工業(yè)機器人發(fā)展歷史

1.1.工業(yè)機器人發(fā)展史機器人技術發(fā)展階段1956年，美國發(fā)明家喬治?德沃爾（GeorgeDevol）和物理學家約瑟?英格柏格（JoeEngelberger）成立了一家名為Unimation的公司。企業(yè)名字來自于兩個單詞“Universal”和“Animation”的縮寫。1959年，喬治·德沃爾和約瑟·英格柏格發(fā)了然世界上第一臺工業(yè)機器人，命名為Unimate（尤尼梅特），意思是“全能自動”。英格伯格負責設計機器人的“手”“、腳”、“身體”，即機器人的機械部分和完成操作部分；由德沃爾設計機器人的“腦筋”、“神經(jīng)系統(tǒng)”、“肌肉系統(tǒng)”，即機器人的控制裝置和驅動裝置。Unimate重達兩噸，通過磁鼓上的一個程序來控制。它采用液壓執(zhí)行機構驅動，基座上有一個大機械臂，大臂可繞軸在基座上轉動，大臂上又伸出一個小機械臂，它相對大臂可以伸出或縮回。小臂頂有一個腕子，可繞小臂轉動，進行俯仰和側搖。腕子前頭是手，即操作器。這個機器人的功能和人手臂功能相似。Unimate的精確率達1/10000英寸。1961年，Unimation企業(yè)生產(chǎn)的世界上第一臺工業(yè)機器人在美國特倫頓（新澤西州首府）的通用汽車企業(yè)安裝運行。這臺工業(yè)機器人用于生產(chǎn)汽車的門、車窗缺點、換檔旋鈕、燈具固定架，以及汽車內(nèi)部的其他硬件等。依據(jù)磁鼓上的程序指令，Unimate機器人4000磅重的手臂可以按次次堆疊熱壓鑄金屬件。Unimate機器人成本耗資65000美元，但unimation企業(yè)售價僅為18000美元。1962年，美國機械與鑄造公司（AmericanMachineandFoundry，AMF）制造出生界上第一臺圓柱坐標型工業(yè)機器人，命名為Verstran（沃爾薩特蘭），意思是“全能搬動”。1962年，AMF制造的6臺Verstran機器人應用于美國坎頓（Canton）的福特汽車生產(chǎn)廠。1969年，通用汽車企業(yè)在其洛茲敦（Lordstown）裝置廠安裝了首臺點焊機器人。Unimation機器人大大提高了生產(chǎn)率，90％以上的車身焊接作業(yè)可經(jīng)過機器人來自動完成。只有20%－40%的傳統(tǒng)生產(chǎn)廠的焊接工作由人工完成。1969年，挪威Trallfa企業(yè)供應了第一個商業(yè)化應用的噴漆機器人。在1967年挪威勞動力短缺時期曾使用機器人來噴涂獨輪手推車wheelbarrows），第一款商用噴漆機器人就由此發(fā)展而來。1969年，Unimation企業(yè)的工業(yè)機器人進入日本市場。Unimation企業(yè)與日本川崎重工（KawasakiHeavyIndustries）簽訂同意協(xié)議，生產(chǎn)Unimate機器人專供亞洲市場銷售。川崎把開發(fā)和生產(chǎn)能節(jié)約勞動力的機器人和系統(tǒng)作為一項重要任務來完成，成為日本在工業(yè)機器人領域的前驅。1969年，川崎重工企業(yè)成功開發(fā)了Kawasaki-Unimate2000機器人，這是日本生產(chǎn)的第一臺工業(yè)機器人。1970年，在美國芝加哥舉行第一屆美國工業(yè)機器人商議會。一年今后，該商議會升級為國際工業(yè)機器人商議會（InternationalSymposiumonIndustrialRobots，ISIR）。舉行國際工業(yè)機器人商議會的目的是給在機器人領域的世界各地的研究人員和工程師供應一個機遇以顯現(xiàn)他們的作品，并分享自己的想法。