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工业机器人的现状及发展趋势.doc
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工业机器人的现状及发展趋势
摘 要 : 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,
作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越
重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术
产业。
关 键 词 : 工业机器人;产业化;智能化;发展现状;发展趋势
1 前言
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一
体的现代制造业重要的自动化装备,它涉及机械工程学、电气工程学、微电子工程学、计算
机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门
尖端学科。。工业机器人是机器人学的一个分支,它代表了机电一体化的最高成就。随着科
学技术的不断发展,工业机器人已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集
成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,
而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以
及降低生产成本,对促进我国制造业的崛起,有着十分重要的意义。
2 工业机器人在世界各国的的发展
1962 年,美国 AMF 公司制造了世界上第一台实用的示教再现型工业机路人。迄今为止,
世界上对于工业机器人的研究、开发及应用已经经历了 50 多年的历程。日本、美国、法国、
德国的工业机器人产品已日趋成热和完善。随着现代科技的迅速发。工业机器人技术已经广
泛地应用于各个生产领城。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后出现的,
全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。工业机器人的应用是一个国家工业自动化水平
的重要标志。在国外,工业机器人产品日趋成熟,已经成为一种标准设备而被工业界广泛地
应用,从而相继地形成了一批具有影响力的著名的工业机器人公司。比如,跨国集团公司 ABB
Robotics,日本发那科(FANUC)、安川电机(Yaskawa),德国 KUKA Robo-ter,美国 Adept
Technology、 American Robot、 Emerson Industrial Automation、 S-T Robot-ics,意大利
COMAU,英国 AutoTech Robotics,加拿大 Jcd International Robotics,以色列 Robogroup
Tek 公司等,这些公司已经成为它们所在国家和地区的支柱性产业。
工业机器人的发展过程可以分为以下三个阶段:
第一代机器人为目前工业中大量使用的示教再现机器人,通过示教存储信息,工作时读
出这些信息,向执行机构发出指令,执行机构按指令再现示教的操作,广泛应用于焊接、上
下料、喷漆和搬运等。
第二代机器人是带感觉的机器人,机器人带有视觉、触觉等功能,可以完成检测、装配、
环境探测等作业。
第三代机器人即智能机器人,它不仅具备感觉功能,而且能根据人的命令,按所处环境
自行决策,规划出行动。
目前,在工业上运行的 90%以上的机器人都不具备智能。在 FMS 中,目前应用的为第一
代和第二代机器人。
2.1 工业机器人在世界主要国家的发展:
美国是工业机器人的诞生地,基础雄厚,技术先进。现今美国有着一批具有国际影响力
的工业机器人供应商,像 Adept Technologe 、American Robot 、Emersom Industrial
Automation 等。
德国工业机器人的数量占世界第三,仅次于 日本和美国,其智能机器人的研究和应用
在世界上处于领先地位。目前在普及第一代工业机器人的基础上,第二代工业机器人经推广
应用成为主流安装机型,而第三代智能机器人已占有一定比重并成为发展的方向。
世界上的机器人供应商分为日系和欧系。瑞典的 ABB 公司是世界上最大机器人制造公司
之一。1974 年研发了世界上第一台全电控式工业机器人 IRB6,主要应用于工件的取放和物
料搬运。1975 年生产出第一台焊接机器人。到 1980 年兼并 Trallfa 喷漆机器人公司后,其
机器人产品趋于完备。ABB 公司制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配铸造、密封涂胶、
材料处理、包装、喷漆、水切割等领域。
德国的 KUKA Roboter Gmbh 公司是世界上几家顶级工业机器人制造商之一。1973 年研制
