1.3 工业机器人的应用

1.3.1 技术发展与产品应用

1.技术发展简史

工业机器人自1959年问世以来，经过60多年的发展，在性能和用途等方面都有了很大的变化，现代工业机器人的结构越来越合理、控制越来越先进、功能越来越强大、应用越来越广泛。世界工业机器人的简要发展历程、重大事件和重要产品研制的简况如下。

1959年：约瑟夫·恩盖尔柏格利用乔治·德沃尔的专利技术，研制出了世界上第一台真正意义上的工业机器人Unimate。该机器人具有水平回转、上下摆动和手臂伸缩3个自由度，可用于点对点搬运。

1961年：美国通用汽车公司首次将Unimate工业机器人应用于生产线，机器人承担了压铸件叠放等部分工序。

1968年：美国斯坦福大学研制出了首台具有感知功能的第二代机器人Shakey。同年， Unimation公司将机器人的制造技术转让给了日本川崎公司，日本开始研制、生产机器人。次年，瑞典的阿西亚公司（ASEA，现为ABB集团）研制了首台喷涂机器人，并在挪威投入使用。

1972年：日本川崎公司研制出了日本首台工业机器人“Kawasaki-Unimate2000”。次年，日本日立（HITACHI）公司研制出了世界首台装备有动态视觉传感器的工业机器人；而德国库卡公司则研制出了全世界首台6轴工业机器人Famulus。

1974年：美国辛辛那提·米拉克隆（Cincinnati Milacron，著名的数控机床生产企业）公司研制出了首台微机控制的商用工业机器人Tomorrow Tool（T3）；瑞典阿西亚公司研制出了全世界首台微机控制、全电气驱动的5轴涂装机器人IRB6；全球最著名的计算机数控（CNC）系统生产商、日本发那科公司（FANUC）开始研发、制造工业机器人。

1977年：日本安川（YASKAWA）公司开始工业机器人的研发和生产，并研制出了日本首台采用全电气驱动的机器人MOTOMAN-L10（MOTOMAN 1号）。次年，美国Unimate公司和通用汽车公司联合研制出了用于汽车生产线的垂直串联型（Vertical Series）可编程通用装配操作人Programmable Universal Manipulator for Assembly（PUMA）；日本山梨大学研制出了水平串联型（Horizontal Series）自动选料、装配机器人Selective Compliance Assembly Robot Arm（SCARA）；德国徕斯公司研制出了全世界首台具有独立控制系统、用于压铸生产线的工件装卸的6轴机器人RE15。

1983年：日本DAIHEN公司（大阪变压器集团Osaka Transformer Co.,Ltd所属，国内称OTC或欧希地）公司研发了全世界首台具有示教编程功能的焊接机器人。次年，美国娴熟技术（Adept Technology）公司研制出了全世界首台电动机直接驱动、无传动齿轮和铰链的SCARA机器人Adept One。

1985年：德国库卡公司研制出了全世界首台具有3个平移自由度和3个转动自由度的Z型六自由度机器人。

1992年：瑞士Demaurex公司研制出了全世界首台采用3轴并联结构（Parallel）的包装机器人Delta。

2005年：日本安川公司推出了新一代、双腕7轴工业机器人。次年，意大利柯马（COMAU，菲亚特成员、著名的数控机床生产企业）公司推出了首款Wi TP无线示教器。

2008年：日本发那科公司、安川公司的工业机器人累计销量相继突破20万台，成为全球工业机器人累计销量最大的企业。次年，ABB公司研制出了全球精度最高、速度最快的6轴小型机器人IRB 120。

2013 年：谷歌公司开始大规模并购机器人公司，至今已相继并购了波士顿动力（Autofuss、Boston Dynamics）、Bot & Dolly、Deep Mind（英）、Holomni、Industrial Perception、Meka、Redwood Robotics、Schaft（日）、Nest Labs、Spree、Savioke等多家公司。

2014年：ABB公司研制出了全世界首台真正实现人机协作的机器人Yu Mi。同年，德国徕斯公司并入库卡公司。

2.典型应用

根据国际机器人联合会等部门的最新统计，当前工业机器人的应用行业分布情况大致如图1.3-1所示。其中，汽车制造业、电子电气工业、金属制品及加工业是目前工业机器人的主要应用领域。

