20世纪40年代中后期,机器人的研究和发明得到了广泛关注,50年代后美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手。这是一种加入了力觉传感的主从型控制系统,操作者凭借这些传感器获知施加力的大小,操作者可通过观察窗或闭路电视对机械手操作机进行有效监控,主从机械手系统的出现为机器人的产生及近代机器人的设计与制作奠定了基础。
1954年,美国发明家德沃尔最早提出工业机器人的概念,并申请专利。该专利要点是借助伺服技术控制机器人关节,利用手对机器人进行动作示教。
1959年,英格伯格和德沃尔设计出世界上第一台真正实用的工业机器人,名为“尤尼梅特”(Unimate),尤尼梅特机器人生产线应用如图1-4所示,英格伯格也被人们誉为“工业机器人之父”。
1982年,美国通用汽车公司在装配上为机器人装备了视觉系统,标志着第二代机器人——感知机器人问世。
1993年,全球工业机器人突破61万台,其中日本和欧洲占比92%。
图1-4 尤尼梅特机器人生产线应用
随着工业机器人的快速发展,2010年全球工业机器人突破115万台。而后德国和中国相继提出《工业4.0》战略和《中国制造2025》计划,带动和引发了新一轮的工业转型竞赛。工业机器人得到重视并列入重点发展领域。
我国的工业机器人研究开始于20世纪80年代中期,在国家的支持下,通过“七五”“八五”科技攻关,已经基本实现了从引进到自主开发的转变,促进了我国制造、勘探等行业的发展。随着我国门户的逐渐开放,国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争与冲击,虽然我国机器人的需求量逐年增加,但目前国产品牌的机器人在质量上与国外品牌仍存在差距。
目前,世界上工业机器人无论是从技术水平上还是从已装配的数量上都日趋成熟,优势集中在以日、美为代表的发达工业化国家,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。目前以日系和欧系为代表的工业机器人,如图1-5所示,形成“四大家族”:日本FANUC(发那科)、瑞士ABB、德国KUKA(库卡)、日本YASKAWA(安川),把控着高端应用市场。
图1-5 工业机器人“四大家族”
机器人的运用范围越来越广泛,即使在很多的传统工业领域中人们也在努力使机器人代替人类工作,在食品工业中的情况也是如此。人们已经开发出的食品工业机器人有包装罐头机器人、自动午餐机器人和切割牛肉机器人等,机器人在食品加工领域的应用不断深入。
近年来,伴随经济增长和货币升值,中国人力成本快速上涨。一些企业开始把目光放在“机器换人”方向上,通过自动化技术建设无人化工厂来解决当前困局。随着我国工业自动化、智能化发展加速,工业机器人的应用普及也带来了市场的急剧增长。
近年来,工业机器人应用领域已经率先从汽车、电子、视频包装等传统领域,逐渐向新能源、环保设备、高端装备、仓储物流等新兴领域加快转变;同时各地的机器人企业解决方案,也在从传统汽车及3C制造向新场景和新行业延伸,加速“机器换人”进程。
工业机器人自动化应用人才在中国全面紧缺,机器人企业也积极开展与学校之间的合作,共同推进教育事业的发展。在工业4.0时代背景下,教育面临更多非传统领域的挑战,除了通过学校课堂的授教,还可开展校企合作、通过在线教育平台视频授课等模式。