔助功能;第二，具有多種用途，可以適應(yīng)不同的環(huán)境變化;第三，可以進行機械系統(tǒng)的改變;第四，具有用于指定線性或旋轉(zhuǎn)模式下的控制機器人運動方向的軸設(shè)計。

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)機器人有多種不同的分類方式。例如，以機械結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)機器人可分為串聯(lián)機器人和并聯(lián)機器人：串聯(lián)機器人指的是一個軸的運動會改變另一個軸的坐標(biāo)原點，如六關(guān)節(jié)機器人;并聯(lián)機器人指的是一個軸運動不影響另一個軸的坐標(biāo)原點，如蜘蛛機器人。以操作機坐標(biāo)形式為標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)機器人可分為圓柱坐標(biāo)型機器人、球坐標(biāo)型機器人、多關(guān)節(jié)型機器人、平面關(guān)節(jié)型機器人、直角坐標(biāo)型機器人，它們的區(qū)別在于：圓柱坐標(biāo)型機器人的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作;球坐標(biāo)型機器人的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;多關(guān)節(jié)型機器人的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié);平面關(guān)節(jié)型機器人的軸線相互平行，實現(xiàn)平面內(nèi)定位和定向;直角坐標(biāo)型機器人的臂部可沿三個直角坐標(biāo)移動。

最常見且利于加深對工業(yè)機器人理解的分類標(biāo)準(zhǔn)是其功能作用，現(xiàn)有的工業(yè)機器人主要可分為八類：焊接機器人、碼垛機器人、搬運機器人、噴涂機器人、裝配機器人、激光加工機器人、真空機器人、潔凈機器人。焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人，主要包括機器人和焊接設(shè)備兩部分。目前已廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，并尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以工業(yè)機器人焊接為主的受力安全零件，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車的安全性能。碼垛機器人是從事碼垛的工業(yè)機器人，將已裝入容器的物體，按一定順序碼放在托盤、棧板（木質(zhì)、塑膠）上，進行自動堆碼。目前已廣泛應(yīng)用于紙箱、塑料箱、瓶類、袋類、桶裝、膜包產(chǎn)品及灌裝產(chǎn)品等。搬運機器人是可以進行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機器人，目前世界上使用的搬運機器人逾10萬臺，被廣泛應(yīng)用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發(fā)達國家甚至已制定出人工搬運的最大限度，超過限度的必須由搬運機器人來完成。噴涂機器人是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機器人，主要由機器人本體、計算機和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，液壓驅(qū)動的噴涂機器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機等。目前已廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門。裝配機器人是為完成裝配作業(yè)而設(shè)計的工業(yè)機器人，由機器人操作機、控制器、末端執(zhí)行器和傳感系統(tǒng)組成。目前主要用于各種電器制造（電視機、錄音機、洗衣機、電冰箱、吸塵器）、小型電機、汽車及其部件、計算機、玩具、機電產(chǎn)品及其組件的裝配等方面。激光加工機器人是將機器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機器人實現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。系統(tǒng)通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。真空機器人是一種在真空環(huán)境下工作的機器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。但真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，這成為制約我國半導(dǎo)體裝備整機的研發(fā)進度和整機產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵部件。潔凈機器人是在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，很多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)都要求在潔凈環(huán)境進行，潔凈機器人因而成為潔凈環(huán)境下進行生產(chǎn)所需要的關(guān)鍵設(shè)備。

工業(yè)機器人的發(fā)展歷程

從國外的技術(shù)發(fā)展歷程來看，工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。

產(chǎn)生和初步發(fā)展階段：1958年-1970年。工業(yè)機器人領(lǐng)域的第一件專利由喬治·德沃爾在1958年申請，名為可編程的操作裝置。約瑟夫·恩格爾伯格對此專利很感興趣，聯(lián)合德沃爾在1959年共同制造了世界上第一臺工業(yè)機器人，稱之為Robot，其含義是“人手把著機械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，機器人再按照事先教給它們的程序進行重復(fù)工作”，并主要用于工業(yè)生產(chǎn)的鑄造、鍛造、沖壓、焊接等生產(chǎn)領(lǐng)域，特稱為工業(yè)機器人。

技術(shù)快速進步與商業(yè)化規(guī)模運用階段：1970年—1984年。這一時期的技術(shù)相較于此前有很大進步，工業(yè)機器人開始進行具有一定的感知功能和自適應(yīng)能力的離線編程，可以根據(jù)作業(yè)對象的狀況改變作業(yè)內(nèi)容。伴隨著技術(shù)的快速進步發(fā)展，這一時期的工業(yè)機器人還突出表現(xiàn)為商業(yè)化運用迅猛發(fā)展的特點，工業(yè)機器人的“四大家族”——庫卡、ABB、安川、FANUC公司分別在1974年、1976年、1978年和1979年開始了全球?qū)＠牟季帧?/p>

