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摘 要：工业机器人是世纪重大高科技成果之一，机器人产品已在社会的许多领域得到广泛应用，为提高世界工业自动化水平发挥了重要作用。研究工业机器人的作用和应用状况，分析其发展趋势，将有助于更好地发展我国的机器人产业。
关键词：工业机器人 应用及其作用 发展前景
0. 引言
世界上机器人工业萌芽于50年代的美国，经过50余年的发展，已被不断地应于人类社会很多领域，正如计算机技术一样，机器人技术正在日益改变着我们的生产方式，以至今后的生活方式（比尔.盖茨在微软创立30年时向世界预言：机器人将与个人电脑一样迈入家家户户，彻底改变人类的生活方式）。因此，我们有必要以极大的兴趣关注它的发展，研究它的未来，迎接它给我们带来的机遇。
1. 工业机器人的发展历程
第一代：60年代初，美国Unination公司成功研制第一台数控机械手，它是具有记忆存储能力的示教再现式机器人，，1962年美国AMF公司推出的“VERSATRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”是机器人产品最早的实用机型（示教再现）。
第二代：70年代，出现了具有感觉传感器的机器人，具有一定的自适应能力
第三代：80年代，具有智能功能的机器人，具有灵活的思维功能。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展（信息与网络化）。
2 .工业机器人的应用
经过近几十年的发展，机器人已初步形成了一个近百万人的“王国”，机器人发展迅速种类繁多，国际上依据其技术特点和规模大小的不同，对它们进行了分类。1990年在工业机器人国际标准大会上把机器人分为四类：（1）顺序型；很多固定作业的装配机械手都属于此类。（2）沿轨道作业型。这类机器人能执行受控过程。（3）远距离作业型。这类机器人可接受遥控，对操作者的行为反应可通过编程实现。（4）适应型或者智能型。它们具有感知、适应或学习功能。
2.1.弧焊机器人应用实例
弧焊机器人在我国已应用在汽车、自行车、汽车千斤顶等大批量机械产品的自动焊接生产中。1989年天津自行车二厂采用国产机器人焊接自行车前三角架，提高了产品质量，并获得了显著的社会、经济效益。
2.1.1. 系统组成
GJR-Gl弧焊机器人及控制系统、双工位回转工作台及夹具、焊接设备及其他附属设备，见图1。
GRJ-G1弧焊机器人的技术参数（见表1）。
双人技术参数工位回转工作台，可手动操作回转180°。中间加隔板，工人在一边上、下料，另一边由机器人施焊。气动定位锁紧。回转夹具出现误动作时，机器人不动作，以保安全。
2.1.2.工件（见图2）
图2男、女自行车前三角架结构形式
2.1.3.焊接工艺要点1） 注意焊枪起弧后快速移到起焊点并延时，以防虚焊；熄弧时逐渐减小电流至零。2） 焊接电压采用DC16—44V，焊接电流采用DC60～400A；焊接速度为5～20mm/s；混合气体比例（体积分数）C02：Ar为1：4。
2.1.4.经济效益
表 2 采用弧焊机器人后的效益
2.1.4.1. 废除了旧的采用管接头连接的盐浴钎焊工艺，采用机器人对三角架接头处进行直接焊接，大大节约了金属材料及工时，见表2。
2.1.4.2. 提高了产品质量，产品一次合格率由过去的93%上升到99%。
2.1.4.3.根据表，如果按该厂年产40万辆自行车计算，则可节约原材料约1500t，每年节约工时32人年。
2.1.4.4. 由于省掉了盐浴炉钎焊，大大降低了能耗，减轻了工人的劳动强度；同时由于回转工作台装有遮光板，上方有固定风道，改善了工人的劳动环境。
2.1.4.5. 以往产品更新需要一年时间，现在两个月即可推出一种新车型，增强了产品竞争能力。
2.2.压铸机器人应用实例
压铸机器人是在恶劣环境下24h代替人工操作的极好的例子。目前用于压铸的机器人大多是通用型机器人，专门用于自动压铸系统的机器人为数极少，ALMART系列机器人是其中具有代表性的一种，该系列自70年代推出，至90年代已开发出三代型号，用于80、125、150、250t压铸机，进行汽车零件等的压铸生产。一般来说，引入压铸机器人的条件至少包括以下各项：
2.2.1.力求将自动浇注机、压铸机、机器人、切边压力机、堆垛装置连成一系统。
2.2.2.要有足够的工作空间，既不影响机器人的动作，又不妨碍更换金属模的作业。
2.2.3. 机器人及系统选择要满足生产节拍的要求。