开发了 KUKA 的第一台工业机器人。年产量达到一万台左右。所生产的机器人广泛应用在仪
器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等工业,主要用于材料处理、机床装备、
包装、堆垛、焊接、表面休整等领域。
意大利 COMAU 公司从 1978 年开始研制和生产工业机器人,至今已有 30 多年的历史。其
机器人产品包括 Smart 系列多功能机器人和 MASK 系列龙门焊接机器人。广泛应用于汽车制
造、铸造、家具、食品、化工、航天、印刷等领域。
日系是工业机器人制造的主要派系,其代表有 FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二
越等国际知名公司。
FANUC 是世界上最大的机器人制造商之一。FANUC 的前身致力于数控设备和伺服电机系
统的研制和生产。1972 年从日本富士通公司的计算机控制部门独立出来成立了 FANUC 公司。
FANUC 公司的主要业务分为两部分:工业机器人和工厂自动化。据统计,截至 2008 年 6 月
末,其生产的机器人突破 20 万台。FANUC 最新研发的工业机器人产品有:R-2000iA 系列多
功能智能机器人。具有独特的视觉和压力传感器,可以将随意堆放的工件捡起并完成装配;
Y44CCLDiA 高功率 LD YAG 激光机器人。研制安装的 4.4kwLD YAG 激光振荡器,提高了效率和
可靠性。
安川公司于 1977 年研制出第一台全自动工业机器人,旗下拥有 Motoman 美国、瑞典、
德国以及 Synetics Solutions 美国公司等子公司。其核心的工业机器人有点焊和弧焊机器
人,油漆和处理机器人,LCD 玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。近年来安川生
产的新型液晶玻璃板搬运机器人受到市场欢迎。此外,安川还是将工业机器人应用于半导体
领域最早厂商之一。
川崎公司生产出了日本第一台工业机器人,对工业机器人产业做出了不可磨灭的贡献。
川崎生产的喷涂机器人、焊接和组装机器人、半导体工业用机器人也很受市场欢迎。
2.2 工业机器人在日本发展:
与此同时,十九世纪七十年代的日本正面临着严重的劳动力短缺,这个问题已成为制约
其经济发展的一个主要问题。毫无疑问,在美国诞生并已投入生产的工业机器人给日本带来
了福音。1967 年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术,建立生产厂房,并于
1968 年试制出第一台日本产 unimate 机器人。经过短暂的摇篮阶段,日本的工业机器人很
快进入实用阶段,并由汽车业逐步扩大到其它制造业以及非制造业。1980 年被称为日本的
“机器人普及元年”,日本开始在各个领域推广使用机器人,这大大缓解了市场劳动力严重
短缺的社会矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓励政策,这些机器人收到了广大企业的欢
迎。1980 年~1990 年日本的工业机器人处于鼎盛时期,后来国际市场曾一度转向欧洲和北美,
但日本经过短暂的低迷期又恢复其昔日的辉煌。
1993 年末,全世界安装的工业机器人有 61 万台,其中日本占 60%,美国占 8%,欧洲占
17%,俄罗斯和东欧占 12%。是什么使得日本的工业机器人产业有如此快速的发展,现理出
几点原因:
(1)根本原因是日本的基本国情,人口少,劳动力严重短缺。日本每年的人口增长率
在 1.1%左右,而日本人都想接受高等教育导致其劳动力的增长速度却始终停留在 0.7%。为
了满足国民经济 3%的增长要求,必须提高生产效率。
(2)1973 年十月爆发的第一次石油危机提高了劳动力成本,日本政府不得不鼓励私营
企业向自动化领域投资,提高生产效率,以抑制由石油危机带来的成本型通货膨胀。
(3)工业机器人可以代替劳动者从事可能危害身体健康的劳动,避免了大量的工伤事
故和职业病,受到了人们的欢迎。
(4)日本自 80 年代起就采用推动工业机器人的普及和促进研究与发展的政策。
日本工业机器人协会成立于 1972 年 10 月, 是世界上第一个工业机器人组织。它的宗旨
是加速发展工业机器人制造业, 推动工业自动化和安全生产。1992 年, 日本工业机器人协会
欢度了它的 20 岁生日。在过去的 20 年中, 它得到了政府和大专院校的支持和帮助, 与工业
机器人制造商及用户进行了合作。正是这一切使日本工业机器人协会有效地推动了工业机器
人的生产, 使自己站在提高工业各个领域的生产率及雇员福利的前列。
2.3 政策扶持,起步发展神速
日本在 20 世纪 60 年代末正处于经济高度发展时期,年增长率达 11%。第二次世界大战
后,劳动力趋于紧张的日本,因高速度的经济发展更加剧了劳动力严重不足的困难。而此时,
美国研制成功的工业机器人无疑为日本的工业发展带来了最大的福音,1967 年日本由川崎
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