工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷史

1.1.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展史1.1.1.1959-1978機(jī)器人技術(shù)發(fā)展階段1956年，美國(guó)發(fā)明家喬治?德沃爾（GeorgeDevol）和物理學(xué)家約瑟?英格柏格（JoeEngelberger）成立了一家名為Unimation的公司。公司名字來(lái)自于兩個(gè)單詞“Universal”和“Animation”的縮寫(xiě)。1959年，喬治·德沃爾和約瑟·英格柏格發(fā)了然世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，命名為Unimate（尤尼梅特），意思是“全能自動(dòng)”。英格伯格負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)機(jī)器人的“手”“、腳”、“身體”，即機(jī)器人的機(jī)械部分和達(dá)成操作部分；由德沃爾設(shè)計(jì)機(jī)器人的“腦筋”、“神經(jīng)系統(tǒng)”、“肌肉系統(tǒng)”，即機(jī)器人的控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置。Unimate重達(dá)兩噸，通過(guò)磁鼓上的一個(gè)程序來(lái)控制。它采納液壓履行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，基座上有一個(gè)大機(jī)械臂，大臂可繞軸在基座上轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂上又伸出一個(gè)小機(jī)械臂，它相對(duì)大臂能夠伸出或縮回。小臂頂有一個(gè)腕子，可繞小臂轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行俯仰和側(cè)搖。腕子前頭是手，即操作器。這個(gè)機(jī)器人的功能和人手臂功能相像。Unimate的精準(zhǔn)率達(dá)1/10000英寸。1961年，Unimation公司生產(chǎn)的世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)特倫頓（新澤西州首府）的通用汽車公司安裝運(yùn)轉(zhuǎn)。這臺(tái)工業(yè)機(jī)器人用于生產(chǎn)汽車的門、車窗短處、換檔旋鈕、燈具固定架，以及汽車內(nèi)部的其余硬件等。依照磁鼓上的程序指令，Unimate機(jī)器人4000磅重的手臂能夠按序次堆疊熱壓鑄金屬件。Unimate機(jī)器人成本耗費(fèi)65000美元，但unimation公司售價(jià)僅為18000美元。1962年，美國(guó)機(jī)械與鍛造公司（AmericanMachineandFoundry，AMF）制造出生界上第一臺(tái)圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，命名為Verstran（沃爾薩特蘭），意思是“全能搬動(dòng)”。1962年，AMF制造的6臺(tái)Verstran機(jī)器人應(yīng)用于美國(guó)坎頓（Canton）的福特汽車生產(chǎn)廠。1969年，通用汽車公司在其洛茲敦（Lordstown）裝置廠安裝了首臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人。Unimation機(jī)器人大大提升了生產(chǎn)率，90％以上的車身焊接作業(yè)可經(jīng)過(guò)機(jī)器人來(lái)自動(dòng)達(dá)成。只有20%－40%的傳統(tǒng)生產(chǎn)廠的焊接工作由人工達(dá)成。1969年，挪威Trallfa公司供給了第一個(gè)商業(yè)化應(yīng)用的噴漆機(jī)器人。在1967年挪威勞動(dòng)力欠缺時(shí)期曾使用機(jī)器人來(lái)噴涂獨(dú)輪手推車wheelbarrows），第一款商用噴漆機(jī)器人就由此發(fā)展而來(lái)。1969年，Unimation公司的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入日本市場(chǎng)。Unimation公司與日本川崎重工（KawasakiHeavyIndustries）簽署允許協(xié)議，生產(chǎn)Unimate機(jī)器人專供亞洲市場(chǎng)銷售。川崎把開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能節(jié)儉勞動(dòng)力的機(jī)器人和系統(tǒng)作為一項(xiàng)重要任務(wù)來(lái)達(dá)成，成為日本在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的前驅(qū)。1969年，川崎重工公司成功開(kāi)發(fā)了Kawasaki-Unimate2000機(jī)器人，這是日本生產(chǎn)的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。1970年，在美國(guó)芝加哥舉行第一屆美國(guó)工業(yè)機(jī)器人商討會(huì)。一年此后，該商討會(huì)升級(jí)為國(guó)際工業(yè)機(jī)器人商討會(huì)（InternationalSymposiumonIndustrialRobots，ISIR）。舉行國(guó)際工業(yè)機(jī)器人商討會(huì)的目的是給在機(jī)器人領(lǐng)域的世界各地的研究人員和工程師供給一個(gè)時(shí)機(jī)以展現(xiàn)他們的作品，并分享自己的想法。1997年，該商討會(huì)更名為國(guó)際機(jī)器人商討會(huì)（InternationalSymposiumonRobotics，ISR），此中包含服務(wù)機(jī)器人的技術(shù)。