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1、国内外工业机器人发展史和现状 国内外工业机器人发展史和现状 课题名称： 工业机器人发展史和现状摘要： 我国的工业机器人研制虽然起步晚， 但是有着广大的市场潜力， 有着众多的人才和资源基础。 在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下， 在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来， 我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人， 并且将工业机器人推广应用到制造与非制造等广大的行业中， 提高我国劳动力成本， 提高我国企业的生产效率和国际竞争力， 从整体上提高我国社会生产的安全高效， 为实现伟大祖国的复兴贡献力量。 关键字： 工业机器人； 日本； 日本工业机器人协会； 制造； 十一五纲要； 引言： 生产力在不断进

2、步， 推动着科技的进步与革新， 以建立更加合理的生产关系。 自工业革命以来， 人力劳动已经逐渐被机械所取代， 而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步。 时至今天， 机电一体化， 机械智能化等技术应运而生并已经成为时代的主旋律。 人类充分发挥主观能动性， 进一步增强对机械的利用效率， 使之为我们创造出愈加巨大的生产力， 并在一定程度上维护了社会的和谐。 工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。 在发达国家中， 工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。 国外汽车行业、 电子电器行业、 工程机械等行业已经大量使用工业机器人

3、自动化生产线， 以保证产品质量， 提高生产效率， 同时避免了大量的工伤事故。 全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明， 工业机器人的普及是实现自动化生产， 提高社会生产效率， 推动企业和社会生产力发展的有效手段。 一、 工业机器人的现状： 工业机器人在全世界的分布及发展， 我们先看两幅图表 UNECE 估计， 2004 年全球至少安装了 10 万台新的工业机器人。 其中： 欧盟 31 100台(比 2003 年增加 15 ， 但比 2019 年的记录仅增加 1)； 北美 16100 台(比 2003 年增加27 ， 比 2019 年的记录高 24)； 亚洲 51 400 台， 主要在

4、日本， 但中国市场增长迅速(比2003 年增长 24)。 据美国电气和电子工程师协会（IEEE） 统计， 至 2008 年底， 世界各地已经部署了 100万台各种工业机器人。 其中， 日本机器人数量据世界首位。 他们的算法基于制造工人与机器人的比例， 即每万名工人拥有多少台制造机器人。 其中日本的工业机器人密度达到了世界平均水平的 10 倍， 也比排在第二位的新加坡多出了一倍。 其中日本每万名工人拥有 295 台工业机器人， 新加坡 169 台， 韩国 164 台， 德国 163台。 虽然排在前三位的国家都在亚洲， 不过欧洲却是世界上工业机器人密度最大的地区。 欧洲国家工业机器人密度为每万名工

5、人 50 台， 美洲为平均 31 台， 亚洲平均 27 台。 工业机器人在生产生活中的应用所谓工业机器人， 就是具有简单记忆和可变控制程序的自动机械。 它是在机械手的基础上发展起来的， 国外称为 industrialrobot。 工业机器人的出现将人类从繁重单一的劳动中解放出来， 而且它还能够从事一些不适合人类甚至超越人类的劳动， 实现生产的自动化， 避免工伤事故和提高生产效率。 随着世界生产力的发展， 必然促进相应科学技术的发展。 工业机器人能够极大地提高生产效率， 已经广泛地进入人们的生活生产领域。 (1) 提高自动化生产效率和自动化程度： 据美国 J.B.Day 通过大量的定后发现： 在

6、生产过程中， 机器人在机床或其它设备上做上下料工作， 以及在设备之间做短途搬运工作所花时间占了整个生产时间的 80%以上， 搬运费占了加工费的 30%40%， 而且有 85%的生产事故发生在搬运上， 因此工业机器人的使用解决了很多难题。 (2) 直接从事广泛的生产劳动： 例如喷漆、 焊接、 热处理、 冶炼、 电镀， 以及冲压。 注塑成型。 砂型铸造、 锻造等。 比如我国滩坊砖厂制造了一只有 260 个指头的机械手。 (3) 进行严谨的物品装配： 通过图纸识别零件并加以组装， 首先取得成功的是美国加利福利亚的斯坦福大学。 此外还有日本日立制作的 Hivip， 列宁格勒的变压器装配小组。 (4)