2.2.4.除特殊需求外，夹持器应尽量通用化并具有适当强度（以防搬运中工件脱落变形）。
2.2.5.具有检测工件的手段。
2.2.6. 具有一定的安全保证措施。
作业系统的平面布置与构成应随不同的生产要求而定。作为压铸机器人应用一例。
使用压铸机器人，可得到如下效益：
2.2.6.1.保证产品质量均匀稳定。
2.2.6.2. 集约化生产，有效利用时间，缩短了作业周期，劳动生产率提高了50%。
2.2.6.3. 实现了多品种、少批量的柔性化生产。
2.2.6.4. 一人可同时管理多台压铸机，节省劳力达6倍以上。
2.2.6.5.不必熟练操作工，节省培训费用。
2.2.6.6.把操作者从多尘、易被烧伤的恶劣环境中解放出来。 2.3.装配机器人应用实例
2.3.1.用机器人装配电子印制电路板（PCB）日本日立公司的一条PCB装配线，装备了各型机器人共计56台。可灵活地对插座、可调电阻、IFI线圈、DIP-IC芯片和轴向、径向元件等多种不同品种的电子元器件进行PCB插装。各类PCB的自动插装率达85%，插装线的节拍为6s。该线具有自动卡具调整系统和检测系统，机器人组成的单元式插装工位既可适应工作节拍和精度的要求，又使得装配线的设备利用率高，装配线装配工艺的组织可灵活地适应各种变化的要求。
2.3.2.用机器人装配计算机硬盘
用两台SCARA型装配机器人装配计算机硬盘的系统如图3所示。
它具有一条传送线、两个装配工件供应单元（一个单元供应A～E五种部件；另一个单元供应螺钉）。
传送线上的传送平台是装配作业的基台。一台机器人负责把A～E五个部件按装配位置互相装好，另一台机器人配有拧螺钉手爪，专管把螺钉按一定力矩要求安装到工件上。全部系统是在超净间安装工作的。
3 .结语
工业机器人有着广泛的应用前景，机器人就是任何高级的自动机械，机器人正向着“小而有力”的方向迅速发展。
当今机器人技术正逐渐向着具有行走能力、多种感觉能力以及对作业环境的较强自适应能力的方面发展。各种类型具有视觉、触觉、高灵巧手指、能行走的智能机器人相继出现，开始用于精密装配、核工业、宇航和深海开发、各种恶劣环境和农业部门，并出现了多传感器融合、具有一定语言能力的机器人。机器人的应用领域将覆盖到下表所示的范围。
3.1.导盲机器人
又称导盲犬，感觉器能不断地检测路标，以确定自己的路线，电脑可根据盲人想走的路线将这些信息与预先存储的街道地图相比较，给出控制信号，指挥行走装置向前行走，并不断进行修正。盲人和导盲犬之间还可以交流，导盲犬会按照主人的命令通过路口，遇到障碍物时，会及时提醒主人注意安全。
3.2.供人娱乐的机器人
韩国推出了会踢足球的一对机器人“ICO和GICO”，与普通的玩具机器人不同，装有可以变换程序的微处理器。它们内置足球游戏的程序，可由两个人通过无线电进行操作。此外，如果把它们连接到个人电脑上并变换程序，还可使他们进行沿着指定的路线行走、互相摔跤、跳舞等各种游戏图6
3.3.机器人医生
麻醉，建立先进的闭式体外循环，在胸部打两个小孔，机械手伸了进来，
“握”住了进入人体内的小摄像头。切口，开始做手术。这种名叫“利萨”的机器手为近30位病人做过手术。“利萨”在手术中负责“抓”着摄像头，“听”着大夫发出的“上、下、左、右移动……”的指令，用电脑进行声控，使他通过电脑显示屏，看清楚手术的视野，以便操作。
3.4.工业机器人佣工
去年，富士康公布了惊人的机器人计划。表示打算在未来三年增加1百万个机器人装配线。一百万个机器人是什么概念，相当于目前现有工业机器人的数量的两倍。不过仍有许多不确定因素，包括他们是否可以保持产量。可以肯定的是，市场对灵活、高效、安全的工业机器人存在一个巨大的需求，新一代工业机器人将更加灵巧和便宜。工业机器人大范围应用将开启一个新时代。
3.5.智能设备机器人
机器人可以由传感器、处理器、显示设备、网络等元素组成。智能手机和平板电脑似乎具备了这些特性。iRobot公司已经开发出一个叫Ava的远程机器人，可以在平板电脑上使用。再比如，两个西雅图的工程师从募捐网站Kickstarter拿到10万美元并迅速开发出一个可爱智能手机供电机器人Romo。这两个例子代表着一种趋势，移动设备领域上的机器人开发潜力巨大。苹果的iOS和谷歌的Android兴起了前所未有的创新浪潮。其结果将是有更多的机器人，从移动实验室进入市场。在手机越来越多的智慧，像苹果公司的语音助手Siri，将影响今年的机器人玩具和研究，由于智能设备加入，机器人会变得更聪明。
参考文献：
[1] 周远清，张再兴，等编著.智能机器人系统[M].1版.北
京：清华大学出版社，1989.
