中国机器人的发展历程

中国机器人的发展历程第一章机器人的感性认识我国自主研制的仿人机器人在国际上首次成功模仿人类的复杂动作(国家“十五”重大科技成就展)矫形外科机器人（北航）电影《机器人总动员》伊娃瓦力海宝山西馆唐明皇和杨贵妃海宝烹饪机器人小提琴机器人闹闹机器人第一节机器人的概念•在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，机器人问世已有几十年，但对机器人的定义仍然没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。•国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”•我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”•简而言之，机器人就是一种自动执行工作的机械装置。它是整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的一种产物。目前在工业、医学甚至军事等领域中均有重要用途。•操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。•程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。•示教再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。•数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。•感觉控制型机器人：利用传感器获取的信息控制机器人的动作。•适应控制型机器人：机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。•学习控制型机器人：机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。•智能机器人：以人工智能决定其行动的人第二节国际发展情况•美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人“VERSTRAN”(意思是万能搬运)，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。•日本被称为“机器人王国”。日本在60年代末正处于经济高度发展时期，加之二战后，日本的劳动力严重不足，日本政府在经济上采取了积极的扶植政策，鼓励发展和推广应用机器人，使机器人行业得到大力发展。•英国、法国、德国、前苏联等国的机器人发展也比较早。第二章机器人在中国的发展史•鲁班制造的木鸟是中国最早的机器人雏形。•据史料载，春秋后期，制造达人鲁班曾惹老母生气，鲁母因此不进茶饭，让鲁班很是着急。为了哄母亲开心，鲁班废寝忘食，花费了两天时间，用木材制造了一只大鸟。《墨子》里称：“成而飞之，三日不下。”说的就是，木鸟上天后，飞了三天三夜都没落地。第一节国内发展情况我国工业机器人起步较晚，始于20世纪70年代初，经过近40年的发展，大致可分为三个阶段：1、70年代的萌芽期2、80年代的开发期3、90年代后的实用化期1、中国机器人起步相对晚的原因：•历史背景：新中国刚成立不久，连年的战争使得当时的经济比较落后。•有人认为：机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。政府对此关注的力度和资金的投入不够。•当时根据生产需要自行设计制造的机械手，大部分用于上下料。2、80年代的开发期•到80年代中期，技术革命的第三次浪潮冲击着全世界，其中机器人技术起着先锋作用。•改革开放后，邀请的国外机器人专家到中国访问和做学术报告，使当时的我国领导人和同行开始认识到：机器人不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。•为了培养人才和加强国际学术交流，派人去国外参加机器人年会和进行各种考察活动，积极促进我国机器人技术的发展。•我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。•1985年，国家科学技术委员会开始组织实施工业机器人“七五”计划，列入计划的主要项目有：主机，包括点焊、弧焊、上下料、喷漆等工业机器人；机器人关键元部件技术。“七五”计划的完成使我国机器人技术上了一个新台阶。•1986年，在邓小平“发展高科技、实现产业化”的指导思想下，我国实施了“高技术研究发展计划”，这个计划的实施,为我国本世纪初的经济发展、为形成高技术产业,奠定比较先进的技术基础,造就一批新一代的高水平技术人才,为我国高技术的发展创造良好的条件。•其中，智能机器人主题是863花园中的一朵奇葩，一枚硕果。1986年中共中央24号文件把智能机器人列为国家高技术发展计划自动化领域两个主题之一，研究目标是跟踪世界先进水平，工作内容是围绕特种机器人进行攻关。•文件明确规定了智能机器人主题的战略目标：开发在恶劣环下工作的移动机器人、水下无缆智能机器人和精密装配机器人的目标产品。1987年7月，成立了第一届智能机器人主题专家组，揭开了我国科技工作者在机器人高技术方面有目标、有计划、有组织的攻坚战的序幕。3、90年代后的实用化期•进入90年代，智能机器人主题在努力完成中共中央24号文件规定的任务基础上，在国内市场经济发展的推动下，及时对主攻方向做了调整和延伸，确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，继续开拓进取，实现了高技术发展与国民经济主战场的密切连接，应用机器人技术推动企业产品更新换代，提升企业生产技术水平，为发展我国高技术产业和跻身世界机器人技术先进行列做出了重大贡献。80~90年代机器人的研究成果•1980年—研制成功中国第一台工业机器人样机。•1985年—中国第一台水下机器人（“海人一号”）首航成功。•1986年—中国第一台水下机器人深海试验成功。•1988年—中国第一台中型水下机器人（“瑞康４号”）投入使用。•1989年—水下机器人首次出口美国。