摘要：随着计算机技术不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，工业机器
人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展
起越来越重要的作用。文章介绍了工业机器人的国内国外的发展状况和应用趋势，以及
带来的经济效益。
关键词：工业机器人；发展；应用；效益
工业机器人是机器人的一种，它由操作机．控制器．伺服驱
动系统和检测传感器装置构成，是一种仿人操作自动控制，可重
复编程，能在三难空间完成各种作业的机电一体化的自动化生
产设备，特别适合于多品种，变批量柔性生产。它对稳定和提高
产品质量，提高生产效率，改善劳动条件的快速更新换代起着十
分重要作用。
工业机器人带来的效益
广泛的应用工业机器人，可以逐步改善劳动条件，更强与
可控的生产能力，加快产品更新换代。提高生产效率和保证产
品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作
环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工
艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，提高企业竞争力。
国外工业机器人的的发展
美国是机器人的诞生地，比起号称机器人王国的日本起步
至少要早五六年。经过40多年的发展，美国现已成为世界上的
机器人强国之一。她的机器人技术在国际上仍一直处于领先地
位，其技术全面、先进，适应性也很强。
日本素有“机器人王国”之称，其工业机器人的发展令人瞩
目，无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一。在经
历了短暂的摇篮期之后，快速跨过实用期，迈入普及提高期。在
2O世纪80年代至90年代初期，日本的工业机器人可谓处于繁
荣鼎盛时期，似乎无所不能。然而，自20世纪90年代中期开始，
随着欧洲和北美工业机器人产业的崛起，国际市场的格局发生
了明显的变化，从日本转向了欧洲和北美。在度过了几年的低迷
期之后，2l世纪初，日本的工业机器人又开始重新焕发生机，尤
其是伴随着中国和其他周边国家对工业机器人需求的增长，以
及日本本国早年工业机器人因服务期限而带来的更新换代，预
期将对日本工业机器人的发展发挥积极的作用。
德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年，但
战争所导致的劳动力短缺，国民的技术水平较高等社会环境，却
为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外，20世纪70年
代中后期，德国政府采用的积极行政手段也为工业机器人的推
广开辟了道路。如在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些危
险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。
这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机
器人技术的发展。目前，德国工业机器人的总数占世界第二位，
仅次于日本。
法国政府一直比较重视机器人技术，通过大力支持一系列
研究计划，建立了一个完整的科学技术体系，使法国机器人的发
展比较顺利。在政府组织的项目中，特别注重机器人基础技术方
面的研究，把重点放在开展机器人的应用研究上，而由工业界支
持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国
企业界得以迅速发展和普及，从而使法国在国际工业机器人界
拥有不可或缺的一席之地。
英国的工业机器人起步比当今的机器人大国日本还要早，
并曾经取得了早期的辉煌。然而好景不长，20世纪70年代初期，
英国科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的Lighthall
报告，导致政府对工业机器人实行了限制发展的严厉措施。这个
错误决策导致英国的机器人工业一蹶不振，在西欧几乎处于末
位。然而，国际上机器人蓬勃发展的形势使英政府转变了态度，
并从20世纪70年代末开始，推行并实施了一系列支持机器人
发展的政策和措施，工业机器人开始在生产领域广泛应用。
近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬兰、丹麦等国家，由于自身
国内机器人市场的大量需求，发展速度非常迅速。目前，国际上
的工业机器人公司主要分为日系和欧系。
国内工业机器人的发展
我国工业机器人起步于20世纪70年代初期，经过30多
年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期
和90年代的应用化期。
随着20世纪70年代世界科技快速发展，工业机器人的应
用在世界掀起了一个高潮，在这种背景下，我国于1 972年开始
研制自己的工业机器人。进入20世纪80年代后，随着改革开
放的不断深入，在高技术浪潮的冲击下，我国机器人技术的开发
与研究得到了政府的重视与支持，“七五”期间，国家投入资金，
对工定机器人及零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器