汽车及汽车零部件制造业历来是工业机器人用量最大的行业，其使用量长期保持在工业机器人总量的40%以上，使用的产品以加工、装配类机器人为主，是焊接、研磨、抛光及装配、涂装机器人的主要应用领域。

电子电气（包括计算机、通信、家电、仪器仪表等）是工业机器人应用的另一个主要行业，其使用量也保持在工业机器人总量的20%以上，使用的主要产品为装配、包装类机器人。

金属制品及加工业的机器人用量占工业机器人总量的10%左右，使用的产品主要为搬运类的输送机器人和装卸机器人。

建筑、化工、橡胶、塑料以及食品、饮料、药品等其他行业的机器人用量都在工业机器人总量的10%以下，橡胶、塑料、化工、建筑行业使用的机器人种类较多；食品、饮料、药品行业使用的机器人通常以加工、包装类为主。

1.3.2 主要生产企业

目前，全球工业机器人的主要生产厂家主要有日本的发那科、安川、川崎、不二越（NACHI）、DAIHEN、松下，瑞士和瑞典的ABB，德国库卡、徕斯，意大利的柯马，奥地利的艾捷默（IGM），韩国的现代（HYUDAI）等。其中，FANUC、YASKAWA、ABB、KUKA是当前工业机器人研发、生产的代表性企业；KAWASAKI、NACHI公司是全球最早从事工业机器人研发生产的企业；DAIHEN的焊接机器人是国际名牌，以上企业的产品在我国的应用最为广泛。

以上企业从事工业机器人研发的时间，基本可分为图1.3-2所示的20世纪60年代末、70年代中、70年代末3个时期。

根据从事工业机器人研发的时间顺序，以上主要生产企业以及与工业机器人相关的主要产品研发情况简介如下。

1.川崎

川崎公司成立于1878年，是具有悠久历史的日本著名大型企业集团，集团公司以川崎重工业株式会社为核心，下辖有车辆、航空宇宙、燃气轮机、机械、通用机、船舶等公司和部门以及上百家分公司和企业。川崎公司的业务范围涵盖航空、航天、军事、电力、铁路、造船、工程机械、钢结构、发动机、摩托车、机器人等众多领域，其产品代表了日本科技的先进水平。

川崎公司的主营业务实际上以大型装备为主，其产品包括飞机（特别是直升飞机）、坦克、桥梁、电气机车及火力发电、金属冶炼设备等。日本第一台蒸汽机车、新干线的电气机车等大都由川崎公司制造，显示了该公司在装备制造业的强劲实力。川崎也是日本仅次于三菱重工的著名军工企业，是日本自卫队飞机和潜艇的主要生产商。日本第一艘潜艇、“榛名”号战列舰、“加贺”号航空母舰、“飞燕”战斗机、“五式”战斗机、“一式”运输机等军用产品也都由川崎公司参与建造。此外，川崎公司也是世界著名的摩托车和体育运动器材生产厂家。川崎公司的摩托车产品主要为运动车、赛车、越野赛车、美式车及四轮全地形摩托车等高档车，它是世界首家批量生产DOHC并列四缸式发动机摩托车的厂家，所生产的中量级摩托车曾连续四年获得世界冠军。川崎公司所生产的羽毛球拍是世界两大品牌之一，此外，其球鞋、服装等体育运动产品也很有名。

川崎公司的工业机器人研发始于1968年，是日本最早研发、生产工业机器人的著名企业，曾研制出了日本首台工业机器人“川崎-Unimation2000”和全球首台用于摩托车车身焊接的弧焊机器人等标志性产品，在焊接机器人技术方面居世界领先水平。

2.ABB

Asea Brown Boveri（ABB）集团公司是由原总部位于瑞典的阿西亚和总部位于瑞士的布朗勃法瑞（Brown.Boveri & Co., Ltd，BBC）两个具有百年历史的著名电气公司于1988年合并而成的。ABB的集团总部位于瑞士苏黎世，低压交流传动研发中心位于芬兰赫尔辛基；中压交流传动研发中心位于瑞士；直流传动及传统低压电器等产品的研发中心位于德国法兰克福。

