机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多种学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。而且，机器人应用情况是反映一个国家工业自动化水平的重要标志。本次任务的主要内容就是了解工业机器人的现状和发展趋势；通过现场参观，认识工业机器人相关企业；现场观摩或在技术人员的指导下操作ABB工业机器人，了解其基本组成。
一、工业机器人的定义及特点
1.工业机器人的定义
国际上对机器人的定义有很多。
美国机器人协会（RIA）将工业机器人定义为：“工业机器人是用来进行搬运材料、零部件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。”
日本工业机器人协会（JIRA）将工业机器人定义为：“工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的，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。”
在我国1989年的国际草案中，工业机器人被定义为：“一种自动定位控制，可重复编程、多功能的、多自由度的操作机。操作机被定义为：具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓取物体或进行其他操作的机械装置。”
国际标准化组织（ISO）曾于1984年将工业机器人定义为：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程的操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。”
2.工业机器人的特点
（1）可编程
生产自动化的进一步发展是柔性自动化。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，在控制上有计算机。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、语音功能传感器等。
（3）通用性
除了专门设计的专用的工业机器人外，一般机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。例如，更换工业机器人手部末端执行器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。
（4）机电一体化
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，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。工业机器人与自动化成套技术，集中并融合了多项学科，涉及多项技术领域，包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化及精细物流等先进制造技术，技术综合性强。
二、工业机器人的历史和发展趋势
1. 工业机器人的诞生
“机器人”（Robot）这一术语是1921年捷克著名剧作家、科幻文学家、童话寓言家卡雷尔·恰佩克首创的，它成了“机器人”的起源，此后一直沿用至今。不过，人类对于机器人的梦想却已延续数千年之久。如古希腊古罗马神话中冶炼之神用黄金打造的机械仆人、希腊神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯、犹太传说中的泥土巨人、我国西周时代能歌善舞的木偶“倡者”和三国时期诸葛亮的“木牛流马”传说等。而到了现代，人类对于机器人的向往，从机器人频繁出现在科幻小说和电影中已不难看出，科技的进步让机器人不仅停留在科幻故事里，它正一步步“潜入”人类生活的方法面面。1959年，美国发明家英格伯格与德沃尔制造了世界上第一台工业机器人Unimate，这个外形类似坦克的炮塔的机器人可实现回转、伸缩、俯仰等动作，如图1-1-1所示，它称为现代机器人的开端。之后，不同功能的工业机器人也相继出现并且活跃在不同的领域。
图1-1-1 世界上第一台工业机器人Unimate
2.工业机器人的发展现状
机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，从简单机器人到智能机器人，机器人技术的发展已取得长足进步。从近几年推出的产品来看，工业机器人技术正向智能化、模块化和系统化方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化等。
2005年，日本YASKAWA推出能够从事此前由人类完成组装及搬运作业的产业机器人MOTO
日本汽车工业协会MAN-DA20和MOTOMAN-IA20，如图1-1-2所示。DA20是一款在仿造人类上半身的构造物上配备2个6轴驱动臂型“双臂”机器人。上半身构造物本身也具有绕垂直轴旋转的关节，尺寸与“成年男性大体相同”，可直接配置在此前人类进行作业的场所。因为可实现接近人类两臂的动作及构造，因此可以稳定地搬运工件，还可以从事紧固螺母以及部件的组装和插入等作业。另外，与协调控制2个臂型机器人相比，设置面积更小。单臂负重能力为20kg，双臂可最大搬运40kg的工件。
IA20是一款通过7轴驱动再现人类肘部动作的臂型机器人。在产业机器人中也是全球首次实现7轴驱动，因此更加接近人类动作。一般来说，人类手臂具有7～8轴关节。此前的6轴机器人，可再现手臂具有3个关节，以及手腕具有的3个关节。而IA20则进一步增加了肘部具有的1个关节。这样就可以实现通过肘部折叠或伸出手臂的动作。6轴机器人由于动作上的制约，胸部成为“死区”，而7轴机器人可将胸部作为动作区域来使用，另外还可以实施绕开靠近机身障碍物的动作。
a) b)
图1-1-2 YASKAWA机器人
a) 双臂机器人MOTOMAN-DA20 b)7轴机器人MOTOMAN-IA20
2010年意大利柯马（COMAU）宣布SMART5 PAL码垛机器人研制成功，如图1-1-3所示，该机器人专为码垛作业设计，采用新的控制单元C5G和无线示教，有效载荷范围为180～260kg，作业半径3.1m，同时共享机器人家族的中空腕技术和机械配置选项；该机器人符合人体工程学，采用一流的碳纤维杆，整体轻量化设计，线速度高，能有效减少和优化时间节拍。该机器人能满足一般工业部门客户的高质量要求，主要应用在装载/卸载、多个产品拾取、堆垛和高速操作等场合。
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