机器人的发展历程简述——工业机器人篇

  机器人学研究的是如何综合运用机械、传感器、驱动器和计算机来实现人类某些方面的功能—John J.Craig

  ★Robot来源于捷克作家Karel Capek 1920年的剧本《罗沙姆的万能机器人公司》，Capek把捷克语“Robota（奴隶）”写成了“Robot”，该剧描写了Robot从只会劳动没有思维的奴隶发展到消灭人类，后又进化为人类的社会悲剧。

  ★为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫 (Asimov)于1940年发表的作品《Runaround》提出了机器人的伦理性纲领— “机器人三原则”：

  1)、机器人不应伤害人类；2)、机器人应遵守人类的命令，与1)违背的命令除外；3)、机器人应能保护自己，与1)、2)相抵触者除外。

  ◆《列子.汤问》记载着这么一个故事，公元前900多年西周周穆王时，巧匠偃师制作了一个 “能唱歌、跳舞，像真人一样 ”的人偶；

  不过严格意义上这些都不能算是机器人，或者说和我们目前所接触的机器人是不一样的。且不说他们的背后有没有事实依据，就算是真的，这类的所谓“机器人”也多为人工控制，如特洛伊木马一般，没有高效率的能源驱动，在那个年代如何做到“栩栩如生”？可能更多的还是传说吧。

  1768~1772年瑞士钟表匠德罗斯 (Jaquet Droz)父子制造的写字偶人、绘图偶人、弹琴偶人，赢得了世界声誉。

  以上的偶人都是以关节和凸轮作为传动，实现复杂的功能，我们不禁要感叹匠人的精巧，也是从这个时候开始，机器人也逐渐从必须像人的外观变为可以实现人的动作这个方向转变。

  ◆1961年，Unimation公司生产的世界上第一台工业机器人在美国特伦顿（新泽西州首府）的通用汽车公司安装运行。这台工业机器人用于生产汽车的门、车窗把柄、换档旋钮、灯具固定架，以及汽车内部的其他硬件等。遵照磁鼓上的程序指令，Unimate机器人4000磅重的手臂可以按次序堆叠热压铸金属件。Unimate机器人成本耗资65000美元，但Unimation公司售价仅为18000美元。（也真是蛮拼的，不过也证实了该公司的眼光，推广工业机器人的决心使得他们在以后赚的盆满钵满，虽然后来被Westinghouse兼并又卖给了Staubli。）

  1969年，通用汽车公司在其洛兹敦（Lordstown）装配厂安装了首台点焊机器人。Unimation机器人大大提高了生产率，90％以上的车身焊接作业可通过机器人来自动完成。只有20%－40%的传统生产厂的焊接工作由人工完成。

  1969年，Unimation公司的工业机器人进入日本市场。Unimation公司与日本川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）签订许可协议，生产Unimate机器人专供亚洲市场销售。川崎把开发和生产能节省劳动力的机器人和系统作为一项重要任务来完成，成为日本在工业机器人领域的先驱。1969年，川崎重工公司成功开发了Kawasaki -Unimate2000机器人，这是日本生产的第一台工业机器人。

  70年代之前基本是Unimation的天下，该公司把机器人卖给各种公司，包括欧洲，日本，大大提高了生产效率，不过这也正使得该公司逐渐在后一时代的工业机器人井喷之时被其他公司迎头赶上。

  1970年，在美国芝加哥举行第一届美国工业机器人研讨会。一年以后，该研讨会升级为国际工业机器人研讨会（InternationalSymposium on Industrial Robots ，ISIR）。举行国际工业机器人研讨会的目的是给在机器人领域的世界各地的研究人员和工程师提供一个机会以展示他们的作品，并分享自己的想法。1997年，该研讨会更名为国际机器人研讨会（InternationalSymposium on Robotics ，ISR），其中包括服务机器人的技术。

  1971年，日本机器人协会（Japanese RobotAssociation）成立。这是世界上第一个国家机器人协会。日本机器人协会最初是一个非官方的自发组织，以开展工业机器人座谈会的形式成立。1972年，工业机器人座谈会改名为日本工业机器人协会（Japan IndustrialRobot Association ，JIRA），1973年正式注册成立。1994年改为现名――日本机器人协会（Japanese Robot Association，JARA）。日本工业机器人协会更名为日本机器人协会，是因为机器人领域的重大进展导致了对机器人需求的多样化，机器人由制造业扩展到非制造业，例如，核电站、医疗服务及福利事业，民用工程及建筑业以及海洋事业等方面。