人成套技术的开发，研制出了喷漆，点焊，弧焊和搬运机器人。
1986年，国家高技术研究发展计划开始实施，经过几年研究，取
得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特种机器人。
从2O世纪9O年代初期起，我国的国民经济进入实现两个
根本转变期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我
国的工业机器人又在实践中迈进了一大步，先后研制了点焊，
弧焊，装配，喷漆，切割，搬运，码垛等各种用途的工业机器人，并实
施了一批机器人应用工程，形成了一批工业机器人产业化基地，
为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。但是与发达国家相比，
我国工业机器人还有很大差距。
目前，我国工业机器人公司主要有中国新松机器自动化股
份有限公司和首钢莫托曼机器人有限公司。
工业机器人的发展趋势
．向智能化方向发展的机
嚣人技术
当代工业机嚣人技术发展 方面表
现在工业机器人应用领域的扩大和机器
人种类的增多． 男一方面表现在机器人
机植系统性能的提高和控制系统的智能
佬。前者是揩应用领域的横向拓宽． 后
者是在性能及水平上=的纵向提高。机器
人应用顿域的拓宽和性能水平的提高．
二者相麓相承、栩互促进 应用领域的
扩大对机嚣人不断提出新的要求． 推动
机嚣人技术水平的提高． 反过来． 机器
人性麓与智能水平的提高．又使扩大机
嚣人应用顿域成为可能。
1．工韭机嚣人机械系统性能的提高
t 进步提高[业机嚣人的运动精度
机嚣人是一种多关节开链式结构． 因此．
机嚣人争臂的刚度 般都不高c另外由
F构件的尺寸误差和传动间隙的存在，
以及机嚣人手臂末端误差的放大作用，
使当前机器人的定位与运动还不能达到
很高的精度 -~llfl度大． 精度高的数控
机床相此． 机嚣人在工作精度上大为逊
色。因此． 至今工业机嚣人在精密装配
及其它精密作业中的应用仍受到了很大
的限镧。除r精密作业要求离精度机嚣
凡以外． 采用离线赣程的工业机器人系
统也要求该机嚣人要具有足够高的定位
精度和运动精度。
进·步提高机嚣人工作精度的主要
办法是： 提高机嚣人的加工精度与装配
精度．采用无隙传动的减速机构． 采用
直接驱动电机， 通过标定进行机器人的
误差补偿．通过实时检铡对机嚣人运动
误差进行实时修正。
口)提高机器人手臂的灵活度和避障
能力： 当前常用的机器人手臂的灵活度
的都不够高． 即手臂末端达到某一工作
点时+手臂可能采取的姿态是有限的，
有时机器人手臂要有很大的灵活度和根
强的避障能力． 例如． 当用喷漆机嚣人
喷豫车身内表面时，要求机器人能将车
身内表面的各十角落都喷上藩． 必须要
有高夏活度机嚣人手臂才行。另外，在
有限空闻及有障碍的复杂环境中作业的
机嚣人． 例如在棱电站工作的机嚣人．
也要求其具有商爱活度的机器人手臂。
为了r提哼机器人手臂的灵活度， 主
要是采用具有冗余自由度的机器人手臂
和在机器人手臂机构上果用膨饺关节及
可双向弯曲的手臂。
提高机器人的运动速度和响应频
率： 为了r提高机器人作业效率． 以及提
高具有感知功能机器人的反应速度t就
必须提高机器人运动速度和响应频率，
这一点， 对装配机器人来说尤为重要
为此， 一方面可以通过采用高强度材料
或轻质材料(如碳纤维复台材料)制造机
器人手臂， 以达到减轻手臂重量和提高
手臂动态特性的目的， 另 方面， 也可
以通过采用直接驱动电机或其它高性能
驱动电机， 从控制和驱动方面提高机器
人系统的运动速度与响应频率。
(4)提高机器人手爪或手腕的操作能
力、灵括性与快速反应能力： 为了使机
器人能像人一样进行各种复杂作业， 如
装配作业、维修作业及设备操作， 机器
人就必须有一个运动灵活和动作灵敏的
手腕和手爪。这一点对装配作业机器人、
核工业机器人和在空间站上作业的空间
机器人来说是特别重要的。
采用模块化组合式机器人结构，
提高机器人快速维修性能： 根据优化设
计， 制造出多种不同尺寸和规格的手臂
和连接器模块。用少量的模块可组台成
多种机器人配置。这种机器人能进行快
速维修， 可以实现自动修复。所以， 这
种机器人结构最适用于空间机器人、棱
工业机器人等。如这种积木结构能推广
爪用于一般工业机器人， 将使工业机器
人的成本下降、生产周期及维修周期缩
短。
(6)丰富和加强机器人移动功能； 随
着生产技术的发展， 一些特殊环境作业
和自动化生产系统， 对各种移动机器人
都提出了迫切的要求。于是， 各种遥控
移动机器人、自动导航移动机器人、腰
壁机器人、爬管机器人及水下机器人等
都相继发展起来o
2．机器人智能控制系统的发展
第一代示教再现型机器人， 在生产
中已得到广泛的应用。示教再现型机器
人可以按照示教程序重复工作， 但由于
它对外界环境的变化投有感知功能， 因
此， 它不可能根据外界环境变化而改变
自身的运动功能和作业能力。因此， 在
复杂多变的作业环境下， 这种示教再现
型机器人， 显然就不能胜任工作了。具
有感知功能的第二代机器人， 通过传感
器系统(如视觉、触觉、接近觉⋯)可以
及时地了解到外界环境的变化， 并根据
外界的变化， 对机器人的运动进行实时
的修正。这种感知功能不仅能从环境中
获取和处理多种信息， 而且还能通过这
些信息去识别、理解环境的变化。因此
这种具有感知功能的第二代机器人， 可