7、仓库管理自动化： 最早出现在法国， 现已遍及世界各地， 例如芬兰的汉基亚公司 （汉基亚仓库是欧洲十大仓库之一）。 (5) 从事特殊环境下的劳动： 核辐射、 无毒气氛、 强噪声、 超低温或高温环境等不合适人工作的环境， 甚至超越人能力范围的环境。 比如用于发现输油管裂缝的机器人，日本生产了一种用于救火的神奈川 机器人。 (6) 从事教育卫生等服务： 例如美国 Centurion 公司生产的机器人教师 已成功为学生开设了逻辑学、概率论 等课程， 美国德克萨斯仪表公司制造的微型翻译机器人， 日本稻田大学研究出的乳腺检诊机器人。 二、 工业机器人的诞生至今工业机器人的诞生： 日本是当今的工业机器人王国

8、， 既是工业机器人的最大制造国也是最大消费国。 但实际上工业机器人的诞生地是美国。 机器人的启蒙思想其实很早就出现了，1920 年捷克作家卡雷尔恰佩克发表了剧本罗萨姆的万能机器人， 剧中叙述了一个叫做罗萨姆的公司将机器人作为替代人类劳动的工业品推向市场的故事， 引起了世人的广泛关注。 于是在 1959 年美国的一家汽车公司， 工业机器人应运而生。 美国人英格伯格和德奥尔制造出了世界上第一台工业机器人， 他们发现可以让机器人去代替工人一些简单重复的劳动， 而且不需要报酬和休息， 任劳任怨。 接着他们两人合办了世界上第一家机器人制造工厂， 生产unimate 工业机器人。 （1961 年在美国诞生

9、的 Unimate 工业机器人） 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

10、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

11、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。 日本的鼓励政策： 日本工业机器人产业迅速发展有其根本的刺激动力人口资源短缺，但更是因为政府的鼓励政策才使得这种快速的发展成为现实。 其早起的鼓励政策有三方面内容： 1. 普及促进政策(1) 创建财

12、政投融资租赁制度。 (2) 对于重要复杂机械装置的特别折旧制度中高性能电子计算机控制工业机器人的新规定。 (3) 对于工业安全卫生设施等贷款制度（中小企业金融公案、 国民金融公库） 追加劳动安全工业机器人的新规定。 (4) 中小企业设备现代化贷款制度及设备贷款制度。 (5) FMS 及其租赁制度。 (6) 中小企业新技术体化投资促进税制（机电一体化税制）。 (7) 省力化设备投资促进融资制度。 2. 研究开发促进政策(1) 极限作业机器人研究开发。 (2) 基础技术研究开发促进税制（高技术税制）。 (3) 设立（财） 国际机器人.FA 技术中心。 (4) 微机器技术研究开发。 3. 其它振兴政

13、策技术政策税制中的工业机器人设备等的特别折旧制度（1984 年创建） 日本工业协会 JIRA: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。 JIRA 从事以下的活动： 1. 就制定有利于工业的财税制的各种政策问题, 向

14、政府提出建议。 2. 编辑出版双月刊 JIRA 机器人消息、 JIRA 机器人 杂志及日本工业机器人规范及应用 等。 协会的公务活动有组织学术讨论会、 电影节以及机器人展览会等。 3. 通过对机器人数量和增长情况进行市场调查, 有利于利用 政策宣传计划 来扶植系统工程公司。 4. 通过技术调研、 预测及标准化活动, 推动技术的发展。 5. 通过设计采用机器人的安全自动化系统, 推动研究与发展。 6. 通过组织国际技术会议, 例如 国际工业机器人研讨会 、 国际先进机器人学会议, 和国际工业合作研讨会等, 加强国际技术交流。 7. 阐明有关加强研究、 开发、 制造和个人拥有机器人的基本政策。 为

