什么是機(jī)器人什么是機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)在實(shí)踐中有何用途？除了工業(yè)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人，還有哪些機(jī)器人？什么是服務(wù)機(jī)器人？所有背景和趨勢(shì)一目了然。

我們所說的機(jī)器人是什么意思？

機(jī)器人學(xué)涉及機(jī)器人系統(tǒng)（例如工業(yè)機(jī)器人或服務(wù)機(jī)器人）的起草、創(chuàng)建、控制和應(yīng)用。簡(jiǎn)而言之，可以說：“機(jī)器人是使用中的機(jī)器人。”機(jī)器人的一個(gè)重要特征是機(jī)器人系統(tǒng)與物理世界的交互——機(jī)器人使用其執(zhí)行器和傳感器，并由機(jī)器人控制器控制。因此，機(jī)器人系統(tǒng)的力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)以及電子控制和調(diào)節(jié)在機(jī)器人學(xué)中都起著至關(guān)重要的作用。

從科學(xué)上講，機(jī)器人技術(shù)并沒有明確界定。歸根結(jié)底，機(jī)器人技術(shù)是工程和自然科學(xué)的一個(gè)子領(lǐng)域，受到機(jī)械工程、電氣工程以及數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的強(qiáng)烈影響。但材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)以及心理學(xué)和生物學(xué)也在機(jī)器人研究中發(fā)揮作用。

什么是機(jī)器人？

雖然機(jī)器人技術(shù)的定義有些模糊，但機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人這個(gè)術(shù)語甚至有具體的指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)：

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 775，機(jī)器人是“具有多個(gè)自由度的自動(dòng)控制、可重新編程、多用途的搬運(yùn)設(shè)備，可在自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中使用固定式或移動(dòng)式”。

根據(jù) VDI 指南 2860，工業(yè)機(jī)器人是“具有多個(gè)軸的通用自動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)器，其運(yùn)動(dòng)可以自由編程（即無需機(jī)械干預(yù)），有時(shí)在運(yùn)動(dòng)順序和路徑或角度方面受傳感器控制。工業(yè)機(jī)器人可以配備抓手、工具或其他生產(chǎn)手段，可以執(zhí)行搬運(yùn)和/或生產(chǎn)任務(wù)”。

世界機(jī)器人協(xié)會(huì)，即國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì) (IFR)，將類似于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 的術(shù)語工業(yè)機(jī)器人定義為“可在三個(gè)或更多軸上編程的自動(dòng)控制、可重新編程的多用途機(jī)械手”，它要么是靜止的或移動(dòng)在工業(yè)自動(dòng)化中都可以使用。(ISO 8373)

機(jī)器人一詞從何而來？

機(jī)器人一詞起源于科幻小說。機(jī)器人一詞最早出現(xiàn)在 1921 年 Karel Capek 的戲劇“Rossum 的通用機(jī)器人”（RUR）中。在這部諷刺劇中，卡佩克描述了工作量是真人兩倍的類人機(jī)器。他稱這些機(jī)器為機(jī)器人——在斯拉夫語單詞 robotsa 之后，意思是工作（波蘭語）或艱苦勞動(dòng)（捷克語）。最著名的科幻小說作家之一艾薩克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 寫了幾個(gè)機(jī)器人故事。阿西莫夫制定了著名的機(jī)器人定律，其最高定律是機(jī)器人不得對(duì)人類造成任何傷害。

工業(yè)機(jī)器人的歷史

1954年被認(rèn)為是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人誕生的時(shí)刻，當(dāng)時(shí)George Devol在美國(guó)為“可編程機(jī)械手”注冊(cè)了專利。George Devol 與 Joseph Engelberger 一起開發(fā)了第一款可上市的工業(yè)機(jī)器人 Unimate。

