下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
1920年，捷克作家卡雷尔·恰佩克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用“机器人”一词，剧中将Robota（奴隶）意为“不知疲倦地劳动”，即剧作家笔下一种具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳力，这是最早机器人的设想，如图1-1所示。
图1-1 幻想剧中的机器人
随着机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人这一概念逐步演变为现实。在现代工业的发展过程中，机器人逐步融合了机械、电子、运动、动力、控制、传感检测、计算技术等多门学科，成为现代科技发展极为重要的组成部分。至今，机器人诞生已有几十年的时间，但仍然没有一个统一的定义。其中一个重要原因就是机器人还在不断地发展，新的机型、新的功能不断涌现，如图1-2所示为现代工业机器人在喷涂作业。
图1-2 现代工业机器人喷涂作业
随着人类社会不断向智能自动化方向发展，机器人应用研发领域也搭上了智能化时代迅猛发展的快速列车。然而机器人领域发展至今，对于机器人的定义却仍旧是百家争鸣，并没有一个统一的论断。究其根本原因是机器人还处在不断发展的阶段，新的机型和功能日新月异、层出不穷。国际上对工业机器人给出的定义不尽相同。
①美国机器人协会（RIA）提出的工业机器人定义：“工业机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，能够通过可编程程序动作来执行种种任务的多功能机械手。”
②日本工业机器人协会（JIRA）提出的工业机器人定义：“工业机器人是一种装配有记忆装置和末端执行器，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。”
③国际标准化组织（ISO）提出的工业机器人定义为：“工业机器人是一种位置可控，能够借助可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务的多轴自动多功能机械手。”
④我国国家标准GB /T 12643—2013中将工业机器人定义为一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。
以上内容均为国际上机器人领域权威机构对工业机器人的定义。工业机器人，顾名思义，是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行动作指令，并依靠自身动力和控制能力来实现各种功能。它可以通过人类指挥，按照预先设定的程序来执行某些特定的工作动作指令，现代不断发展的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的程序指令行动。
工业机器人最显著的特点有以下几个：
①可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种的具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
②拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。
③通用性。除了专门用于设计的专用工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，只需更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。
工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合，即机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能能力，这些都是微电子技术的应用，特别是与计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。
工业机器人的智能化、规模化和系统化的综合发展已经成为衡量一个国家科技制造水平的重要标志之一。在“中国制造2025”和“工业4.0”的战略指导下，工厂“机器换人”现象将更加频繁，我国工业机器人市场将进一步打开。如图1-3所示，工业机器人作为中国制造2025的第二个重点领域，在未来将要扮演重要角色。
图1-3 工业机器人在未来的重要角色
随着科技的迅速发展，各个企业之间的竞争从未停止过。为了应对日益提高的工业生产成本和激烈的行业竞争形势，越来越多的传统制造企业开始改变以往的生产经营模式，通过引进工业机器人实现生产自动化，进一步提升工业生产效率，促进产业结构的智能化调整，所以工业机器人的优势也日渐显现。以下是工业机器人的优势：
工业机器人可以帮助减少制造特定工件的操作成本，包括减少劳动力、减少物料浪费等直接成本。从间接成本来看可以节约能源和劳动力成本，通过工业机器人减少废品或返工实现单位产品的能源效益最大化。此外，工业机器人不需要人工工作场所需的环境温度和照明设备等，因此，通过使用工业机器人减少维持工作环境的能源消耗是可能的。
工业机器人是可重复的，在工件一致的情况下可以保证生产工件的固定质量。也就意味着工业级机器人可以制造相当数量的且一致性高的产品，并且保证工件的合格率。
工业机器人可以提高安全性和帮助员工改善工作环境。它们可以有效地处理一些脏的、危险的、威胁健康的以及要求苛刻的任务，例如喷涂、压力机上下料、金属工件抛光、铸件清理、处理超重负荷等。所以工业机器人的应用使得工人劳动力远离直接生产过程，从而减少员工在维持固定产量上的压力和工作环境带来的困扰。
正如上文所提到的，机器人的一致性确保固定的生产量，这也就意味着可以最大化提高机器的产量。因为工业机器人总是时刻准备着实现它们的功能，再加上工业机器人可以缩短生产周期并且24小时连续运作，提高产品的生产量和生产效率是必然的。
工业机器人本质上是非常灵活的，一旦操作被编程输入，只需数秒它就可以调用并进入运行状态。因此机器人实现生产转换非常快，极大缩短了产品下线时间。工业机器人视觉、触觉等多传感器的使用可以处理不同的产品，为批量生产提供可能性。
改善工作环境、去除最重复的或者最累人的工作可以减少工人在生产过程中的流动。如果给予工人更多的挑战、更少的重复性角色，他们就可能获得更多的成就感。这些角色也需要很高的技能水平，尤其是这些更高层次的工作还能带来更高的薪酬的时候。
如果更多的员工能留下来，那么雇用新员工的成本就会减少。这不仅包括在雇用新员工的过程中产生的直接成本，还包括培训成本和因为新员工生产效率跟不上生产的成本。
工业机器人在执行任务时不需要像操作员那么大的空间。它可以安装成各种各样的形式，比如安装到墙上或者天花板上，这样可以减少所需要的空间提升制造价值和空间使用率。