1997年，該商議會更名為國際機器人商議會（InternationalSymposiumonRobotics，ISR），其中包括服務機器人的技術。目前，國際機器人商議會ISR）連續(xù)睜開相關機器人的全部科學、技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的會議議題。商議會的主要目的是加強學術界和產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)系。此刻的ISR配合國際機器人展每年舉辦一次，由美國、歐洲或亞洲的某個國家機器人協(xié)會主辦。1973年，第一臺機電驅動的6軸機器人面世。德國庫卡企業(yè)（KUKA）將其使用的Unimate機器人研發(fā)改造成其第一臺產(chǎn)業(yè)機器人，命名為Famulus，這是世界上第一臺機電驅動的6軸機器人。1973年，日今天立企業(yè)Hitachi）開發(fā)出為混凝土樁行業(yè)使用的自動螺栓連接機器人。這是第一臺安裝有動向視覺傳感器的工業(yè)機器人。它在搬動的同時可以認識澆鑄模具上螺栓的地址，并且和澆鑄模具的搬動同步，完成螺栓擰緊和擰松工作。1974年，第一臺小型計算機控制的工業(yè)機器人走向市場。1974年，美國辛辛那提米拉克龍（CincinnatiMilacron）企業(yè)的理查德·霍恩（RichardHohn）開發(fā)出第一臺由小型計算機控制的工業(yè)機器人，命名為T3，即“TheTomorrowTool”。這是世界上第一次機器人和小型計算機的攜手合作。1971年，日本機器人協(xié)會（JapaneseRobotAssociation）成立。這是世界上第一個國家機器人協(xié)會。日本機器人協(xié)會最初是一個非官方的自覺組織，以展動工業(yè)機器人會商會的形式成立。1972年，工業(yè)機器人會商會更名為日本工業(yè)機器人協(xié)會（JapanIndustrialRobotAssociation，JIRA），1973年正式注冊成立。1994年改為現(xiàn)名――日本機器人協(xié)會（JapaneseRobotAssociation，JARA）。日本工業(yè)機器人協(xié)會更名為日本機器人協(xié)會，是由于機器人領域的重要進展以致了對機器人需求的多樣化，機器人由制造業(yè)擴展到非制造業(yè)，比方，核電站、醫(yī)療服務及福利事業(yè)，民用工程及建筑業(yè)以及海洋事業(yè)等方面。1974年，第一臺弧焊機器人在日本投入運行。日本川崎重工企業(yè)將用于制造川崎摩托車框架的Unimate點焊機器人改造成弧焊機器人。同年，川崎還開發(fā)了世界上首款帶精美插入控制功能的機器人，命名為“Hi-T-Hand”，該機器人還具備觸摸和力學感覺功能。這款機器人手段靈便并帶有力反響控制系統(tǒng)，所以它可以插入一個約微米縫隙的機械零件。1974年，瑞典通用電機企業(yè)ASEA，ABB企業(yè)的前身）開發(fā)出生界上第一臺全電力驅動、由微辦理器控制的工業(yè)機器人IRB6。IRB6主要應用于工件的取放和物料的搬運，首臺IRB6運行于瑞典南部的一家小型機械工程企業(yè)。IRB6采用仿人化設計，其手臂動作模擬人類的手臂，載重6公斤載荷，5軸。IRB6的S1控制器是第一個使用英特爾8位微辦理器，內(nèi)存容量為16KB?？刂破饔?6個數(shù)字I/O接口，經(jīng)過16個按鍵編程，并擁有四位數(shù)的LED顯示屏。1975年，Olivetti企業(yè)開發(fā)出直角坐標機器人“西格瑪（SIGMA）”，它是一個應用于組裝領域的工業(yè)機器人，在意大利的一家組裝廠安裝運行。1977年，首屆恩格柏格Engelberger）機器人獎宣布。恩格柏格機器人獎是世界上最負盛名的機器人榮譽。