1.3 工業機器人的應用與產品

1.3.1 技術發展與典型應用

1．技術發展簡史

工業機器人自1959年問世以來，經過50多年的發展，在性能和用途等方面都有了很大的變化，現代工業機器人的結構越來越合理、控制越來越先進、功能越來越強大、應用越來越廣泛。世界工業機器人的簡要發展歷程、重大事件和重要產品研制的簡況如下。

1959年：Joseph F.Engelberger（約瑟夫·恩蓋爾柏格）利用George Devol（喬治·德沃爾）的專利技術，研制出了世界上第一臺真正意義上的工業機器人Unimate。該機器人具有水平回轉、上下擺動和手臂伸縮3個自由度，可用于點對點搬運。

1961年：美國GM（通用汽車）公司首次將Unimate工業機器人應用于生產線，機器人承擔了壓鑄件疊放等部分工序。

1968年：美國斯坦福大學研制出了首臺具有感知功能的第二代機器人Shakey。同年，Unimation公司將機器人的制造技術轉讓給了日本KAWASAKI（川崎）公司，日本開始研制、生產機器人。次年，瑞典的ASEA公司（阿西亞，現為ABB集團）研制了首臺噴涂機器人，并在挪威投入使用。

1972年：日本KAWASAKI（川崎）公司研制出了日本首臺工業機器人“Kawasaki-Unimate2000”。次年，日本HITACHI（日立）公司研制出了全世界首臺裝備有動態視覺傳感器的工業機器人；而德國KUKA（庫卡）公司則研制出了全世界首臺六軸工業機器人Famulus。

1974年：美國Cincinnati Milacron（辛辛那提·米拉克隆，著名的數控機床生產企業）公司研制出了首臺微機控制的商用工業機器人Tomorrow Tool（T3）；瑞典ASEA公司（阿西亞，現為ABB集團）研制出了世界首臺微機控制、全電氣驅動的五軸涂裝機器人IRB6；全球最著名的數控系統（CNC）生產商、日本FANUC（發那科）公司開始研發、制造工業機器人。

1977年：日本YASKAWA（安川）公司開始工業機器人的研發和生產，并研制出了日本首臺采用全電氣驅動的機器人MOTOMAN-L10（MOTOMAN 1號）。次年，美國Unimate公司和GM公司（通用汽車）聯合研制出了用于汽車生產線的垂直串聯型（Vertical Series）可編程通用裝配操作人PUMA（Programmable Universal Manipulator for Assembly）；日本山梨大學研制出了水平串聯型（Horizontal Series）自動選料、裝配機器人SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）；德國REIS（徠斯，現為KUKA成員）公司研制出了全世界首臺具有獨立控制系統、用于壓鑄生產線的工件裝卸的六軸機器人RE15。

1983年：日本DAIHEN公司（大阪變壓器集團Osaka Transformer Co., Ltd所屬，國內稱OTC或歐希地）研發了全世界首臺具有示教編程功能的焊接機器人。次年，美國Adept Technology公司（嫻熟技術）研制出了全世界首臺電動機直接驅動、無傳動齒輪和鉸鏈的SCARA機器人Adept One。

1985年：德國KUKA（庫卡）公司研制出了全世界首臺具有3個平移自由度和3個轉動自由度的Z型六自由度機器人。

1992年：瑞士Demaurex公司研制出了全世界首臺采用三軸并聯結構（Parallel）的包裝機器人Delta。

2005年：日本YASKAWA（安川）公司推出了新一代、雙腕七軸工業機器人。次年，意大利COMAU（柯馬，菲亞特成員、著名的數控機床生產企業）公司推出了首款WiTP無線示教器。

2008年：日本FANUC公司（發那科）、YASKAWA（安川）公司的工業機器人累計銷量相繼突破20萬臺，成為全球工業機器人累計銷量最大的企業。次年，ABB公司研制出了全球精度最高、速度最快的六軸小型機器人IRB 120。

2013年：谷歌公司開始大規模并購機器人公司，至今已相繼并購了Autofuss、Boston Dynamics（波士頓動力）、Bot & Dolly、DeepMind（英）、Holomni、Industrial Perception、Meka、Redwood Robotics、Schaft（日）、Nest Labs、Spree、Savioke等多家公司。

2014年：ABB公司研制出了世界上首臺真正實現人機協作的機器人YuMi。同年，德國REIS（徠斯）公司并入KUKA（庫卡）公司。

2．典型應用

根據國際機器人聯合會（IFR）等部門的最新統計，當前工業機器人的應用行業分布情況大致如圖1.3-1所示。其中，汽車制造業、電子電氣工業、金屬制品及加工業是目前工業機器人的主要應用領域。

