工业机器人发展历程的三个阶段

工业机器人是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。工业机器人技术通过运用一些其他技术和理论，如计算机技术、仪器仪表等，实现对工业生产过程的监测、管理和规划等，进而达到提高工业生产效率和产品质量、提升工厂安全性等目的。

工业机器人包括硬件、软件和系统三部分。图1-1所示为比较典型的西门子PCS7自动化过程控制系统。

 

工业机器人并不是经济效益的直接来源，它通过提高生产过程的质量和效率间接地提升效益空间。工业机器人技术促进了工业的发展和进步，也是当今工业比较热门的研究方向之一，目前己被广泛地应用到机械制造业、建筑业、交通运输业等各个领域。国外厂商如ABB、西门子等，国内厂商如和利时、浙大中控等都在致力于工业机器人技术的研究和产品的开发。

工业机器人发展历程可以分为三个阶段

第一阶段的机器人只有“手”, 以固定程序工作, 不具有外界信息的反馈能力。第一代是可编程机器人，这类机器人一般可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作。这一带机器人从20世纪60年代后半期开始投入使用，目前他在工业界得到了广泛应用。

1956年：第一家机器人公司

乔治·德沃尔和约瑟夫·英格伯格（Joseph Engelberger）创立了世界第一家机器人公司尤尼梅申（Unimation）。上世纪60年代，该公司被联合柴油机电气公司（Condec Corporation）收购。后来，联合柴油机电气公司的部分产业被工业制造巨头伊顿电气集团（Eaton）买下。

1959年：第一台工业机器人

乔治·德沃尔（George Devol）和约瑟夫·英格伯格（Joseph Engelberger）开发出第一台工业机器人。

这台工业机器人鼻祖重达2吨，由磁鼓上的一个程序控制，采用液压致动和关节坐标编程。精确度控制在1/10,000英寸之内。

1961年：世界第一台工业机器人安装的生产线

新泽西首府特伦顿，世界第一台工业机器人安装运行于通用汽车生产线，用以生产车门、车窗把手，变速杆手球，光源组件以及其他汽车内饰硬件。遵从存储于磁鼓上的步进指令，这台尤尼梅特（Unimate）机器人4000磅重的机械臂可以依次堆叠热压铸金属件。值得一提的是，其制造成本为65,000美元，但Unimation公司仅以18,000美元将其出售。

第二阶段的机器人具有对外界信息的反馈能力, 即有了感觉, 如力觉、触觉、视觉等。第二代是感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”。这类机器人在工业界已有应用。

1966年：第一台移动机器人

斯坦福大学人工智能研究中心（The Artificial Intelligence Center at the Stanford Research Center）开始了谢克机器人（Shake The Robot）的研发工作，这是第一台移动机器人，它被赋予了有限的观察和环境建模能力，控制它的计算机要填满整个房间。

1970年：第一款基于视觉的全自动智能机器人

日本日立公司（Hitachi）发明出第一款基于视觉的全自动智能机器人，它可以根据平面图组装组件。

1996年：第一台基于个人计算机的机器人控制系统

德国库卡公司（KUKA）开发出第一台基于个人计算机的机器人控制系统。该机器人控制系统配置有一个集成的6D鼠标的控制面板，操纵鼠标，便可实时控制机械手臂的运动。

1998年：当时唯一的弧形轨道龙门吊和传输系统

瑞士Güdel公司开发出“roboLoop”系统，这是当时世界上唯一的弧形轨道龙门吊和传输系统。RoboLoop概念使一个或多个搬运机器人能够在一个封闭的系统内沿着弧形轨道循环操作，从而为工厂自动化创造了可能。

第三阶段, 即所谓“智能机器人”阶段,这一阶段的机器人已经具有了自主性,有自行学习、推理、决策、规划等能力。第三代机器人带有多种传感器,能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。

2003年：第一台娱乐机器人

德国库卡公司（KUKA）开发出第一台娱乐机器人Robocoaster。库卡是第一个使人与机器人实现密切接触的机器人制造商，Robocoaster机器人允许乘客坐在其内部在空中旋转，这是现代游乐园空中旋转机器的最初原型。