在组建ABB集团公司前，ASEA公司和BBC公司都是全球著名的电力和自动化技术设备大型生产企业。

ASEA公司成立于1890年。1942年，研发制造了世界首台120MVA/220k V变压器；1954年，建造了世界首条100k V高压直流输电线路等重大产品和工程；1969年，ASEA公司研发出了全球第一台喷涂机器人，开始进入工业机器人的研发制造领域。

BBC公司成立于 1891年，同年成为全球首家高压输电设备生产供应商；1901年，研发制造了欧洲首台蒸汽涡轮机等重大产品。BBC还是著名的低压电器和电气传动设备生产企业，其产品遍及工商业、民用建筑配电、各类自动化设备和大型基础设施工程。

组建后的ABB公司业务范围更广，它是世界电力和自动化技术领域的领导厂商之一。ABB公司负责建造了我国第一艘采用电力推进装置的科学考察船、第一座自主设计的半潜式钻井平台、第一条全自动重型卡车冲压生产线等重大装备，并参与了四川锦屏至苏南的2090km、7200MW/800k V输电线路（世界最长、容量最大的特高压直流输电线路），武广高铁（中国第一条高速铁路，全长1068km、设计时速达350km/h），江苏如东海上风电基地（中国最大的海上风电基地），上海罗泾港码头（中国第一座全自动散货码头），江苏沙钢集团（全球最先进、高效的轧钢厂）等重大工程建设。

ABB公司的工业机器人研发始于1969年的瑞典ASEA公司，它是全球最早从事工业机器人研发制造的企业之一，其累计销量已超过20万台，产品规格全、产量大，是世界上著名的工业机器人制造商和我国工业机器人的主要供应商。ABB公司的工业机器人及关键部件的研发、生产简况如下。

1969年：ASEA公司研制出全球首台喷涂机器人，并在挪威投入使用。

1974年：ASEA公司研制出世界首台微机控制、全电气驱动的5轴涂装机器人IRB6。

1998年：ABB公司研制出Flex Picker柔性手指和Robot Studio离线编程和仿真软件。

2005年：ABB在上海成立机器人研发中心，并建成了机器人生产线。

2009年：研制出当时全球精度最高、速度最快、质量为25kg的6轴小型工业机器人IRB 120。

2010年：ABB最大的工业机器人生产基地和唯一的喷涂机器人生产基地——中国机器人整车喷涂实验中心建成。

2011年：ABB公司研制出全球最快码垛机器人IRB 460。

2014年：ABB公司研制出当前全球首台真正意义上可实现人机协作的机器人Yu Mi。

3.不二越

不二越是日本著名的机床企业集团，其主要产品有轴承、液压元件、刀具、机床、工业机器人等。

不二越从1925年的锯条研发起步，1928年正式成立不二越公司。1934年，公司产品拓展到综合刀具生产；1939年开始批量生产轴承；1958年开始进入液压件生产；1969年开始研发生产机床和工业机器人。

不二越是日本最早研发生产和世界著名的工业机器人生产厂家之一，其焊接机器人、搬运机器人技术居世界领先水平。不二越公司曾在1979年成功研制出了世界首台电动机驱动多关节焊接机器人；2013年，成功研制出300mm往复时间达0.31s的世界最快轻量机器人MZ07；这些产品都代表了当时工业机器人在某一方面的最高技术水平。不二越公司的中国机器人商业中心成立于2010年，进入中国市场时间较晚。

4.库卡

库卡公司的创始人为Johann Josef Keller和Jakob Knappich，公司于1898年在德国巴伐利亚州的奥格斯堡（Augsburg）正式成立，取名为“Keller und Knappich Augsburg”，简称KUKA。库卡公司最初的主要业务为室内及城市照明；后开始从事焊接设备、大型容器、市政车辆的研发生产；1966年，成为欧洲市政车辆的主要生产商。

库卡公司的工业机器人研发始于1973年；1995年，其机器人事业部与焊接设备事业部分离，成立了KUKA机器人有限公司。库卡公司是世界著名的工业机器人制造商之一，其产品规格全、产量大，是我国目前工业机器人的主要供应商。库卡公司的工业机器人及关键部件的研发、生产简况如下。