[2] 龚振邦，陈振华，钱晋武，等编著.机器人机械设计[M].1
版.北京：电子工业出版社，1995
[3] 曾家驹. 机械制造技术（机械手与工业机器人147～149） . 北京：机械工业出版社， 2000
[4] 余达太，马香峰. 工业机器人应用工程（工业机器人丛书，其它：《工业机器人系统理论与设计》，《工业机器人的操作机构设计》）， 北京：冶金工业出版社，2001
[5] 张建民等. 机电一体化系统设计，第8章（8.1节）工业机器人（284～295）. 北京：高等教育出版社，2001，第2版
[6] 杨平等. 机械电子工程设计，第六章（工业机器人167～184）. 北京：国防工业出版社，2001
[7] 柳洪义，宋伟刚 .机器人技术基础，北京：冶金工业出版社，2002
[8] 大熊 繁（日）. 机器人控制. 北京：科学出版社，2002
[9] 谢存禧，张铁.机器人技术及其应用（高等学校机械电子工程规划教材）. 北京：机械工业出版社， 2005
[10] 宾鸿赞，王润孝.先进制造技术（第四章工业机器人225～240）. 北京：高等教育出版社，2006
作者简介：
孙加林（1990-），男，汉族，本科生，北京信息科技大学机电工程学院，主修方向机电一体化等；
苏超（1990-）男，汉族，本科生，北京信息科技大学机电工程学院，主修机械设计制造及其自动化；
李俊韬（1994-），男，汉族，本科生，北京信息科技大学机电工程学院，主修方向机械设计等。
关键词：工业机器人 应用及其作用 发展前景
0. 引言
世界上机器人工业萌芽于50年代的美国，经过50余年的发展，已被不断地应于人类社会很多领域，正如计算机技术一样，机器人技术正在日益改变着我们的生产方式，以至今后的生活方式（比尔.盖茨在微软创立30年时向世界预言：机器人将与个人电脑一样迈入家家户户，彻底改变人类的生活方式）。因此，我们有必要以极大的兴趣关注它的发展，研究它的未来，迎接它给我们带来的机遇。
1. 工业机器人的发展历程
第一代：60年代初，美国Unination公司成功研制第一台数控机械手，它是具有记忆存储能力的示教再现式机器人，，1962年美国AMF公司推出的“VERSATRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”是机器人产品最早的实用机型（示教再现）。
第二代：70年代，出现了具有感觉传感器的机器人，具有一定的自适应能力
第三代：80年代，具有智能功能的机器人，具有灵活的思维功能。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展（信息与网络化）。
2 .工业机器人的应用
经过近几十年的发展，机器人已初步形成了一个近百万人的“王国”，机器人发展迅速种类繁多，国际上依据其技术特点和规模大小的不同，对它们进行了分类。1990年在工业机器人国际标准大会上把机器人分为四类：（1）顺序型；很多固定作业的装配机械手都属于此类。（2）沿轨道作业型。这类机器人能执行受控过程。（3）远距离作业型。这类机器人可接受遥控，对操作者的行为反应可通过编程实现。（4）适应型或者智能型。它们具有感知、适应或学习功能。
2.1.弧焊机器人应用实例
弧焊机器人在我国已应用在汽车、自行车、汽车千斤顶等大批量机械产品的自动焊接生产中。1989年天津自行车二厂采用国产机器人焊接自行车前三角架，提高了产品质量，并获得了显著的社会、经济效益。
2.1.1. 系统组成
GJR-Gl弧焊机器人及控制系统、双工位回转工作台及夹具、焊接设备及其他附属设备，见图1。
GRJ-G1弧焊机器人的技术参数（见表1）。
双人技术参数工位回转工作台，可手动操作回转180°。中间加隔板，工人在一边上、下料，另一边由机器人施焊。气动定位锁紧。回转夹具出现误动作时，机器人不动作，以保安全。
2.1.2.工件（见图2）
图2男、女自行车前三角架结构形式