汽車及汽車零部件制造業歷來是工業機器人用量最大的行業，其使用量長期保持在工業機器人總量的40%以上，使用的產品以加工、裝配類機器人為主，是焊接、研磨、拋光及裝配、涂裝機器人的主要應用領域。

電子電氣（包括計算機、通信、家電、儀器儀表等）是工業機器人應用的另一個主要行業，其使用量也保持在工業機器人總量的20%以上，使用的主要產品為裝配、包裝類機器人。

金屬制品及加工業的機器人用量占工業機器人總量的10%左右，使用的產品主要為搬運類的輸送機器人和裝卸機器人。

建筑、化工、橡膠、塑料以及食品、飲料、藥品等其他行業的機器人用量都在工業機器人總量的10%以下，橡膠、塑料、化工、建筑行業使用的機器人種類較多；食品、飲料、藥品行業使用的機器人通常以加工、包裝類為主。

1.3.2 主要生產企業及產品

目前，全球工業機器人的生產廠家主要有日本的FANUC（發那科）、YASKAWA（安川）、KAWASAKI（川崎）、NACHI（不二越）、DAIHEN（OTC或歐希地）、PANASONIC（松下），瑞士和瑞典的ABB，德國的KUKA（庫卡）、REIS（徠斯，現為KUKA成員），意大利的COMAU（柯馬），奧地利的IGM（艾捷默），韓國的HYUDAI（現代）等。其中，FANUC、YASKAWA、ABB、KUKA是當前工業機器人研發、生產的代表性企業；KAWASAKI、NACHI公司是全球最早從事工業機器人研發生產的企業；DAIHEN的焊接機器人是國際名牌，以上企業的產品在我國的應用最為廣泛。以上企業從事工業機器人研發的起始時間如圖1.3-2所示，基本分為20世紀60年代末、70年代中、70年代末3個時期。

根據生產國及研發時間，以上主要工業機器人生產企業以及與工業機器人相關的主要產品研發情況簡介如下。

1. KAWASAKI（川崎）

KAWASAKI（川崎）公司成立于1878年，是具有悠久歷史的日本著名大型企業集團，集團公司以川崎重工業株式會社（KAWASAKI）為核心，下轄有車輛、航空宇宙、燃氣輪機、機械、通用機、船舶等公司和部門及上百家分公司和企業。KAWASAKI（川崎）公司的業務范圍涵蓋航空、航天、軍事、電力、鐵路、造船、工程機械、鋼結構、發動機、摩托車、機器人等眾多領域，其產品代表了日本科技的先進水平。

KAWASAKI（川崎）公司的主營業務實際上以大型裝備為主，其產品包括飛機（特別是直升飛機）、坦克、橋梁、電氣機車及火力發電、金屬冶煉設備等。日本第一臺蒸汽機車、新干線的電氣機車等大都由KAWASAKI（川崎）公司制造，顯示了該公司在裝備制造業的強勁實力。KAWASAKI（川崎）也是日本僅次于三菱重工的著名軍工企業，是日本自衛隊飛機和潛艇的主要生產商。日本第一艘潛艇、“榛名”號戰列艦、“加賀”號航空母艦、“飛燕”戰斗機、“五式”戰斗機、“一式”運輸機等軍用產品也都由KAWASAKI（川崎）公司參與建造。此外，KAWASAKI（川崎）公司也是世界著名的摩托車和體育運動器材生產廠家。KAWASAKI（川崎）公司的摩托車產品主要為運動車、賽車、越野賽車、美式車及四輪全地形摩托車等高檔車，它是世界首家批量生產DOHC并列四缸式發動機摩托車的廠家，所生產的中量級摩托車曾連續四年獲得世界冠軍。KAWASAKI（川崎）公司所生產的羽毛球拍是世界兩大品牌之一，此外，其球鞋、服裝等體育運動產品也很著名。

KAWASAKI（川崎）公司的工業機器人研發始于1968年，是日本最早研發、生產工業機器人的著名企業，曾研制出了日本首臺工業機器人“川崎-Unimation2000”和全球首臺用于摩托車車身焊接的弧焊機器人等標志性產品，在焊接機器人技術方面居世界領先水平。

2. NACHI（不二越）

NACHI（不二越）是日本著名的機床企業集團，其主要產品有軸承、液壓元件、刀具、機床、工業機器人等。

NACHI（不二越）從1925年的鋸條研發起步，1928年正式成立NACHI（不二越）公司。1934年，公司產品拓展到綜合刀具生產；1939年開始批量生產軸承；1958年開始進入液壓件生產；1969年開始研發生產機床和工業機器人。

