1.1 工業機器人發展概況

1954年，美國德沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現，這就是所謂的示教再現機器人。1959年，第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新時代，之后工業機器人在發達國家得到迅速發展。

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。它是自動執行工作的機器裝置，是一種靠自身動力和控制能力來實現各種功能的機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行。現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。工業機器人的出現是人類在利用機械推動社會發展的一個里程碑。在現代化工廠中，由工業機器人組成的自動化生產線生產成套設備已成為現代加工制造業的主流。汽車行業、電子電器行業、工程機械行業等正以極快的速度大量使用工業機器人。如圖1-1所示為一種焊接工業機器人的外形圖。有了工業機器人的介入，保證了產品質量，提高了生產效率，同時避免了大量的工傷事故。近半個世紀工業機器人的使用實踐證明：工業機器人的應用與普及是實現自動化生產、提高社會生產效率、推動企業和社會發展生產力的有效手段。

圖1-1 焊接工業機器人

工業機器人的出現將人類從繁重、單一的勞動中解放出來，它還能夠從事一些不適合人類甚至超越人類能力的勞動，如在強輻射、強污染的環境下作業。工業機器人技術已經廣泛地進入人們的生產和生活領域。工業機器人技術集成了機械工程、電子技術、計算機技術、自動控制及人工智能等多學科的最新研究成果，代表了機電一體化的最高成就，是當代科學技術發展中最活躍的領域之一，其研發、制造、應用各個環節已成為衡量一個國家科技創新和制造業水平的重要標志。近年來，美、日、德、韓等發達工業國家都將機器人作為戰略性產業來重點發展，試圖利用機器人技術緩解高成本勞動力所帶來的壓力，實現“制造業的回歸”，保持其在高端制造領域的領先優勢。

機器人在我國也越來越受到政府、企業、金融機構等各方面的重視。利用機器人技術提升我國制造業水平，實現從制造大國向制造強國的轉變，提高人民生活質量已逐漸成為全社會共識。

工業機器人產業發展，取得國家層面的戰略重視。2021年12月《“十四五”智能制造發展規劃》提出，實施智能制造裝備創新發展行動，研發智能立/臥式五軸加工中心、車銑復合加工中心、高精度數控磨床等工作母機；智能焊接機器人、智能移動機器人、半導體（潔凈）機器人等工業機器人。2021年12月，工業和信息化部印發的《“十四五”機器人產業發展規劃》，提出重點推進工業機器人等產品的研制及應用，提高性能、質量和安全性，推動產品高端化智能化發展，同時開展工業機器人創新產品發展行動，完善《工業機器人行業規范條件》，加大實施和采信力度。

隨著我國5G、大數據、云計算和AI技術的不斷融合，未來工業機器人將實現更多的功能，助力工業機器人朝智能化、網聯化方向進一步轉型升級。同時，運動控制、高性能伺服驅動、高精密減速器等關鍵技術和部件加快突破，使得我國工業機器人整機功能和性能顯著增強。預計智能機器人和工業云平臺將成為工業機器人產業重要賽道，不斷推動工業機器人品牌國產化、智能化、高端化發展，我國工業機器人行業規模將不斷擴大。

目前，汽車行業是國內工業機器人最主要的下游應用市場，但隨著中國制造轉型升級，未來3C、半導體、新能源、物流倉儲、智能家居等領域的機器人應用需求將呈現較快增長，同時也將拓展到其他新興領域，預計將會推動工業機器人的需求多元化和市場擴容，從而進一步促進行業發展。

雖然機器人問世已有幾十年，但目前關于機器人仍然沒有一個統一、嚴格、準確的定義。

我國將工業機器人定義為：一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。

國際標準化組織（ISO）定義為：工業機器人是一種能自動控制，可重復編程，多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具來完成各種作業。

一般來說，機器人應該具有以下3個特征。

1）擬人功能。機器人是模仿人或動物肢體動作的機器，能像人那樣使用工具。因此，數控機床和汽車不是機器人。

2）可編程。機器人具有智力或具有感覺與識別能力，可隨工作環境變化的需要而再編程。一般的電動玩具沒有感覺和識別能力，不能再編程，因此不能稱為真正的機器人。

3）通用性。一般機器人在執行不同作業任務時，具有較好的通用性。比如，通過更換機器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執行不同的任務。