當(dāng)前，國(guó)際機(jī)器人商討會(huì)ISR）持續(xù)展開(kāi)有關(guān)機(jī)器人的所有科學(xué)、技術(shù)和家產(chǎn)發(fā)展的會(huì)議議題。商討會(huì)的主要目的是增強(qiáng)學(xué)術(shù)界和家產(chǎn)界的聯(lián)系。此刻的ISR配合國(guó)際機(jī)器人展每年舉辦一次，由美國(guó)、歐洲或亞洲的某個(gè)國(guó)家機(jī)器人協(xié)會(huì)主辦。1973年，第一臺(tái)機(jī)電驅(qū)動(dòng)的6軸機(jī)器人面世。德國(guó)庫(kù)卡公司（KUKA）將其使用的Unimate機(jī)器人研發(fā)改造成其第一臺(tái)家產(chǎn)機(jī)器人，命名為Famulus，這是世界上第一臺(tái)機(jī)電驅(qū)動(dòng)的6軸機(jī)器人。1973年，日今日立公司Hitachi）開(kāi)發(fā)出為混凝土樁行業(yè)使用的自動(dòng)螺栓連結(jié)機(jī)器人。這是第一臺(tái)安裝有動(dòng)向視覺(jué)傳感器的工業(yè)機(jī)器人。它在挪動(dòng)的同時(shí)能夠認(rèn)識(shí)澆鑄模具上螺栓的地點(diǎn)，而且和澆鑄模具的挪動(dòng)同步，達(dá)成螺栓擰緊和擰松工作。1974年，第一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人走向市場(chǎng)。1974年，美國(guó)辛辛那提米拉克龍（CincinnatiMilacron）公司的理查德·霍恩（RichardHohn）開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，命名為T3，即“TheTomorrowTool”。這是世界上第一次機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)的聯(lián)手合作。1971年，日本機(jī)器人協(xié)會(huì)（JapaneseRobotAssociation）成立。這是世界上第一個(gè)國(guó)家機(jī)器人協(xié)會(huì)。日本機(jī)器人協(xié)會(huì)最先是一個(gè)非官方的自覺(jué)組織，以展開(kāi)工業(yè)機(jī)器人會(huì)談會(huì)的形式成立。1972年，工業(yè)機(jī)器人會(huì)談會(huì)更名為日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JapanIndustrialRobotAssociation，JIRA），1973年正式注冊(cè)成立。1994年改為現(xiàn)名――日本機(jī)器人協(xié)會(huì)（JapaneseRobotAssociation，JARA）。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)更名為日本機(jī)器人協(xié)會(huì)，是因?yàn)闄C(jī)器人領(lǐng)域的重要進(jìn)展致使了對(duì)機(jī)器人需求的多樣化，機(jī)器人由制造業(yè)擴(kuò)展到非制造業(yè)，比如，核電站、醫(yī)療服務(wù)及福利事業(yè)，民用工程及建筑業(yè)以及大海事業(yè)等方面。1974年，第一臺(tái)弧焊機(jī)器人在日本投入運(yùn)轉(zhuǎn)。日本川崎重工公司將用于制造川崎摩托車框架的Unimate點(diǎn)焊機(jī)器人改造成弧焊機(jī)器人。同年，川崎還開(kāi)發(fā)了世界上首款帶精細(xì)插入控制功能的機(jī)器人，命名為“Hi-T-Hand”，該機(jī)器人還具備觸摸和力學(xué)感覺(jué)功能。這款機(jī)器人手段靈巧并帶有力反應(yīng)控制系統(tǒng)，所以它能夠插入一個(gè)約微米空隙的機(jī)械部件。1974年，瑞典通用電機(jī)公司ASEA，ABB公司的前身）開(kāi)發(fā)出生界上第一臺(tái)全電力驅(qū)動(dòng)、由微辦理器控制的工業(yè)機(jī)器人IRB6。IRB6主要應(yīng)用于工件的取放和物料的搬運(yùn)，首臺(tái)IRB6運(yùn)轉(zhuǎn)于瑞典南部的一家小型機(jī)械工程公司。IRB6采納仿人化設(shè)計(jì)，其手臂動(dòng)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(gè)使用英特爾8位微辦理器，內(nèi)存容量為16KB?？刂破饔?6個(gè)數(shù)字I/O接口，經(jīng)過(guò)16個(gè)按鍵編程，并擁有四位數(shù)的LED顯示屏。1975年，Olivetti公司開(kāi)發(fā)出直角坐標(biāo)機(jī)器人“西格瑪（SIGMA）”，它是一個(gè)應(yīng)用于組裝領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人，在意大利的一家組裝廠安裝運(yùn)行。1977年，首屆恩格柏格Engelberger）機(jī)器人獎(jiǎng)公布。恩格柏格機(jī)器人獎(jiǎng)是世界上最負(fù)盛名的機(jī)器人榮譽(yù)。該獎(jiǎng)項(xiàng)授給那些在機(jī)器人家產(chǎn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域作出優(yōu)秀貢獻(xiàn)的個(gè)人。每位獲獎(jiǎng)?wù)攉@取一筆酬勞和帶有下邊題辭的紀(jì)念章，“在為人類服務(wù)的機(jī)器人科學(xué)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)?！倍鞲癜馗駲C(jī)器人獎(jiǎng)每年由機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RoboticIndustriesAssociation，RIA）授與給世界各地在機(jī)器人領(lǐng)域作出優(yōu)秀貢獻(xiàn)的個(gè)人。