•1990年—中国第一台工业机器人通用控制器研制成功。•1992年—国产ＡＧＶ第一次应用于柔性生产线。•1993年—中国唯一的机器人技术国家工程研究中心成立。•1994年—中国第一台五自由度高压水切割机器人投入使用。•1994年—中国第一台1000米水下机器人（“探索者”）海试成功。•1995年—中国第一台6000米水下机器人（“ＣＲ-０１”）海试成功。•1995年—中国首台四自由度点焊机器人开发成功，第一条点焊机器人生产线投入使用。•1995年—自主开发的机器人技术－ＡＧＶ技术出口韩国。•1997年—具有自主版权的高性能机器人控制器小批量生产。•1997年—自主开发的国内第一条机器人冲压自动化线用于一汽大众生产线。•1998年—国内首台激光加工机器人开发成功。•1998年—国内首台浇注机器人用于生产。•1998年—中国机器人领域唯一一家通过了ＩＳＯ９００１国际质量体系认证。4、21世纪的新成果•医学上的应用：医疗机器人，是近五年来发展比较迅速的一个新的应用领域。当一些非常珍贵的生物需要手术时，尤其是精细的部位如：人的眼球、神经、血管进行手术，对人脑的定位和钻孔，对人的心脏瓣膜的手术和搭桥手术等都需要机器人来完成。医生来做手术的不足是：大的手术时间长，人容易疲劳；人手操作的精度还是有限的。•大连理工大学副教授张永顺带领的团队正在研制胶囊医疗微型机器人，并实现了机器人在肠道内的垂直游动，实现在肠道内进退自如，实施窥视、诊断，甚至施药、取样，并且不会对肠胃造成损伤，减轻患者痛苦，缩短康复时间，降低医疗费用。•今年7月3日，我国首台微创外科手术机器人“妙手A”系统在天津大学举行的鉴定会上成功的将一头小猪的胆囊摘除，填补了国内空白，达到国际领先水平。•在制造业中的应用：主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。目前，由于机器人技术以及研发的落后，工业机器人还主要应用在制造业。据统计，近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业。可见，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。其中，焊接机器人在汽车制造业中发挥着不可替代的作用。近年来，焊接机器人在大连华克、上海华克、上海龙马神、南京新迪、长春佛吉亚、上海汇众等零部件及配件生产企业也有着典型的应用。•近几年来，随着经济的快速境长，特别是汽车业的高速发展，我国每年新增的工业机器人台数以及总拥有量都在快速增长。广泛采用工业机器人，不仅可以有效提高产品质量，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本都具有十分重要的意义。•川崎机器人（天津）有限公司是由川崎重工业株式会社100%投资，并于2006年8月正式在中国天津经济技术开发区注册成立，主要负责川崎公司生产的机器人在中国境内的销售、售后服务（产业用机器人的保养、维护、维修等）、技术咨询等相关工作。公司拥有丰富的部品在库能够为顾客及时提供所需配件，并且公司内部有展示用喷涂机器人、焊接机器人，以及试验用喷房能够为顾客提供各种相关服务。•在海洋领域的应用：21世纪是人类向海洋进军的世纪。海洋资源是近几年国际上激烈竞争的焦点之一，是各国重要的战略目标。为进行海上石油开发、海洋科学研究、海底矿藏勘探开发、海底打捞救生以及军事应用，如侦察巡逻、扫雷、预警等，迫切需要进一步开发水下作业装备。国际公海组织规定，对有能力进行深海勘探的国家将有优先开采权。九五”期间，我国海洋局已利用本主题开发的6000m水下机器人，在太平洋上勘探了3O万平方公里，并获得了其中矿产资源最丰富的7.5万•平方公里的优先开采权，为后人留下了一份产业，实现了以技术换资源的目标。世博展览的海洋石油981是当今我国最大的设备之一，高130米，重3万吨，可以在3000米水深领域作业，在海底还可以再往下钻九千米。在开采油气资源的同时，对于宣示我国海洋主权具有特殊重要的意义。•在航空航天中的应用：信息、航空、航天，特别是国防工业对精密和超精密加工的需求是非常迫切的。如导弹、航空与航天器上使用的精密陀螺仪（精密陀螺仪转子的偏心增加0.5ｕm，将引起100m的射程误差和50m的轨道误差），飞机和潜艇上使用的高精度叶片，空对空导弹上使用的红外接收器非球面反射镜，航天望远镜上使用的超精密镜片等，无一不需要特殊的精密与超精密加工技术。同时，精密、超精密加工技术是先进制造技术的基础和关键，也是一些高新技术和某些尖端科学赖以存在和发展的基础。第三章机遇与挑战第一节需求分析•我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。从制造业的发展历程看，生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术的不断进步和劳动力成本的不断上升，如何进一步提高生产率、提高产品质量、降低劳动强度、改善劳动条件已经成为不少企业不得不考虑的问题。•作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的要求。总之,劳动力过剩程度降低、单个工人成本上升、对产品质量更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境,工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。•目前，世界工业机器人装机总量已达到一百多万台，主要分布在日本、美国、德国等技术发达国家的制造业中。在中国现在已有3万多台工业机器人在运行使用，但与工业发达国家相比仍然有很大的差距。汽车业是工业机器人应用大户，从汽车制造业每万名生产工人占有机器人的数量来看，日本1710台、意大利1600台，法国1120台，西班牙950台，美国770台，英国610台，瑞典630台，而我国还不到90台（汽车产业职工人数约为356万，参见汽车工业协会2008年11月数据）。由此可见，我国汽车工业的工业机器人市场远未饱和。仅我国汽车工业就存在一个庞大的工业机器人市场，如果考虑到我国整个制造业的需要，工业机器人