智能機器人階段：1985年至今。智能機器人帶有多種傳感器，可以將傳感器得到的信息進行融合，有效地適應(yīng)變化的環(huán)境，因而具有很強的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。在2000年以后，美國、日本等國都開始了智能軍用機器人研究，并在2002年由美國波士頓公司和日本公司共同申請了第一件“機械狗”（Boston Dynamics Big Dog）智能軍用機器人專利，2004年在美國政府DARPA/SPAWAR計劃支持下申請了智能軍用機器人專利。

我國的工業(yè)機器人發(fā)展歷程具有不同于國外的特點，起步相對較晚，大致可分為4個階段。

理論研究階段：20世紀70年代到80年代初。由于當(dāng)時國家經(jīng)濟條件等因素的制約，我國主要從事工業(yè)機器人基礎(chǔ)理論的研究，在機器人動力學(xué)、機構(gòu)學(xué)等方面取得了一定的進展，為后續(xù)工業(yè)機器人的研究奠定了基礎(chǔ)。

樣機研發(fā)階段：20世紀80年代中后期。隨著工業(yè)發(fā)達國家開始大量應(yīng)用和普及工業(yè)機器人，我國的工業(yè)機器人研究得到政府的重視和支持，國家組織了對工業(yè)機器人需求行業(yè)的調(diào)研，投入大量的資金開展工業(yè)機器人的研究，進入了樣機開發(fā)階段。

示范應(yīng)用階段：20世紀90年代。我國在這一階段研制出平面關(guān)節(jié)型統(tǒng)配機器人、直角坐標(biāo)機器人、弧焊機器人、點焊機器人等7種工業(yè)機器人系列產(chǎn)品，102種特種機器人，實施了100余項機器人應(yīng)用工程。為了促進國產(chǎn)機器人的產(chǎn)業(yè)化，在90年代末建立了9個機器人產(chǎn)業(yè)化基地和7個科研基地。

初步產(chǎn)業(yè)化階段：21世紀以來?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》突出增強自主創(chuàng)新能力這一條主線，著力營造有利于自主創(chuàng)新的政策環(huán)境，加快促進企業(yè)成為創(chuàng)新主體，大力倡導(dǎo)企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，國內(nèi)一大批企業(yè)或自主研制或與科研院所合作，加入工業(yè)機器人研制和生產(chǎn)行列，我國工業(yè)機器人進入初步產(chǎn)業(yè)化階段。

經(jīng)過上述四個階段的發(fā)展，我國的工業(yè)機器人得到一定程度的普及。數(shù)據(jù)顯示，到2016年，中國工業(yè)機器人的保有量達到30萬臺。但是，與先進的制造業(yè)國家相比，我國工業(yè)機器人使用密度仍有不少差距，工業(yè)機器人的保有量仍有巨大上升空間。

工業(yè)機器人的作用和前景

在具體探討工業(yè)機器人的作用和前景之前，一系列相關(guān)數(shù)據(jù)可以讓我們清楚了解到其近年來的發(fā)展勢頭。國際機器人聯(lián)合會發(fā)布的《2018年世界機器人報告》顯示，2017年全球的工業(yè)機器人銷量高達38.1萬臺，同比增長29%。在2012年-2017年間，全球的工業(yè)機器人銷量以年均19%的增速迅猛增長。中國自2013年以來就成為全球工業(yè)機器人的最大買家，并在2017年買下13.8萬臺設(shè)備，占全球總銷量的36%，較2016年購買的數(shù)量增加了59%。除中國外，其他主要買家分別為日本、韓國、美國和德國，以上5個國家在2017年所購買的工業(yè)機器人數(shù)量占全球總銷量的73%。據(jù)估計，從2018年到2021年，全球?qū)⑿略?10萬臺工業(yè)機器人。

銷量的迅猛增加意味著更大的需求，更多的工業(yè)機器人被投放到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中。出現(xiàn)這一趨勢的原因在于使用工業(yè)機器人的實質(zhì)是用機器生產(chǎn)代替人力生產(chǎn)，是生產(chǎn)力的進步，這一進步至少會帶來以下三方面的優(yōu)勢：提供更安全的工作環(huán)境，減少勞動風(fēng)險;減少生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力，提高生產(chǎn)效率;增強生產(chǎn)的可控性，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代。例如，一臺搬運機器人的成本相當(dāng)于3年的工人工資，壽命卻達到10年以上，企業(yè)出于成本考慮，選擇用機器替代部分工人。此外，一些在危險、惡劣環(huán)境中如沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工以及對于人體有害物料進行的作業(yè)，使用工業(yè)機器人可以避免危險環(huán)境對人體造成的傷害。