以完成例如偶件装配、打毛刺、曲面及
焊缝蹑踪等更为复杂的任务。
工业机器人的应用
随着工业机器人发展的深度和广度，以及机器人智能水平
的提高，工业机器人已在众多领域得到了应用。目前，工业机器
人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子
电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领
域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装
配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量
采用，并且从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸：如采矿机
器人、建筑业机器人，以及水电系统用于维护维修的机器人等。
在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域工业机器人
的应用也越来越多。汽车制造是一个技术和资金高度密集的产
业，也是工业机器人应用最广泛的行业，几乎占到整个工业机器
人的一半以上。在我国，工业机器人最初也是应用于汽车和工程
机械行业中。在汽车生产中，工业机器人是一种主要的制动化设
备，在整车及零部件生产的弧焊、点焊、喷涂、搬运、涂胶、冲压等工
艺中大量使用。据预测，我国正在进入汽车拥有率上升时期，在未
来几年里，汽车仍将以每年15％左右的速度增长。所以，未来几年
工业机器人的需求将会呈现出高速增长趋势，年增幅达到50％左
右，工业机器人在我国汽车行业的应用将得到快速发展。
目前，工业机器人不仅应用于传统制造业，如采矿、冶金、石
油、化学、船舶等领域，同时，也已开始扩大到核能、航空、航天、
医药、生化等高科技领域，以及家庭清洁、医疗康复等服务业领
域中。如，水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器
人、高压线作业机器人、服装裁剪机器人、制衣机器人、管道机器
人等特种机器人，以及扫雷机器人、作战机器人、侦察机器人、哨
兵机器人、排雷机器人、布雷机器人。而且，随着人类生活水平的
提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和
家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣兴旺。
。从传统的汽车
制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以
及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、
食品加工、生活服务等领域工业机器人的应用也越来越多。
汽车制造是一个技术和资金高度密集的产业，也是工业机
器人应用最广泛的行业，几乎占到整个工业机器人的一半以
上。在我国，工业机器人最初也是应用于汽车和工程机械行业
中。在汽车生产中工业机器人是一种主要的制动化设备，在整
车及零部件生产的弧焊、点焊、喷涂、搬运、涂胶、冲压等工艺中
大量使用。据预测我国正在进入汽车拥有率上升时期，在未来
几年里，汽车仍将每年15％左右的速度增长。所以未来几年工
业机器人的需求将会呈现出高速增长趋势，年增幅达到50％左
右，工业机器人在我国汽车行业的应用将得到快速发展。
工业机器人除了在汽车行业的广泛应用，在电子，食品加
工，非金属加工，日用消费品和木材家具加工等行业对工业机
器人的需求也快速增长。在亚洲，2005年安装工业机器人
72，600台，与2004年相比，增长了40％，而应用在电子行业
的就占了31％左右。在欧洲地区，据统计2005年与2004年相
l：tI业机器人在食品加工行业的应用增长了1 7％左右，在非金
属加工行业的应用增长了20％左右，在日用品消费行业增长了
32％，在木材家具加工行业增长了18％左右。工业机器人在石
油方面也有广泛的应用，如海上石油钻井、采油平台、管道的检
测、炼油厂、大型油罐和储罐的焊接等均可使用机器人来完成。
在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广
泛应用在工业机器人工作领域，这些技术会使工业机器人的应
用更为高效，高质，运行成本低。据预测，今后机器人将在医疗、
保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通
运输和农业水产等领域得到应用。
在我国，工业机器人市场份额大部分被国外工业机器人企
业占据着。在国际强手面前，国内的工业机器人企业面临着相
当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”
迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑
战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机
器人的资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入
新的动力。
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