1959 年，通用汽車安裝了 Unimate 的第一個(gè)原型。

1961 年 Unimate 機(jī)器人首次用于通用汽車的生產(chǎn)線。通用汽車在 Ternstedt 的工廠使用了世界上第一臺(tái)實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人，該工廠生產(chǎn)門窗把手、齒輪把手和其他內(nèi)部配件零件。Unimate 機(jī)器人重達(dá) 4,000 磅的手臂遵循存儲(chǔ)在磁鼓上的分步命令，將熱壓鑄金屬部件堆疊在一起。當(dāng)時(shí)機(jī)器人的生產(chǎn)成本高達(dá) 65,000 美元。

從 1966 年起，Unimate 機(jī)器人還可以噴漆和點(diǎn)焊。

1969 年，通用汽車在其位于洛茲敦的裝配廠安裝了第一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人。Unimation 機(jī)器人使超過 90% 的車身焊接工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

工業(yè)機(jī)器人早在 1967 年就傳入歐洲。歐洲第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，也是 Unimate，安裝在瑞典烏普斯蘭韋斯比的 Metallverken。

1971 年，庫卡在辛德芬根的戴姆勒奔馳公司建造了歐洲第一條采用液壓操作機(jī)器人的機(jī)器人焊接線。

結(jié)果，工業(yè)機(jī)器人開始在汽車廠取得勝利——尤其是在車身車間，如今整條街上的工業(yè)機(jī)器人都在那里焊接或噴漆車身。

為什么在工業(yè)中使用機(jī)器人技術(shù)？

今天，機(jī)器人技術(shù)是工業(yè)制造過程靈活自動(dòng)化的一個(gè)重要元素——不僅是長(zhǎng)期以來汽車行業(yè)高度自動(dòng)化的焊接機(jī)器人生產(chǎn)線。機(jī)器人技術(shù)對(duì)于汽車供應(yīng)商、電氣和電子行業(yè)、金屬和塑料行業(yè)，或食品、制藥和生物技術(shù)行業(yè)也發(fā)揮著重要作用。機(jī)器人技術(shù)是工業(yè) 4.0的支柱之一。由于其靈活性和智能性，機(jī)器人解決方案特別適合自動(dòng)化生產(chǎn)，即使是小批量和大量變體。

從工業(yè)機(jī)器人到機(jī)器人系統(tǒng)

工業(yè)中的機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)械手（即實(shí)際的機(jī)器人手臂）、末端執(zhí)行器（工具、抓手）和機(jī)器人控制器以及大部分傳感器或攝像頭和其他附件（如安全裝置）組成。一旦編程，機(jī)器人系統(tǒng)就能夠自主執(zhí)行工作流程或根據(jù)傳感器信息改變?nèi)蝿?wù)的執(zhí)行。

工業(yè)中的機(jī)器人系統(tǒng)可以根據(jù)其運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行區(qū)分

關(guān)節(jié)臂機(jī)器人（通常是六軸），

Scara機(jī)器人（四軸），

龍門式機(jī)器人（主要是三軸）

碼垛機(jī)器人（主要是四軸關(guān)節(jié)臂機(jī)器人）

平行運(yùn)動(dòng)學(xué)，如 delta 機(jī)器人

除了經(jīng)典的工業(yè)機(jī)器人，還有協(xié)作機(jī)器人（cobots），也稱為輕量級(jí)機(jī)器人。協(xié)作機(jī)器人的特點(diǎn)：與人類直接合作（人機(jī)協(xié)作，HRC）相對(duì)安全，操作簡(jiǎn)單。

使用機(jī)器人技術(shù)：機(jī)器人可以用來做什么？

機(jī)器人在工業(yè)中的可能用途非常多樣化。因此，工業(yè)機(jī)器人被廣泛用于各種行業(yè)和應(yīng)用中。典型的應(yīng)用領(lǐng)域是：

●搬運(yùn)：零件搬運(yùn)是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，最終都是關(guān)于使用機(jī)器人將零件從 A 移動(dòng)到 B。