2005年：重要的奖项设立

机器人与自动化的发明与创业奖（Invention and Entrepreneurship in Robotics and Automation Award，IERA Award）设立。2005年，IEEE机器人与自动化学会（IEEE/ RAS）和国际机器人联合会（IFR）同意共同赞助设立机器人与自动化的发明与创业奖（IERA Award）。设立IERA Award的目的在于表彰机器人领域的突出成就，凡是有创新理念的发明者及将这些理念转化为世界级先进产品的企业都可以申请此奖项。同时，IERA Award还鼓励机器人科学和机器人产业之间的合作。

2006年：首款无线示教器

柯马公司在意大利推出首款无线示教器（WiTP），执行全部传统的数据通讯和机器人编程活动时，不受连接控制单元线缆所造成的限制，与此同时还确保了绝对安全。

2009年：当时世界上最小的多用途工业机器人

瑞典ABB公司推出了世界上最小的多用途工业机器人IRB120。IRB 120是ABB机器人部于2009年9月推出的最小机器人和速度最快的六轴机器人，是由ABB（中国）机器人研发团队首次自主研发的一款新型机器人。IRB120仅重25公斤，荷重3公斤（垂直腕为4公斤），工作范围达580毫米，IRB120的问世使ABB新型第四代机器人产品系列得到进一步延伸，其卓越的经济性与可靠性，具有低投资、高产出的优势。

2010年：首次将完整的安全控制器整合进单个控制系统

德国库卡（kuka）公司推出搭载了KR C4控制器的新一代Quantec系列架装式机器人。Quantec K系列机器人具备超低基座，实施卸载应用时下探幅度更大，而新型的KR C4控制器则首次将完整的安全控制器整合进单个控制系统，这就允许全部任务可以一起执行。

总结：

发展初期20世纪40年代至60年代初为工业机器人发展的初期，该阶段以单机自动化加工设备出现为标志，其间出现了很多的单机自动化加工设备，并随之不断地投入工业生产中。

在这一时期，随着世界工业革命的兴起和不断深入，市场的竞争日益激烈。传统的手工制造己经远远不能满足生产的需要，单机的自动化加工设备便应运而生，这也代表着工业机器人时代的到来。这一时期的典型产品为硬件数控系统的数字控制机床，它是一种具有程序控制系统的自动化机床。

世界上第一台数字控制机床是由美国麻省理工学院于1952年研制成功，如图1-2所示，在1955年用于制造航空零件的数控铣床正式问世。此后德国、日本、英国、俄罗斯等其他一些工业国家也相继开始开发、研制和应用数控机床。自动化加工设备与传统的手工加工相比，具有明显的优势，更加能适应批量化生产的需要，所以迅速普及起来，并在某些领域逐渐取代了人工的位置。

 

(2)发展中期20世纪60年代中至70年代初期是工业机器人发展的中期，此阶段主要以自动生产线为标志。

在这一时期，随着市场竞争的加剧，在产品更新速度、生产效率、产品质量上的要求进一步提高，之前的单机自动化加工设备己经不能满足日益增长的生产需求，一种新的、集成度更高的自动化加工技术函待被开发出来。所以以单独的自动化生产设备为基础，开始出现了各种组合式生产设备和生产线。同时CAD , CAM等虚拟软件也开始应用于实际工程的设计和制造中。这种软硬件结合的自动化生产线进一步提高了生产效率和产品质量，所以更能适合于大中批量的生产和加工，工业机器人也随之进入了第二阶段。这一时期的典型成果主要为用于钻、锁、铣等加工的自动生产线。

(3)发展完善期20世纪70年代中期以后是工业机器人发展的完善时期，这一时期主要体现了高科技技术的融合与提升。此时的工业机器人技术正在寻求深度和广度的发展，追求高度集成化以及专业化、智能化。在实现自动化的过程中，更加重视数据流的获取、分配和共享以及计算机硬、软件的合作交流等。这一时期的典型成果和产品有柔性制造系统(FMS)等。

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