綜合工業(yè)機器人的優(yōu)勢和當(dāng)下技術(shù)特點，可以預(yù)見到工業(yè)機器人的發(fā)展會呈現(xiàn)出四大趨勢。第一，機器人與信息技術(shù)深度融合。大數(shù)據(jù)和云存儲技術(shù)使得機器人逐步成為物聯(lián)網(wǎng)的終端和節(jié)點，信息技術(shù)的快速發(fā)展將工業(yè)機器人與網(wǎng)絡(luò)融合，組成復(fù)雜性強的生產(chǎn)系統(tǒng)，使其具有類人的學(xué)習(xí)能力，多臺機器人協(xié)同技術(shù)使一套生產(chǎn)解決方案成為可能。第二，機器人產(chǎn)品易用性與穩(wěn)定性繼續(xù)提升。隨著機器人標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、集成一體化關(guān)節(jié)、自組裝與自修復(fù)等技術(shù)的改善，機器人的易用性與穩(wěn)定性不斷被提高;機器人將向著體積小、應(yīng)用廣的方向發(fā)展;機器人制造成本繼續(xù)下降;機器人能夠通過簡易的感應(yīng)方式理解人類語言、圖形、身體指令。第三，機器人向模塊化、智能化和系統(tǒng)化方向發(fā)展。模塊化改變了傳統(tǒng)機器人的構(gòu)型僅能適用有限范圍的問題，工業(yè)機器人的研發(fā)更趨向采用組合式、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計思路;工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向開放性控制系統(tǒng)集成方向發(fā)展;技術(shù)不斷延伸，嵌入到工程機械、食品機械、實驗設(shè)備、醫(yī)療器械等傳統(tǒng)裝備之中。第四，新型智能機器人市場需求增加。精細作業(yè)能力進一步提升，對外界的適應(yīng)感知能力不斷增強;機器人與人協(xié)作能力的要求不斷增強。

既然使用工業(yè)機器人其實就是用機器生產(chǎn)代替人力生產(chǎn)，且工業(yè)機器人將呈迅猛發(fā)展的趨勢，一個可能產(chǎn)生的問題就是工業(yè)機器人將帶來失業(yè)。例如《紐約時報》曾提供了兩位經(jīng)濟學(xué)家的證據(jù)，他們量化了機器人對就業(yè)的負面影響，發(fā)現(xiàn)每新增一個機器人，將使得六名工人失業(yè)，其余工人的工資下降3%-5%。但與此同時，也有數(shù)據(jù)顯示工業(yè)機器人并不會帶來工作機會的減少：從2010年到2016年，美國汽車工業(yè)的就業(yè)人數(shù)從67.9萬增長到94萬，年復(fù)合增長率達6%，而機器人的數(shù)量也增長了9%。此外，波士頓咨詢集團還認為，更廣泛的機器人應(yīng)用將在中期內(nèi)將每位員工的產(chǎn)出提高30%。

無論工業(yè)機器人是否會帶來失業(yè)問題，一個可以肯定的事實就是工業(yè)機器人不可能完全取代人類的工作，正如麥肯錫的報告所指出的，90%以上的工作無法完全自動化，所以未來機器人將跟人類一起工作。那么，什么樣的工作將被工業(yè)機器人取代？什么樣的工作還將繼續(xù)由人類從事？國際機器人聯(lián)合會認為，在工業(yè)機器人時代，傳統(tǒng)制造業(yè)將從大批量、單一化生產(chǎn)向小批量、多元化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，生產(chǎn)設(shè)備安全性需求將進一步提高，并且制造業(yè)還將面臨高級技工的嚴重短缺。并且，伴隨著自動化和機器人的使用，通過提高生產(chǎn)力創(chuàng)造新的工作，教育和培訓(xùn)體系必須進行調(diào)整，從而使工人們能在未來享受到機器人帶來的好處。換句話說，工業(yè)機器人時代的來臨將是必然，在這一背景之下，較高的工作技能仍非常重要，具有利用工業(yè)機器人進行生產(chǎn)的技能則更加重要，對于這些工作的需求將隨著工業(yè)機器人的發(fā)展而進一步增大。