該獎項授給那些在機器人產(chǎn)業(yè)的技術開發(fā)、應用領域作出優(yōu)異貢獻的個人。每位獲獎者獲得一筆酬金和帶有下面題詞的紀念章，“在為人類服務的機器人科學的進步做出貢獻?！倍鞲癜馗駲C器人獎每年由機器人工業(yè)協(xié)會（RoboticIndustriesAssociation，RIA）授予給世界各地在機器人領域作出優(yōu)異貢獻的個人。自1977年首屆恩格柏格機器人獎宣布以來，到此刻該獎項已授給世界上17個不同國家的114名優(yōu)異個人。1978年，美國Unimation公司推出通用工業(yè)機器人ProgrammableUniversalMachineforAssembly，PUMA），應用于通用汽車裝置線，這標志住工業(yè)機器人技術已經(jīng)完好成熟。PUMA到此刻依舊工作在工廠第一線。1978年，日本山梨大學（UniversityofYamanashi）的牧野洋（HiroshiMakino）發(fā)了然選擇適應性裝置機器手臂（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，SCARA）。SCARA機器人擁有四個軸和四個運動自由度（包括X、Y、Z方向的平動自由度和繞Z軸的轉動自由度）。SCARA系統(tǒng)在x、y方向上擁有聽從性，而在Z軸方向擁有優(yōu)異的剛度，此特性特別適合于裝置工作。SCARA的另一個特點是其串接的兩桿結構，近似人的手臂，可以伸進有限空間中作業(yè)爾后回收，適合于搬動和取放物件，如集成電路板等。1978年，德國徠斯（Reis）機器人企業(yè)開發(fā)了首款擁有獨立控制系統(tǒng)的六軸機器人RE15。RE15機器人首次在德國杜塞爾多夫（Duesseldorf）舉辦的國際鑄造貿(mào)易博覽會（GIFA）上顯現(xiàn)。智能機器人技術發(fā)展階段1979年，日本不二越株式會社（Nachi）研制出第一臺電機驅動的機器人。這臺電機驅動的點焊機器人首創(chuàng)了電力驅動機器人的新紀元，今后告別液壓驅動機器人時代。1981年，美國卡內(nèi)基－梅隆大學的TakeoKanade設計開發(fā)出世界上第一個直接驅動機器人手臂（DirectDriveRoboticArms）。直接驅動機器人手臂在當時是設計最好的機械臂，由于它免去了電機和負荷之間的傳輸機械機構，所以不會出現(xiàn)由于使用減速器和鉸鏈而產(chǎn)生的不圓滑運動，機械手臂可以自由、平穩(wěn)地搬動，滿足機器人完成高速精美的動作。該機器人手臂的設計完成于1981年，但幾年以后才成功獲得專利。TakeoKanade于1989-1993年在卡內(nèi)基－梅隆大學任職時期，還創(chuàng)立了世界上第一個相關機器人的博士課程。1981年，美國PaRSystems公司推出第一臺龍門式工業(yè)機器人。龍門式機器人的運動范圍比基座機器人（pedestalrobots）大很多，可取代多臺機器人2010年，PaRSystems企業(yè)迎來50周年慶）。1984年，美國AdeptTechnology企業(yè)開發(fā)出第一臺直接驅動的選擇適應性裝置機器手臂（SCARA），命名為AdeptOne。直接驅動是AdeptOne機器人的最主要特點，AdeptOne的電力驅動馬達和機器手臂直接連接，省去了中間齒輪或鏈條系統(tǒng)。由于除掉了存在于傳統(tǒng)間接驅動方式中的機械縫隙摩擦及低剛度等不利因素，從而簡化精練了控制模型，提高了伺服剛度及響應速度，所以，AdeptOne機器人能顯然提高機器人合成速度及定位精度。1985年，德國庫卡企業(yè)（KUKA）開發(fā)出一款新的Z形機器人手臂，它的設計摒棄了傳統(tǒng)的平行四邊形造型。