●揀選Pick & Place：機(jī)器人撿起一個(gè)零件 (Pick) 并將其放置 (Place) 到其他地方，例如電路板上的一個(gè)元件。

●機(jī)器裝載也是搬運(yùn)的一部分：機(jī)器人將原始零件裝載到加工機(jī)器上，然后取出成品零件。

●包裝：機(jī)器人從傳送帶上取下巧克力、餅干或香腸，并將它們放入包裝中。或者他們將成品包裝在紙板箱中。

●碼垛：機(jī)器人拿起預(yù)先包裝好的箱子或麻袋（例如在生產(chǎn)線的末端），并根據(jù)特定的模式將它們堆放在托盤上。

●點(diǎn)焊：機(jī)器人通過焊鉗將兩個(gè)壓在一起的工件通過選擇性加熱的方式連接起來。路徑焊接：在路徑焊接中，機(jī)器人通過連續(xù)的焊縫將兩個(gè)零件連接起來。

●油漆：例如，機(jī)器人將油漆均勻地涂在車身上。

●組裝：機(jī)器人將兩個(gè)部分放在一起。

●涂膠/密封：機(jī)器人將粘合劑或密封劑涂在車道上，以連接或密封零件。

●連接：機(jī)器人將零件相互連接 - 例如通過擰緊或鉚接或沖壓或壓制。

●測(cè)量/測(cè)試：機(jī)器人通過例如沿著組件引導(dǎo)光學(xué)測(cè)量傳感器來測(cè)量組件的尺寸。或者機(jī)器人使用圖像處理來檢查存在、形狀、表面和其他質(zhì)量特征。或者機(jī)器人將部件插入測(cè)量機(jī)。

●清潔：機(jī)器人使用壓縮空氣或水清潔組件。

●打標(biāo)：機(jī)器人打上文字或標(biāo)簽（例如用激光）。

●加工：機(jī)器人使用特殊工具接管去毛刺、磨削、銑削、鉆孔或切割。

機(jī)器人市場(chǎng)有多大？

今天，根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)的數(shù)據(jù)，超過300 萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在世界各地的工廠中工作，而且這個(gè)趨勢(shì)還在上升。機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域仍然是搬運(yùn)、焊接和組裝。全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)是中國(guó)，其次是日本、美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)。機(jī)器人密度最高的國(guó)家是韓國(guó)和新加坡，其次是日本和德國(guó)。

什么是服務(wù)機(jī)器人？

根據(jù)世界機(jī)器人協(xié)會(huì) (IFR) 和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 的定義，“服務(wù)機(jī)器人”是“為人或系統(tǒng)執(zhí)行有用任務(wù)的機(jī)器人，工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用除外”(ISO 8373)。簡(jiǎn)而言之：“服務(wù)機(jī)器人都是不直接參與工業(yè)制造過程的機(jī)器人。”

什么是移動(dòng)機(jī)器人？

不同的術(shù)語和系統(tǒng)被概括為移動(dòng)機(jī)器人，例如運(yùn)輸機(jī)器人、物流機(jī)器人、自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 以及更傳統(tǒng)的自動(dòng)導(dǎo)引車 (AGV) 和無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng) (DTS)。移動(dòng)機(jī)器人可以是自動(dòng)駕駛的移動(dòng)平臺(tái)、安裝有機(jī)械臂的移動(dòng)底座或定制的移動(dòng)應(yīng)用程序。

在工業(yè)環(huán)境中，移動(dòng)機(jī)器人用于在工廠運(yùn)輸工件，連接倉庫和生產(chǎn)，或鏈接機(jī)器。或者移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)取代矩陣生產(chǎn)中的經(jīng)典輸送線和裝配線，從而確保超靈活的工廠概念。

電子商務(wù)和航運(yùn)物流也是移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)，自動(dòng)駕駛機(jī)器人用于在倉庫中運(yùn)輸貨物，例如從倉庫中取貨。在將包裹送到收件人家門口的最后一英里領(lǐng)域，也有許多初創(chuàng)公司。