自1977年首屆恩格柏格機(jī)器人獎(jiǎng)公布以來(lái)，到現(xiàn)在該獎(jiǎng)項(xiàng)已授給世界上17個(gè)不同國(guó)家的114名優(yōu)秀個(gè)人。1978年，美國(guó)Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人ProgrammableUniversalMachineforAssembly，PUMA），應(yīng)用于通用汽車裝置線，這標(biāo)記著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完整成熟。PUMA到現(xiàn)在仍舊工作在工廠第一線。1978年，日本山梨大學(xué)（UniversityofYamanashi）的牧野洋（HiroshiMakino）發(fā)了然選擇適應(yīng)性裝置機(jī)器手臂（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，SCARA）。SCARA機(jī)器人擁有四個(gè)軸和四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度（包含X、Y、Z方向的平動(dòng)自由度和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）。SCARA系統(tǒng)在x、y方向上擁有服從性，而在Z軸方向擁有優(yōu)秀的剛度，此特性特別合適于裝置工作。SCARA的另一個(gè)特色是其串接的兩桿構(gòu)造，近似人的手臂，能夠伸進(jìn)有限空間中作業(yè)而后回收，合適于挪動(dòng)和取放物品，如集成電路板等。1978年，德國(guó)徠斯（Reis）機(jī)器人公司開(kāi)發(fā)了首款擁有獨(dú)立控制系統(tǒng)的六軸機(jī)器人RE15。RE15機(jī)器人初次在德國(guó)杜塞爾多夫（Duesseldorf）舉辦的國(guó)際鍛造貿(mào)易展覽會(huì)（GIFA）上展現(xiàn)。1.1.2.1979-2011智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展階段1979年，日本不二越株式會(huì)社（Nachi）研制出第一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人。這臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)焊機(jī)器人創(chuàng)始了電力驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的新紀(jì)元，此后辭別液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人時(shí)代。1981年，美國(guó)卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)的TakeoKanade設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出世界上第一個(gè)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂（DirectDriveRoboticArms）。直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂在當(dāng)時(shí)是設(shè)計(jì)最好的機(jī)械臂，因?yàn)樗獬穗姍C(jī)和負(fù)荷之間的傳輸機(jī)械機(jī)構(gòu)，因此不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槭褂脺p速器和鉸鏈而產(chǎn)生的不光滑運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手臂能夠自由、安穩(wěn)地挪動(dòng)，知足機(jī)器人達(dá)成高速精細(xì)的動(dòng)作。該機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)達(dá)成于1981年，但幾年以后才成功獲取專利。TakeoKanade于1989-1993年在卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)任職時(shí)期，還創(chuàng)辦了世界上第一個(gè)有關(guān)機(jī)器人的博士課程。1981年，美國(guó)PaRSystems公司推出第一臺(tái)龍門式工業(yè)機(jī)器人。龍門式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍比基座機(jī)器人（pedestalrobots）大好多，可代替多臺(tái)機(jī)器人2010年，PaRSystems公司迎來(lái)50周年慶）。1984年，美國(guó)AdeptTechnology公司開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)的選擇適應(yīng)性裝置機(jī)器手臂（SCARA），命名為AdeptOne。直接驅(qū)動(dòng)是AdeptOne機(jī)器人的最主要特點(diǎn)，AdeptOne的電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和機(jī)器手臂直接連結(jié)，省去了中間齒輪或鏈條系統(tǒng)。因?yàn)槌チ舜嬖谟趥鹘y(tǒng)間接驅(qū)動(dòng)方式中的機(jī)械空隙摩擦及低剛度等不利要素，進(jìn)而簡(jiǎn)化精練了控制模型，提升了伺服剛度及響應(yīng)速度，所以，AdeptOne機(jī)器人能明顯提升機(jī)器人合成速度及定位精度。