  1973年，第一台机电驱动的6轴机器人面世。德国库卡公司（KUKA）将其使用的Unimate机器人研发改造成其第一台产业机器人，命名为Famulus，这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人。

  1974年，第一台小型计算机控制的工业机器人走向市场。1974年，美国辛辛那提米拉克龙（Cincinnati Milacron）公司的理查德·霍恩（RichardHohn）开发出第一台由小型计算机控制的工业机器人，命名为T3，即“TheTomorrow Tool”。这是世界上第一次机器人和小型计算机的携手合作。

  从这之后，机器人逐渐向着多传感器智能控制方向发展，由于计算机的加入，使得机器人可以完成更为精密并且快速的计算，机器人的发展进入到智能化。

  1974年，瑞典通用电机公司（ASEA，ABB公司的前身）开发出世界上第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人IRB 6。IRB6主要应用于工件的取放和物料的搬运，首台IRB 6运行于瑞典南部的一家小型机械工程公司。IRB 6采用仿人化设计，其手臂动作模仿人类的手臂，载重6公斤载荷，5轴。IRB 6的S1控制器是第一个使用英特尔8位微处理器，内存容量为16KB。控制器有16个数字I / O接口，通过16个按键编程，并具有四位数的LED显示屏。

  1977年，首届恩格柏格（Engelberger）机器人奖颁布。恩格柏格机器人奖是世界上最负盛名的机器人荣誉。该奖项授给那些在机器人产业的技术开发、应用领域作出卓越贡献的个人。每位获奖者获得一笔酬金和带有下面题词的纪念章，“在为人类服务的机器人科学的进步做出贡献。”

  恩格柏格机器人奖每年由机器人工业协会（Robotic Industries Association，RIA）授予给世界各地在机器人领域作出杰出贡献的个人。自1977年首届恩格柏格机器人奖颁布以来，至今该奖项已授给世界上17个不同国家的114名杰出个人。

  1978年，美国Unimation公司推出通用工业机器人（Programmable Universal Machine for Assembly，PUMA），应用于通用汽车装配线，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。不仅如此，一些大学还用Puma系列的工业机器人作为教具。我相信学过机器人学的同学们一定会记得老师用Puma560讲解矩阵变化吧。

  1978年，日本山梨大学（Universityof Yamanashi）的牧野洋（Hiroshi Makino）发明了选择顺应性装配机器手臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA）。SCARA机器人具有四个轴和四个运动自由度（包括X、Y、Z方向的平动自由度和绕Z轴的转动自由度）。SCARA系统在x、y方向上具有顺从性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作。SCARA的另一个特点是其串接的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限空间中作业然后收回，适合于搬动和取放物件，如集成电路板等。到目前为止，SCARA仍然是工业一线常用的机器人。

  上图是一些细节的历史，在80年代后期发展阶段，早期的领头羊机器人产业要不被吞并要不被收购，不过也正是由于竞争，才有了更多创新。

  2011年全世界工业机器人销量为16.5万台，比2010年增长37%，2011年销量创有史以来的最高纪录。 “2011年可以说是工业机器人发展50年以来最成功的一年，自从1961年第一台工业机器人安装运行至今全世界共售出230多万台工业机器人，而且工业机器人将迎来更美好的未来。”2012年5月23日，国际机器人联合会（International Federation of Robotics ，IFR）主席――Shinsuke Sakakibara博士在德国慕尼黑的自动化展上发表如上声明。

  1961年，Unimation公司生产的世界上第一台工业机器人在美国新泽西州的通用汽车公司安装运行。从那时起，工业机器人的发展一直没有停步。工业机器人发展从2轴到6轴、从重量级到轻量级，驱动从液压执行机构到电动马达，应用领域从汽车工业到其他分行业，工业机器人新增的功能、应用领域不断增加。今天，约有110多万台工业机器人在世界各地的工厂安装运行。

  如今已经是工业机器人发展的第56个年头，希望有更多里程碑似的成品减轻人们的劳动，并且希望逐步将机器人从工业更多推进到更多方面，当然，还有我国的机器人事业——希望可以大展风采。