在醫(yī)療保健領(lǐng)域，移動(dòng)機(jī)器人用于在醫(yī)院和護(hù)理設(shè)施中運(yùn)送衣物、材料和藥品，還用于清潔和消毒以及配藥。

移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)還用于機(jī)場(chǎng)、酒店和購物中心等公共區(qū)域——例如作為信息機(jī)器人、酒店客房服務(wù)、清潔和消毒以及安全/監(jiān)控，例如巡邏城市公園。

機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的用途是什么？

農(nóng)業(yè)是服務(wù)機(jī)器人的多功能應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)器人技術(shù)的使用范圍從擠奶機(jī)器人到種植機(jī)器人和除草機(jī)器人到收割機(jī)器人，例如黃瓜。

清潔消毒機(jī)器人

尤其是在新冠肺炎疫情中，專業(yè)清潔消毒機(jī)器人迎來了大熱潮。到 2020 年，他們的銷售額幾乎翻了一番，從 18,000 輛增加到 34,000 輛。一個(gè)很好的例子是 Blue Ocean Robotics 的自主 UVD 消毒機(jī)器人，用于機(jī)場(chǎng)、酒店和鐵路。移動(dòng)、自主的 UVD 消毒機(jī)器人集成了 UVC 光和大量專門用于消毒的應(yīng)用程序，不僅可以對(duì)表面進(jìn)行消毒，還可以對(duì)空氣進(jìn)行消毒以對(duì)抗病毒和細(xì)菌。歸根結(jié)底，這些消毒機(jī)器人是一種具有特殊應(yīng)用結(jié)構(gòu)的自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）。

什么是醫(yī)療機(jī)器人？

例如，醫(yī)療機(jī)器人用于手術(shù)室。然而，在大多數(shù)情況下，它們不會(huì)取代外科醫(yī)生，而是用作微創(chuàng)干預(yù)中的精確助手。外科醫(yī)生不是親自操作外科醫(yī)生，而是借助操縱桿和腳踏板通過控制臺(tái)控制機(jī)器人。

一個(gè)著名的例子是達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，它用于進(jìn)行微創(chuàng)泌尿外科和婦科手術(shù)。但也有攝像頭控制的毛發(fā)移植機(jī)器人，其中一些可以自主工作。捐贈(zèng)者的頭發(fā)由一個(gè)特殊的機(jī)器人從后腦勺移除。這會(huì)掃描現(xiàn)有的頭發(fā)并沖出適當(dāng)?shù)拿摇Ｈ缓笥檬謱⑺鼈円浦驳绞苊摪l(fā)影響的區(qū)域。

什么是輔助機(jī)器人？

輔助機(jī)器人可用于公共場(chǎng)所，也可用于家庭或護(hù)理。一個(gè)例子是在 Saturn Mediamarkt 使用的 Paul 機(jī)器人。Paul 是一款自動(dòng)駕駛輔助機(jī)器人，由 Fraunhofer IPA 專門開發(fā)用于零售。在電子產(chǎn)品商店，他向顧客打招呼，回答問題并展示購買所需產(chǎn)品的方法。

在家庭或護(hù)理中，輔助機(jī)器人可以減輕老年護(hù)理機(jī)構(gòu)和醫(yī)院的工作人員的負(fù)擔(dān)，或?yàn)槔夏耆撕腿粘Ｉ钪行枰o(hù)理的人提供支持。他們可以招待老年人，但他們也可以提供接送服務(wù)，或者，例如，提醒癡呆癥患者喝足夠的水。然而，機(jī)器人（還）不能對(duì)人類進(jìn)行真正的護(hù)理活動(dòng)。

輔助機(jī)器人還包括遠(yuǎn)程呈現(xiàn)機(jī)器人，例如在電暈大流行期間越來越多地使用它們。一個(gè)人無需親自到場(chǎng)，而是通過相機(jī)和平板電腦顯示器遠(yuǎn)程控制移動(dòng)平臺(tái)。