1973年：研发出世界首台6轴工业机器人FAMULUS。

1985年：研制出世界首台具有3个平移自由度和3个转动自由度的Z型六自由度机器人。

1989年：研发出交流伺服驱动的工业机器人产品。

2007年：“KUKA titan”6轴工业机器人研发成功，产品被收入吉尼斯纪录。

2010年：研发出工作范围为3100mm、载重300kg的KR Quantec系列大型工业机器人。

2012年：研发出小型工业机器人产品系列KR Agilus。

2013年：研发出概念机器车moiros，并获2013年汉诺威工业展机器人应用方案冠军和Robotics Award大奖。

2014年：德国徕斯公司并入库卡公司。

2016年：中国美的集团收购库卡公司85%的股权。

5.发那科

发那科公司是目前全球最大、最著名的计算机数控系统生产厂家和全球产量最大的工业机器人生产厂家，其产品的技术水平居世界领先地位。发那科公司从1956年起就开始从事数控和伺服的民间研究，1972年正式成立FANUC公司；1974年开始研发、生产工业机器人。发那科公司的工业机器人及关键部件的研发、生产简况如下。

1972年：发那科公司正式成立。

1974年：开始进入工业机器人的研发、生产领域；并从美国GETTYS公司引进了直流伺服电动机的制造技术，进行商品化与产业化生产。

1977年：开始批量生产、销售ROBOT-MODEL1工业机器人。

1982年：FANUC和GM公司合资，在美国成立了GM Fanuc机器人公司（GM Fanuc Robotics Corporation），专门从事工业机器人的研发、生产；同年，还成功研发了交流伺服电动机产品。

1992年：发那科公司在美国成立了全资子公司GE Fanuc机器人公司（GE Fanuc Robotics Corporation）；同年，和中国机械电子工业部北京机床研究所合资，成立了北京发那科机电有限公司。

1997年：和上海电气集团合资，成立了上海发那科机器人有限公司，成为最早进入中国市场的国外工业机器人企业之一。

2003年：智能工业机器人研发成功，并开始批量生产。

2008年：工业机器人总产量位居全世界第一，成为全球首家突破20万台工业机器人的生产企业。

2009年：并联结构工业机器人研发成功，并开始批量生产。

2011年：成为全球首家突破25万台工业机器人的生产企业，工业机器人总产量继续位居全世界第一。

6.安川

安川公司成立于1915年，是全球著名的伺服电动机、伺服驱动器、变频器和工业机器人生产厂家，其工业机器人的总产量目前名列全球前二，它也是首家进入中国的工业机器人企业。安川公司的工业机器人及关键部件的研发、生产简况如下。

1915年：安川公司正式成立。

1954年：与Brown.Boveri & Co., Ltd（BBC）德国公司合作，开始研发直流电动机产品。

1958年：发明直流伺服电动机。

1977年：垂直多关节工业机器人MOTOMAN-L10研发成功，创立了MOTOMAN工业机器人品牌。

1983年：开始产业化生产交流伺服驱动产品。

1990年：带电作业机器人研发成功，MOTOMAN机器人中心成立。

1996年：北京工业机器人合资公司正式成立，成为首家进入中国的工业机器人企业。

2003年：MOTOMAN机器人总销量突破10万台，成为当时全球工业机器人产量最大的企业之一。

2005年：推出新一代双腕、7轴工业机器人，并批量生产。

2006年：安川MOTOMAN机器人总销量突破15万台，继续保持工业机器人产量全球领先地位。

2008年：安川MOTOMAN机器人总销量突破20万台，与发那科公司同时成为全球工业机器人总产量超20万台的企业。

2014年：安川MOTOMAN机器人总销量突破30万台。

7.DAIHEN

DAIHEN公司为日本大阪变压器集团（Osaka Transformer Co.,Ltd，OTC）所属企业，国内称为“欧希地（OTC）”公司。

DAIHEN公司是日本著名的焊接机器人生产企业。公司自1979年起开始从事焊接机器人的生产；1983年，研发了全世界首台具有示教编程功能的焊接机器人；1991年，研发了全世界首个协同作业机器人焊接系统。这些产品的研发，都对工业机器人的技术进步和行业发展起到了重大的促进作用。

DAIHEN公司自2001年起开始和不二越合作研发工业机器人。自2002年起，先后在我国成立了欧希地机电（上海）有限公司、欧希地机电（青岛）有限公司及欧希地机电（上海）有限公司广州、重庆、天津分公司，进行工业机器人产品的生产和销售。