2.1.3.焊接工艺要点1） 注意焊枪起弧后快速移到起焊点并延时，以防虚焊；熄弧时逐渐减小电流至零。2） 焊接电压采用DC16—44V，焊接电流采用DC60～400A；焊接速度为5～20mm/s；混合气体比例（体积分数）C02：Ar为1：4。
2.1.4.经济效益
表 2 采用弧焊机器人后的效益
2.1.4.1. 废除了旧的采用管接头连接的盐浴钎焊工艺，采用机器人对三角架接头处进行直接焊接，大大节约了金属材料及工时，见表2。
2.1.4.2. 提高了产品质量，产品一次合格率由过去的93%上升到99%。
2.1.4.3.根据表，如果按该厂年产40万辆自行车计算，则可节约原材料约1500t，每年节约工时32人年。
2.1.4.4. 由于省掉了盐浴炉钎焊，大大降低了能耗，减轻了工人的劳动强度；同时由于回转工作台装有遮光板，上方有固定风道，改善了工人的劳动环境。
2.1.4.5. 以往产品更新需要一年时间，现在两个月即可推出一种新车型，增强了产品竞争能力。
2.2.压铸机器人应用实例
压铸机器人是在恶劣环境下24h代替人工操作的极好的例子。目前用于压铸的机器人大多是通用型机器人，专门用于自动压铸系统的机器人为数极少，ALMART系列机器人是其中具有代表性的一种，该系列自70年代推出，至90年代已开发出三代型号，用于80、125、150、250t压铸机，进行汽车零件等的压铸生产。一般来说，引入压铸机器人的条件至少包括以下各项：
2.2.1.力求将自动浇注机、压铸机、机器人、切边压力机、堆垛装置连成一系统。
2.2.2.要有足够的工作空间，既不影响机器人的动作，又不妨碍更换金属模的作业。
2.2.3. 机器人及系统选择要满足生产节拍的要求。
2.2.4.除特殊需求外，夹持器应尽量通用化并具有适当强度（以防搬运中工件脱落变形）。
2.2.5.具有检测工件的手段。
2.2.6. 具有一定的安全保证措施。
作业系统的平面布置与构成应随不同的生产要求而定。作为压铸机器人应用一例。
使用压铸机器人，可得到如下效益：
2.2.6.1.保证产品质量均匀稳定。
2.2.6.2. 集约化生产，有效利用时间，缩短了作业周期，劳动生产率提高了50%。
2.2.6.3. 实现了多品种、少批量的柔性化生产。
2.2.6.4. 一人可同时管理多台压铸机，节省劳力达6倍以上。
2.2.6.5.不必熟练操作工，节省培训费用。
2.2.6.6.把操作者从多尘、易被烧伤的恶劣环境中解放出来。 2.3.装配机器人应用实例
2.3.1.用机器人装配电子印制电路板（PCB）日本日立公司的一条PCB装配线，装备了各型机器人共计56台。可灵活地对插座、可调电阻、IFI线圈、DIP-IC芯片和轴向、径向元件等多种不同品种的电子元器件进行PCB插装。各类PCB的自动插装率达85%，插装线的节拍为6s。该线具有自动卡具调整系统和检测系统，机器人组成的单元式插装工位既可适应工作节拍和精度的要求，又使得装配线的设备利用率高，装配线装配工艺的组织可灵活地适应各种变化的要求。
2.3.2.用机器人装配计算机硬盘
用两台SCARA型装配机器人装配计算机硬盘的系统如图3所示。
它具有一条传送线、两个装配工件供应单元（一个单元供应A～E五种部件；另一个单元供应螺钉）。
传送线上的传送平台是装配作业的基台。一台机器人负责把A～E五个部件按装配位置互相装好，另一台机器人配有拧螺钉手爪，专管把螺钉按一定力矩要求安装到工件上。全部系统是在超净间安装工作的。
3 .结语
工业机器人有着广泛的应用前景，机器人就是任何高级的自动机械，机器人正向着“小而有力”的方向迅速发展。
当今机器人技术正逐渐向着具有行走能力、多种感觉能力以及对作业环境的较强自适应能力的方面发展。各种类型具有视觉、触觉、高灵巧手指、能行走的智能机器人相继出现，开始用于精密装配、核工业、宇航和深海开发、各种恶劣环境和农业部门，并出现了多传感器融合、具有一定语言能力的机器人。机器人的应用领域将覆盖到下表所示的范围。
