第1章　工業機器人的應用基礎

工業機器人的研究工作是20世紀50年代初從美國開始的。日本、俄羅斯等國家的研制工作比美國大約晚十年。但日本的發展速度比美國快。歐洲比較注重工業機器人的研制和應用，其中英國、德國、瑞典、挪威等國的技術水平較高，產量也較大。

第二次世界大戰期間，由于核工業和軍事工業的發展，美國原子能委員會的阿爾貢研究所研制了“遙控機械手”，用于代替人生產和處理放射性材料。1948年，這種較簡單的機械裝置被改進，開發出了機械式的主從機械手（見圖1-1）。它由兩個結構相似的機械手組成，主機械手在控制室，從機械手在有輻射的作業現場，兩者之間有透明的防輻射墻相隔。操作者用手操縱主機械手，控制系統會自動檢測主機械手的運動狀態，并控制從機械手跟隨主機械手運動，從而解決對放射性材料的遠距離操作問題。這種被稱為主從控制的機器人控制方式，至今仍在很多場合中應用。

圖1-1　主從機械手

由于航空工業的需求，1952年美國麻省理工學院（MIT）成功開發了第一代數控機床（CNC），并進行了與CNC機床相關的控制技術及機械零部件的研究，為機器人的開發奠定了技術基礎。

1954年，美國人喬治·德沃爾（George Devol）提出了一個關于工業機器人的技術方案，設計并研制了世界上第一臺可編程的工業機器人樣機，將之命名為“Universal Automation”，并申請了該項機器人專利。這種機器人是一種可編程的零部件操作裝置，其工作方式為首先移動機械手的末端執行器，并記錄下整個動作過程；然后，機器人反復再現整個動作過程。后來，在此基礎上，Devol與Engerlberge合作創建了美國萬能自動化公司（Unimation），于1962年生產了第一臺機器人，取名Unimate（見圖1-2）。這種機器人采用極坐標式結構，外形完全像坦克炮塔，可以實現回轉、伸縮、俯仰等動作。

圖1-2　Unimate機器人

在Devol申請專利到真正實現設想的這8年時間里，美國機床與鑄造公司（AMF）也在從事機器人的研究工作，并于1960年生產了一臺被命名為Versation的圓柱坐標型的數控自動機械，并以Industrial Robot（工業機器人）的名稱進行宣傳。通常認為這是世界上最早的工業機器人。

Unimate和Versation這兩種型號的機器人以“示教再現”的方式在汽車生產線上成功地代替工人進行傳送、焊接、噴漆等作業，它們在工作中反映出來的經濟效益、可靠性、靈活性，令其他發達國家工業界為之傾倒。于是，Unimate和Versation作為商品開始在世界市場上銷售。