NACHI（不二越）是日本最早研發生產和世界著名的工業機器人生產廠家之一，其焊接機器、搬運機器人技術居世界領先水平。NACHI（不二越）公司曾在1979年成功研制出世界首臺電動機驅動多關節焊接機器人；2013年，成功研制出300mm往復時間達0.31s的全世界最快輕量機器人MZ07；這些產品都代表了當時工業機器人在某一方面的最高技術水平。NACHI（不二越）公司的中國機器人商業中心成立于2010年，進入中國市場較晚。

3. FANUC（發那科）

FANUC（發那科）是目前全球最大、最著名的數控系統（CNC）生產廠家和全球產量最大的工業機器人生產廠家，其產品的技術水平居世界領先地位。FANUC（發那科）從1956年起就開始從事數控和伺服的民間研究，1972年正式成立FANUC（發那科）公司；1974年開始研發、生產工業機器人。FANUC（發那科）公司的工業機器人及關鍵部件的研發、生產簡況如下。

1972年：FANUC（發那科）公司正式成立。

1974年：開始進入工業機器人的研發、生產領域；并從美國GETTYS公司引進了直流伺服電動機的制造技術，進行商品化與產業化生產。

1977年：開始批量生產、銷售ROBOT-MODEL1工業機器人。

1982年：FANUC（發那科）公司和GM公司合資，在美國成立了GM Fanuc機器人公司（GM Fanuc Robotics Corporation），專門從事工業機器人的研發、生產；同年，還成功研發了交流伺服電動機產品。

1992年： FANUC在美國成立了全資子公司GE Fanuc機器人公司（GE Fanuc Robotics Corporation）；同年，和中國機械電子工業部北京機床研究所合資，成立了北京發那科（FANUC）機電有限公司。

1997年：和上海電氣集團合資，成立了上海發那科（FANUC）機器人有限公司，成為最早進入中國市場的國外工業機器人企業之一。

2003年：智能工業機器人研發成功，并開始批量生產。

2008年：工業機器人總產量位居全世界第一，成為全球首家突破20萬臺工業機器人的生產企業。

2009年：并聯結構工業機器人研發成功，并開始批量生產。

2011年：成為全球首家突破25萬臺工業機器人的生產企業，工業機器人總產量繼續位居全世界第一。

4. YASKAWA（安川）

YASKAWA（安川）公司成立于1915年，是全球著名的伺服電動機、伺服驅動器、變頻器和工業機器人生產廠家，其工業機器人的總產量目前名列全球前二，它也是首家進入中國的工業機器人企業。YASKAWA（安川）公司的工業機器人及關鍵部件的研發、生產簡況如下。

1915年：YASKAWA（安川）公司正式成立。

1954年：與BBC（Brown.Boveri & Co., Ltd）德國公司合作，開始研發直流電動機產品。

1958年：發明直流伺服電動機。

1977年：垂直多關節工業機器人MOTOMAN-L10研發成功，創立MOTOMAN工業機器人品牌。

1983年：開始產業化生產交流伺服驅動產品。

1990年：帶電作業機器人研發成功，MOTOMAN機器人中心成立。

1996年：北京工業機器人合資公司正式成立，成為首家進入中國的工業機器人企業。

2003年：MOTOMAN機器人總銷量突破10萬臺，成為當時全球工業機器人產量最大的企業之一。

2005年：推出新一代雙腕、七軸工業機器人，并批量生產。

2006年：安川MOTOMAN機器人總銷量突破15萬臺，繼續保持工業機器人產量全球領先地位。

2008年：安川MOTOMAN機器人總銷量突破20萬臺，與FANUC（發那科）公司同時成為全球工業機器人總銷量超20萬臺的企業。

2014年：安川MOTOMAN機器人總銷量突破30萬臺。

5. DAIHEN（歐希地）

DAIHEN公司為日本大阪變壓器集團（Osaka Transformer Co., Ltd, OTC）所屬企業，國內稱為“歐希地（OTC）”公司。

DAIHEN公司是日本著名的焊接機器人生產企業。公司自1979年起開始從事焊接機器人生產；1983年，研發出全世界首臺具有示教編程功能的焊接機器人；1991年，研發出全世界首個協同作業機器人焊接系統。這些產品的研發，都對工業機器人的技術進步和行業發展起到了重大的促進作用。

DAIHEN公司自2001年開始和NACHI（不二越）合作研發工業機器人。自2002年起，先后在中國成立了歐希地機電（上海）有限公司、歐希地機電（青島）有限公司及歐希地機電（上海）有限公司廣州、重慶、天津分公司，進行工業機器人產品的生產和銷售。