15、了进行这些活动, 已成为一个拥有 8 个常务委员会及其下属的 12 个分委员会、 以及大约 30 个专业委员会的机构。 工业机器人在世界其他主要国家的发展： 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 AdeptTechnologe 、AmericanRobot 、EmersomIndustrialAutomation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

16、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 KUKARoboterGmbh 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

17、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。 （KUKAKR100， 用于高速、 高精度焊接、 切割和测量的机器人） 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。 （The Comau Smart NS1） 日系是工业机器人制造的主要派系， 其代表有 FA

18、NUC、 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： R2019iA 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 LDYAG 激光机器人。

19、研制安装的 4.4kwLDYAG 激光振荡器， 提高了效率和可靠性。 （美国 FANUCRobotics 举重机器人： KR1000TITAN 售价在 22.523 万美元之间； M2019iA/1200） 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 SyneticsSolutions 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。 （安

20、川电机公司生产： SDA10， 可做早餐的新型人性化机器人） 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（日本川崎公司成产的工业机器人） 三、 工业机器人的发展前景在发达国家中， 工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。 国外汽车行业、 电子电器行业、 工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线， 以保证产品质量， 提高生产效率， 同时避免了大量的工伤事故。 全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明， 工业机器人的普及是实现自动化生产，

21、提高社会生产效率， 推动企业和社会生产力发展的有效手段。 机器人技术是具有前瞻性、 战略性的高技术领域。 国际电气电子工程师协会 IEEE 的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了 4 个重点发展方向， 机器人技术就是其中之一。 1990 年 10 月， 国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会， 并在这次大会上通过了一个文件， 把工业机器人分为四类： 顺序型。 这类机器人拥有规定的程序动作控制系统； 沿轨迹作业型。 这类机器人执行某种移动作业， 如焊接。 喷漆等； 远距作业型。 比如在月球上自动工作的机器人； 智能型。 这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信

22、机能。 日本工业机器人产业早在上世纪 90 年代就已经普及了第一和第二类工业机器人， 并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。 而今已在第发展三、 四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。 日本下一代机器人发展重点有： 低成本技术、 高速化技术、 小型和轻量化技术、 提高可靠性技术、 计算机控制技术、 网络化技术、 高精度化技术、 视觉和触觉等传感器技术等。 根据日本政府 2007 年指定的一份计划， 日本 2050 年工业机器人产业规模将达到 1.4 兆日元， 拥有百万工业机器人。 按照一个工业机器人等价于 10 个劳动力的标准， 百万工业机器人相当于千万劳动力， 是目前日本全部劳动人口的

23、15%。 我国工业机器人起步于 70 年代初， 其发展过程大致可分为三个阶段： 70 年代的萌芽期；80 年代的开发期； 90 年代的实用化期。 而今经过 20 多年的发展已经初具规模。 目前我国已生产出部分机器人关键元器件， 开发出弧焊、 点焊、 码垛、 装配、 搬运、 注塑、 冲压、 喷漆等工业机器人。 一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上； 一批机器人技术的研究人才也涌现出来。 一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术； 工业机器人控制、 驱动系统的硬件设计技术； 机器人软件的设计和编程技术； 运动学和轨迹规划技术； 弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与

24、周边配套设备的开发和制备技术等。 某些关键技术已达到或接近世界水平。 一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（ 产业化）， 必须具备 5 个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。 和有着机器人王国 之称的日本相比， 我国有着截然不同的基本国情， 那就是人口多， 劳动力过剩。 刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。 所以， 我国工业机器人起步晚发展缓。 但是正如前所述， 广泛使用机器人是实现工业自动化， 提高社会生产效率的一种十分重要的途径。 我国正在努力发展工业机器人产业， 引进国外技术和设备， 培养