該Z形機器人手臂可實現(xiàn)3個平移運動和3個旋轉運動共6個自由度的運動維度，可大大節(jié)約制造工廠的場所空間。1987年，國際機器人聯(lián)合會（InternationalFederationofRobotics，IFR）成立。在1987年舉辦的第17屆國際工業(yè)機器人商議會上，來自15個國家的機器人組織成立了國際機器人聯(lián)合會（IFR）。IFR是一個非營利性的專業(yè)化組織，以推動機器人領域里的研究、開發(fā)、應用和國際合作為己任，在與機器人技術相關的活動中已成為一個重要的國際組織。IFR的主要活動包括：對全世界機器人技術的使用情況進行檢查、研究和統(tǒng)計解析，供應主要數(shù)據(jù)；主辦年度國際機器人商議會；協(xié)作擬定國際標準；激勵新興機器人技術領域里的研究與開發(fā)；與其他的國家或國際組織成立聯(lián)系并開展積極合作；經(jīng)過與制造商、用戶、大學和其他相關組織的合作，促進機器人技術的應用和傳播。1992年，瑞士的Demaurex企業(yè)銷售其第一臺應用于包裝領域的三角洲機器人（Deltarobot）給羅蘭企業(yè)（Roland）。三角洲機器人是一個并聯(lián)的手臂機器人，由洛桑聯(lián)邦理工學院（洛桑聯(lián)邦理工大學）（FederalInstituteofTechnologyofLausanne，EPFL）的ReymondClavel教授發(fā)明的。三角洲機器人的基座安裝在工作平臺上，從基座延伸出3個互相連接的機器人手臂。這些機器人手臂的兩端連接到一個小三角平臺上，機器人手臂將沿X，Y或Z方向的三角平臺搬動。最初，瑞士Demaurex企業(yè)購買三角洲機器人同意證并生產(chǎn)，主要應用于包裝行業(yè)，目前三角洲機器人廣泛應用于包裝工業(yè)、醫(yī)療和制藥行業(yè)等。1998年，瑞典ABB企業(yè)開發(fā)出靈手（FlexPicke）機器人，它是當時世界上速度最快的采摘機器人。靈手（FlexPicke）是在洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）ReymondClavel教授發(fā)明的三角洲機器人的基礎上開發(fā)出來的。利用圖像技術，靈手FlexPicke）每分鐘能采摘120樣物件、能以每秒10米的速度釋放物件。1998年，瑞士Güdel企業(yè)開發(fā)出“roboLoop”系統(tǒng)，這是當時世界上唯一的弧形軌道龍門吊和傳輸系統(tǒng)。RoboLoop看法使一個或多個搬運機器人可以在一個封閉的系統(tǒng)內(nèi)沿著弧形軌道循環(huán)操作，從而為工廠自動化創(chuàng)立了可能。1999年，德國徠斯（Reis）機器人企業(yè)在機器人手臂內(nèi)引入集成激光束指導系統(tǒng)。徠斯Reis）機器人企業(yè)在機器人手臂內(nèi)安裝獲得專利的集成激光束指導系統(tǒng)并開發(fā)出RV6L-CO2激光機器人原型。該技術取代了需要外面的光束引導裝置，從而使機器人可以使用激光在高動態(tài)工況下沒有碰撞地完成操作。2004年，日本安川（Motoman）機器人企業(yè)開發(fā)了改進的機器人控制系統(tǒng)（NX100），它可以同步控制四臺機器人，可達38軸。NX100機器人控制系統(tǒng)的示教編程有觸摸屏顯示并采用基于WindowsCE的操作系統(tǒng)。2005年，機器人與自動化的發(fā)明與創(chuàng)業(yè)獎（InventionandEntrepreneurshipinRoboticsandAutomationAward，IERAAward）成立。2005年，IEEE機器人與自動化學會IEEE/RAS）和國