6. ABB

ABB（Asea Brown Boveri）集團公司是由原總部位于瑞典的ASEA（阿西亞）和總部位于瑞士的Brown.Boveri & Co., Ltd（布朗勃法瑞，BBC）兩個具有百年歷史的著名電氣公司于1988年合并而成。ABB的集團總部位于瑞士蘇黎世，低壓交流傳動研發中心位于芬蘭赫爾辛基；中壓交流傳動研發中心位于瑞士；直流傳動及傳統低壓電器等產品的研發中心位于德國法蘭克福。

在組建ABB集團公司前，ASEA公司和BBC公司都是全球著名的電力和自動化技術設備大型生產企業。

ASEA公司成立于1890年。1942年，研發制造了世界首臺120MVA/220kV變壓器；1954年，建造了世界首條100kV高壓直流輸電線路等重大產品和工程；1969年，ASEA公司研發出全球第一臺噴涂機器人，開始進入工業機器人的研發制造領域。

BBC公司成立于1891年，同年成為全球首家高壓輸電設備生產供應商。1901年，研發制造出歐洲首臺蒸汽渦輪機等重大產品。BBC又是著名的低壓電器和電氣傳動設備生產企業，其產品遍及工商業、民用建筑配電、各類自動化設備和大型基礎設施工程。

組建后的ABB公司業務范圍更廣，它是世界電力和自動化技術領域的領導廠商之一。ABB公司負責建造了我國第一艘采用電力推進裝置的科學考察船、第一座自主設計的半潛式鉆井平臺、第一條全自動重型卡車沖壓生產線等重大裝備，并參與了四川錦屏至蘇南的2090km、7200MW/800kV輸電線路（世界最長、容量最大的特高壓直流輸電線路），武廣高鐵（中國第一條高速鐵路，全長1068km、設計時速350km/h），江蘇如東海上風電基地（中國最大的海上風電基地），上海羅涇港碼頭（中國第一座全自動散貨碼頭），江蘇沙鋼集團（全球最先進、高效的軋鋼廠）等重大工程建設。

ABB公司的工業機器人研發始于1969年的瑞典ASEA公司，它是全球最早從事工業機器人研發制造的企業之一，其累計銷量已超過20萬臺，產品規格全、產量大，是世界上著名的工業機器人制造商和我國工業機器人的主要供應商。ABB公司的工業機器人及關鍵部件的研發、生產簡況如下。

1969年：ASEA公司研制出全球首臺噴涂機器人，并在挪威投入使用。

1974年：ASEA公司研制出世界首臺微機控制、全電氣驅動的五軸涂裝機器人IRB6。

1998年：ABB公司研制出Flex Picker柔性手指和Robot Studio離線編程和仿真軟件。

2005年：ABB在上海成立機器人研發中心，并建成機器人生產線。

2009年：研制出當時全球精度最高、速度最快、重量為25kg的六軸小型工業機器人IRB 120。

2010年：ABB最大的工業機器人生產基地和唯一的噴涂機器人生產基地——中國機器人整車噴涂實驗中心建成。

2011年：ABB公司研制出全球最快碼垛機器人IRB 460。

2014年：ABB公司研制出全球首臺真正意義上可實現人機協作的機器人YuMi。

7. KUKA（庫卡）

KUKA（庫卡）公司的創始人為Johann Josef Keller和Jakob Knappich，公司于1898年在德國巴伐利亞州的奧格斯堡（Augsburg）正式成立，取名為“Keller und Knappich Augsburg”，簡稱KUKA。KUKA（庫卡）公司最初的主要業務為室內及城市照明；后開始從事焊接設備、大型容器、市政車輛的研發生產；1966年，成為歐洲市政車輛的主要生產商。

KUKA（庫卡）公司的工業機器人研發始于1973年；1995年，其機器人事業部與焊接設備事業部分離，成立KUKA機器人有限公司。KUKA（庫卡）公司是世界著名的工業機器人制造商之一，其產品規格全、產量大，是中國目前工業機器人的主要供應商。KUKA（庫卡）公司的工業機器人及關鍵部件的研發、生產簡況如下。

1973年：研發出世界首臺六軸工業機器人FAMULUS。

1985年：研制出世界首臺具有3個平移和3個轉動自由度的Z型六自由度機器人。

1989年：研發出交流伺服驅動的工業機器人產品。

2007年：“KUKA titan”六軸工業機器人研發成功，產品被收入吉尼斯紀錄。

2010年：研發出工作范圍為3100mm、載重300kg的KR Quantec系列大型工業機器人。

2012年：研發出小型工業機器人產品系列KR Agilus。

2013年：研發出概念機器車moiros，并獲2013年漢諾威工業展機器人應用方案冠軍和Robotics Award大獎。

2014年：德國REIS（徠斯）公司并入KUKA（庫卡）公司。