25、人才， 打开市场。 日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策， 我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。 十一五纲要中与工业机器人发展相关政策： 1. 目标 根据国内外机器人发展的经验、 现状及近几年的动态， 结合当前国内经济发展的具体情况， 十五 期间机器人技术应重点开展智能机器人、 机器人化机械及其相关技术的开发及应用； 开展以机器人为基础的重组装配系统及其相关技术的开发研究及加强多传感器融合及决策、 控制一体化技术及应用的研究。 重点解决我国已研制应用多年的示教再现型工业机器人的产业化前期关键技术， 大力推进其产业化进程， 力争在十五 末期实现喷涂、 焊接、装配等

26、机器人的产业化。 2. 主要研究内容(1) 示教再现型工业机器人产业化技术研究 关节式、 侧喷式、 顶喷式、 龙门式喷涂机器人产品标准化、 通用化、 模块化、 系列化设计。 柔性仿形喷涂机器人开发： 柔性仿形复合机构开发， 仿形伺服轴轨迹规划研究， 控制系统开发， 整机安全防爆、 防护技术开发， 高速喷杯喷涂工艺研究。 焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人， 可兼作弧焊、 点焊、 搬运、 装配、 切割作业） 产品的标准化、 通用化、 模块化、 系列化设计。 弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发： 激光发射器的选用， CCD 成象系统， 视觉图象处理技术， 视觉跟踪与机器

27、人协调控制。 焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。 电子行业用装配机器人产品标准化、 通用化、 模块化、 系列化设计。 批量生产机器人所需的专用制造、 装配、 测试设备和工具的研究开发。 (2) 智能机器人开发研究遥控加局部自主系统构成和控制策略研究智能移动机器人的导航和定位技术研究面向遥控机器人的虚拟现实系统 人机交互环境建模系统 基于计算机屏幕的多机器人遥控技术(3) 机器人化机械研究开发 并联机构机床（VMT） 与机器人化加工中心（RMC） 开发研究 机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备(4) 以机器人为基础的重组装配系统 开放式模块化装配机器人 面

28、向机器人装配的设计技术 机器人柔性装配系统设计技术 可重构机器人柔性装配系统设计技术 装配力觉、 视觉技术 智能装配策略及其控制(5) 多传感器信息融合与配置技术机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用 机电一体化智能传感器（中为广泰生产的 CCR-RB6B 工业机器人， 右为其参数； 左图为我国第一台焊接机器人， 由华恒生产） 总的说来， 20 世纪 90 年代以来， 机器人技术的应用开始从制造领域扩充到非制造领域，研究和发展基于非结构环境、 极限环境下的特种机器人技术已经成为主要方向。 同时机器人研究又不断向智能化、 模块化、 多功能化以及高性能、 自诊

29、断、 自修复趋势发展， 以适应市场对敏捷制造、 多样化、 个性化的需求， 适应多变的机器人作业环境， 向更大更宽广的制造与非制造业进军。 我国的工业机器人研制虽然起步晚， 但是有着广大的市场潜力， 有着众多的人才和资源基础。 在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下， 在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人， 并且将工业机器人推广应用到制作与非制造等广大的行业中， 提高我国劳动力成本， 提高我国企业的生产效率和国际竞争力， 从整体上提高我国社会生产的安全高效， 为实现伟大祖国的复兴贡献力量。 参考文献： 【1】 王握文. 世界机器人发展历程J. 国防科技,

30、2019,(01)【2】 陈爱珍. 日本工业机器人的发展历史及现状J. 机械工程师,2008,(07)【3】 陈爱珍. 国内外机器人的发展现状J. 机械工程师,2008,(07)【4】 陈佩云. 日本振兴工业机器人的政策J. 机器人技术与应用,1994,(01)【5】 陈佩云. 我国工业机器人技术发展的历史_现状与展望J. 机器人技术与应用,1994,(02)【6】 李红. 日本的工业机器人为什么发展特别快J. 机器人技术与应用,1995,(02)【7】 吕学诗. 工业机器人在生产和生活中的应用J. 机械制造,1980,(07)【8】 顾振宇. 全球工业机器人产业现状与趋势J. 机电一体化,2006,(02)【9】 刘进长. 日本工业机器人协会J. 机器人技术与应用,1994,(01)【10】 李湘洲等. 机器人趣谈M. 北京： 新时代出版社 2019.1