1985年，德國(guó)庫(kù)卡公司（KUKA）開(kāi)發(fā)出一款新的Z形機(jī)器人手臂，它的設(shè)計(jì)摒棄了傳統(tǒng)的平行四邊形造型。該Z形機(jī)器人手臂可實(shí)現(xiàn)3個(gè)平移運(yùn)動(dòng)和3個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)共6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)維度，可大大節(jié)儉制造工廠的場(chǎng)所空間。1987年，國(guó)際機(jī)器人結(jié)合會(huì)（InternationalFederationofRobotics，IFR）成立。在1987年舉辦的第17屆國(guó)際工業(yè)機(jī)器人商討會(huì)上，來(lái)自15個(gè)國(guó)家的機(jī)器人組織成立了國(guó)際機(jī)器人結(jié)合會(huì)（IFR）。IFR是一個(gè)非營(yíng)利性的專業(yè)化組織，以推進(jìn)機(jī)器人領(lǐng)域里的研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用和國(guó)際合作為己任，在與機(jī)器人技術(shù)有關(guān)的活動(dòng)中已成為一個(gè)重要的國(guó)際組織。IFR的主要活動(dòng)包含：對(duì)全球機(jī)器人技術(shù)的使用狀況進(jìn)行檢查、研究和統(tǒng)計(jì)剖析，供給主要數(shù)據(jù)；主辦年度國(guó)際機(jī)器人商討會(huì)；協(xié)作擬訂國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；鼓舞新興機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域里的研究與開(kāi)發(fā)；與其余的國(guó)家或國(guó)際組織成立聯(lián)系并開(kāi)展踴躍合作；經(jīng)過(guò)與制造商、用戶、大學(xué)和其余有關(guān)組織的合作，促使機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用和傳播。1992年，瑞士的Demaurex公司銷售其第一臺(tái)應(yīng)用于包裝領(lǐng)域的三角洲機(jī)器人（Deltarobot）給羅蘭公司（Roland）。三角洲機(jī)器人是一個(gè)并聯(lián)的手臂機(jī)器人，由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)）（FederalInstituteofTechnologyofLausanne，EPFL）的ReymondClavel教授發(fā)明的。三角洲機(jī)器人的基座安裝在工作平臺(tái)上，從基座延長(zhǎng)出3個(gè)相互連結(jié)的機(jī)器人手臂。這些機(jī)器人手臂的兩頭連結(jié)到一個(gè)小三角平臺(tái)上，機(jī)器人手臂將沿X，Y或Z方向的三角平臺(tái)挪動(dòng)。最先，瑞士Demaurex公司購(gòu)置三角洲機(jī)器人允許證并生產(chǎn)，主要應(yīng)用于包裝行業(yè)，當(dāng)前三角洲機(jī)器人寬泛應(yīng)用于包裝工業(yè)、醫(yī)療和制藥行業(yè)等。1998年，瑞典ABB公司開(kāi)發(fā)出靈手（FlexPicke）機(jī)器人，它是當(dāng)時(shí)世界上速度最快的采摘機(jī)器人。靈手（FlexPicke）是在洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）ReymondClavel教授發(fā)明的三角洲機(jī)器人的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。利用圖像技術(shù)，靈手FlexPicke）每分鐘能采摘120樣物品、能以每秒10米的速度開(kāi)釋物品。1998年，瑞士Güdel公司開(kāi)發(fā)出“roboLoop”系統(tǒng)，這是當(dāng)時(shí)世界上獨(dú)一的弧形軌道龍門吊和傳輸系統(tǒng)。RoboLoop觀點(diǎn)使一個(gè)或多個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人能夠在一個(gè)關(guān)閉的系統(tǒng)內(nèi)沿著弧形軌道循環(huán)操作，進(jìn)而為工廠自動(dòng)化創(chuàng)建了可能。1999年，德國(guó)徠斯（Reis）機(jī)器人公司在機(jī)器人手臂內(nèi)引入集成激光束指導(dǎo)系統(tǒng)。徠斯Reis）機(jī)器人公司在機(jī)器人手臂內(nèi)安裝獲取專利的集成激光束指導(dǎo)系統(tǒng)并開(kāi)發(fā)出RV6L-CO2激光機(jī)器人原型。該技術(shù)代替了需要外面的光束指引裝置，進(jìn)而使機(jī)器人能夠使用激光在高動(dòng)態(tài)工況下沒(méi)有碰撞地達(dá)成操作。2004年，日本安川（Motoman）機(jī)器人公司開(kāi)發(fā)了改良的機(jī)器人控制系統(tǒng)（NX100），它能夠同步控制四臺(tái)機(jī)器人，可達(dá)38軸。NX100機(jī)器人控制系統(tǒng)的示教編程有觸摸屏顯示并采納鑒于WindowsCE的操作系統(tǒng)。2005年，機(jī)器人與自動(dòng)化的發(fā)明與創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)（InventionandEntrepreneurshipinRoboticsandAutomationAward，IERAAward）建立。2005年，IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化學(xué)會(huì)IEEE/RAS