3.1.导盲机器人
又称导盲犬，感觉器能不断地检测路标，以确定自己的路线，电脑可根据盲人想走的路线将这些信息与预先存储的街道地图相比较，给出控制信号，指挥行走装置向前行走，并不断进行修正。盲人和导盲犬之间还可以交流，导盲犬会按照主人的命令通过路口，遇到障碍物时，会及时提醒主人注意安全。
3.2.供人娱乐的机器人
韩国推出了会踢足球的一对机器人“ICO和GICO”，与普通的玩具机器人不同，装有可以变换程序的微处理器。它们内置足球游戏的程序，可由两个人通过无线电进行操作。此外，如果把它们连接到个人电脑上并变换程序，还可使他们进行沿着指定的路线行走、互相摔跤、跳舞等各种游戏图6
3.3.机器人医生
麻醉，建立先进的闭式体外循环，在胸部打两个小孔，机械手伸了进来，
“握”住了进入人体内的小摄像头。切口，开始做手术。这种名叫“利萨”的机器手为近30位病人做过手术。“利萨”在手术中负责“抓”着摄像头，“听”着大夫发出的“上、下、左、右移动……”的指令，用电脑进行声控，使他通过电脑显示屏，看清楚手术的视野，以便操作。
3.4.工业机器人佣工
去年，富士康公布了惊人的机器人计划。表示打算在未来三年增加1百万个机器人装配线。一百万个机器人是什么概念，相当于目前现有工业机器人的数量的两倍。不过仍有许多不确定因素，包括他们是否可以保持产量。可以肯定的是，市场对灵活、高效、安全的工业机器人存在一个巨大的需求，新一代工业机器人将更加灵巧和便宜。工业机器人大范围应用将开启一个新时代。
3.5.智能设备机器人
机器人可以由传感器、处理器、显示设备、网络等元素组成。智能手机和平板电脑似乎具备了这些特性。iRobot公司已经开发出一个叫Ava的远程机器人，可以在平板电脑上使用。再比如，两个西雅图的工程师从募捐网站Kickstarter拿到10万美元并迅速开发出一个可爱智能手机供电机器人Romo。这两个例子代表着一种趋势，移动设备领域上的机器人开发潜力巨大。苹果的iOS和谷歌的Android兴起了前所未有的创新浪潮。其结果将是有更多的机器人，从移动实验室进入市场。在手机越来越多的智慧，像苹果公司的语音助手Siri，将影响今年的机器人玩具和研究，由于智能设备加入，机器人会变得更聪明。
参考文献：
[1] 周远清，张再兴，等编著.智能机器人系统[M].1版.北
京：清华大学出版社，1989.
[2] 龚振邦，陈振华，钱晋武，等编著.机器人机械设计[M].1
版.北京：电子工业出版社，1995
[3] 曾家驹. 机械制造技术（机械手与工业机器人147～149） . 北京：机械工业出版社， 2000
[4] 余达太，马香峰. 工业机器人应用工程（工业机器人丛书，其它：《工业机器人系统理论与设计》，《工业机器人的操作机构设计》）， 北京：冶金工业出版社，2001
[5] 张建民等. 机电一体化系统设计，第8章（8.1节）工业机器人（284～295）. 北京：高等教育出版社，2001，第2版
[6] 杨平等. 机械电子工程设计，第六章（工业机器人167～184）. 北京：国防工业出版社，2001
[7] 柳洪义，宋伟刚 .机器人技术基础，北京：冶金工业出版社，2002
[8] 大熊 繁（日）. 机器人控制. 北京：科学出版社，2002
[9] 谢存禧，张铁.机器人技术及其应用（高等学校机械电子工程规划教材）. 北京：机械工业出版社， 2005
[10] 宾鸿赞，王润孝.先进制造技术（第四章工业机器人225～240）. 北京：高等教育出版社，2006
作者简介：
孙加林（1990-），男，汉族，本科生，北京信息科技大学机电工程学院，主修方向机电一体化等；
苏超（1990-）男，汉族，本科生，北京信息科技大学机电工程学院，主修机械设计制造及其自动化；
李俊韬（1994-），男，汉族，本科生，北京信息科技大学机电工程学院，主修方向机械设计等。