什么是家用機(jī)器人？

在家庭中，機(jī)器人可以承擔(dān)煩人的日常任務(wù)，尤其是修剪草坪或吸塵。亞馬遜的 Astro 也是家用機(jī)器人之一。移動(dòng)機(jī)器人有一個(gè)屏幕，可以用攝像頭和麥克風(fēng)捕捉周圍的環(huán)境，并在輪子上繞著房子移動(dòng)。

人形機(jī)器人：以人為榜樣

擬人或類人機(jī)器人是關(guān)于四肢、面部表情和手勢(shì)以及自然語言技能的制造。簡(jiǎn)而言之：重點(diǎn)是一個(gè)人的看似真實(shí)的副本。然而，在實(shí)踐中，機(jī)器人看起來與人類看似相似通常毫無意義，因?yàn)檫@會(huì)引起觀眾的恐懼（恐怖谷）。

納米機(jī)器人有什么作用？

在納米技術(shù)中，納米機(jī)器人或納米機(jī)器人是最小形式的分子機(jī)器。納米機(jī)器人可用于醫(yī)療應(yīng)用，通過在體細(xì)胞或血管中以有針對(duì)性的方式向患者輸送藥物。

軟件機(jī)器人或機(jī)器人是真正的機(jī)器人嗎？

純軟件機(jī)器人（bots）是在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域開發(fā)的，用于軟件和 IT 領(lǐng)域。軟件機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行某些任務(wù)的小型軟件程序。軟件機(jī)器人不僅使用系統(tǒng)API，還可以通過表現(xiàn)層控制應(yīng)用軟件，類似于人類的實(shí)現(xiàn)。但它們不是經(jīng)典意義上的機(jī)器人技術(shù)——因?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)旨在與物理世界互動(dòng)。聊天機(jī)器人或文本機(jī)器人等自動(dòng)從數(shù)據(jù)創(chuàng)建文本的應(yīng)用程序是純軟件程序，因此不是真正的機(jī)器人。因此，機(jī)器人過程自動(dòng)化（RPA）與使用機(jī)器人來自動(dòng)化制造過程無關(guān)。

“服務(wù)機(jī)器人都是不直接參與工業(yè)制造過程的機(jī)器人。”

IFR 根據(jù)個(gè)人或?qū)I(yè)用途區(qū)分服務(wù)機(jī)器人。專業(yè)服務(wù)機(jī)器人包括例如物流機(jī)器人/移動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人以及醫(yī)療機(jī)器人和農(nóng)業(yè)機(jī)器人。家用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了個(gè)人使用服務(wù)機(jī)器人（如吸塵器和清潔機(jī)器人、割草機(jī)和娛樂機(jī)器人）的最大銷售數(shù)字。另一個(gè)增長(zhǎng)的市場(chǎng)是老年人或殘疾人的輔助機(jī)器人。

協(xié)作機(jī)器人也是服務(wù)機(jī)器人嗎？

不，不一定。例如，將零件插入機(jī)器或執(zhí)行組裝任務(wù)的協(xié)作機(jī)器人或協(xié)作機(jī)器人屬于 IFR 定義的工業(yè)機(jī)器人，因?yàn)樗鼘ｉT用于制造過程。因此，IFR 在其工業(yè)機(jī)器人統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中計(jì)算了協(xié)作機(jī)器人。相比之下，在機(jī)器人酒吧分配飲料的協(xié)作機(jī)器人是服務(wù)機(jī)器人。

但當(dāng)然，界限正在模糊。例如，連接倉庫和生產(chǎn)的移動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人被視為服務(wù)機(jī)器人，因?yàn)樗鼒?zhí)行取貨和送貨服務(wù)。但是，如果將協(xié)作機(jī)器人安裝在移動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人上，該機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)執(zhí)行簡(jiǎn)單的組裝、測(cè)試和貼標(biāo)任務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)——至少部分——成為一個(gè)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。