任务1 了解机器人分类及应用
知识目标
①了解机器人的提出、产生过程及定义；知道第一、二、三代机器人的主要区别。
②了解机器人的一般分类方法。
③熟悉工业机器人的分类、产品及应用情况。
④了解服务机器人的分类及一般应用领域。
能力目标
①能正确判定机器人的技术水平，区分工业机器人、服务机器人。
②能正确区分加工类、装配类、搬运类、包装类工业机器人。
③能说出服务机器人的一般应用领域及其类别。
基础学习
一、机器人的产生及定义
1.概念的提出
机器人（Robot）一词源自捷克著名剧作家Karel 
apek（卡雷尔·恰佩克）1921年创作的剧本《Rossumovi univerzlní roboti》（罗萨姆的万能机器人，简称R.U.R），由于R.U.R剧中的人造机器被取名为Robota（捷克语，即奴隶、苦力），因此，英文Robot一词开始代表机器人。
机器人概念一经出现，首先引起了科幻小说家的广泛关注。自20世纪20年代起，机器人成了很多科幻小说、电影的主人公，如星球大战中的C3P等。科幻小说家的想象力是无限的。为了预防机器人可能引发的人类灾难，1942年，美国科幻小说家Isaac Asimov（艾萨克·阿西莫夫）在《I，Robot》的第4个短篇《Runaround》中，首次提出了“机器人学三原则”，它被称为“现代机器人学的基石”，这也是“机器人学（Robotics）”这个名词在人类历史上的首度亮相。
机器人学三原则的主要内容如下。
原则1：机器人不能伤害人类，或因其不作为而使人类受到伤害。
原则2：机器人必须执行人类的命令，除非这些命令与原则1相抵触。
原则3：在不违背原则1、原则2的前提下，机器人应保护自身不受伤害。
到了1985年，Isaac Asimov在机器人系列最后作品《Robots and Empire》中，又补充了凌驾于“机器人学三原则”之上的“原则0”：
原则0：机器人必须保护人类的整体利益不受伤害，其他3条原则都必须在这一前提下才能成立。
继Isaac Asimov之后，其他科幻作家还不断提出了对“机器人学三原则”的补充、修正意见，但是，这些大都是科幻小说家对想象中机器人所施加的限制；实际上，“人类整体利益”等概念本身就是模糊的，甚至连人类自己都搞不明白，更不要说机器人了。因此，目前人类的认识和科学技术实际上还远未达到制造科幻片中的机器人的水平；制造出具有类似人类智慧、感情、思维的机器人仍属于科学家的梦想和追求。
2.工业机器人的产生
现代机器人的研究起源于20世纪中叶的美国，它从工业机器人的研究开始。
第二次世界大战期间，由于军事、核工业的发展需要，在原子能实验室的恶劣环境下，需要有操作机械来代替人类进行放射性物质的处理。为此，美国的Argonne National Laboratory（阿尔贡国家实验室）开发了一种遥控机械手（Teleoperator）。接着，在1947年，又开发出了一种伺服控制的主-从机械手（Master-Slave Manipulator），这些都是工业机器人的雏形。
工业机器人的概念由美国发明家George Devol（乔治·德沃尔） 最早提出，他在1954年申请了专利，并在1961年获得授权。1958年，美国著名的机器人专家Joseph F.Engelberger（约瑟夫·恩盖尔柏格）建立了Unimation公司，并利用George Devol的专利，于1959年研制出了图1-1-1所示的世界上第一台真正意义上的工业机器人Unimate，开创了机器人发展的新纪元。
图1-1-1 Unimate工业机器人
Joseph F.Engelberger对世界机器人工业的发展做出了杰出的贡献，被人们称为“机器人之父”。1983年，就在工业机器人销售日渐增长的情况下，他又毅然决定将Unimation公司出让给美国Westinghouse Electric Corporation（西屋电气公司，又译威斯汀豪斯电气公司），并创建了TRC公司，并前瞻性地开始了服务机器人的研发工作。
从1968年起，Unimation公司先后将工业机器人的制造技术转让给了日本KAWASAKI（川崎）公司和英国GKN公司等企业，机器人开始在日本和欧洲得到了快速发展。据有关方面的统计，目前世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已在进行智能机器人开发。美国、日本、德国、法国等都是机器人的研发和制造大国，无论在基础研究还是产品研发、制造方面，都居世界领先水平。
3.机器人的定义
由于机器人的应用领域众多、发展速度快，加上它又涉及人类的有关概念，因此，对于机器人，世界各国标准化机构，甚至同一国家的不同标准化机构，至今尚未形成一个统一、准确、世所公认的严格定义。
例如，欧美国家一般认为，机器人是一种“由计算机控制，可通过编程改变动作的多功能、自动化机械”。而日本作为机器人生产的大国，则将机器人分为“能够执行人体上肢（手和臂）类似动作”的工业机器人和“具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为”的智能机器人两大类。
客观地说，欧美国家的机器人定义侧重其控制方式和功能，其定义和现行的工业机器人较接近；而日本的机器人定义，关注的是机器人的结构和行为特性，且已经考虑到了现代智能机器人的发展需要，其定义更为准确。
作为参考，目前在相关资料中使用较多的机器人定义主要有以下几种。
（1）ISO（国际标准化组织）定义：机器人是一种“自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，执行各种任务”。
（2）JRA（日本机器人协会）将机器人分为工业机器人和智能机器人两大类，工业机器人是一种“能够执行人体上肢（手和臂）类似动作的多功能机器”；智能机器人是一种“具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器”。
（3）NBS（美国国家标准局）定义：机器人是一种“能够进行编程，并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。
（4）RIA（美国机器人协会）定义：机器人是一种“用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程的动作来执行各种任务的，具有编程能力的多功能机械手”。
（5）我国GB/T12643标准定义：工业机器人是一种“能够自动定位控制，可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操持工具，用于完成各种作业”。
以上标准化机构及专门组织对机器人的定义都是在特定时间给出的，多偏重于工业机器人，而科学技术对未来是无限开放的，当代智能机器人无论在外观还是在功能、智能化程度方面，都已超出了传统工业机器人的范畴，而且机器人正在源源不断地向人类活动的各个领域渗透，它所涵盖的内容也越来越丰富。
二、机器人的发展
机器人最早用于工业领域，用来协助人类完成重复、单调、长时间的工作，或进行高温、粉尘、有毒、辐射、易燃、易爆等恶劣、危险环境下的作业。随着科学技术发展和智能化技术研究的深入，各式各样具有感知、决策、行动和交互能力的可适应不同领域特殊要求的机器人相继问世，机器人已开始进入人们生产、生活的各个领域。
1.第一代机器人
第一代机器人一般是指能通过离线编程或示教操作生成程序，并再现动作的机器人。第一代机器人所使用的技术和数控机床十分相似，可通过离线编制的程序控制机器人的运动，也可通过手动示教操作（数控机床称为Teach in操作），使机器人记录运动过程并生成程序，并进行再现运行。
第一代机器人的全部行为完全由人控制，它没有分析和推理能力，无智能性，其控制以示教、再现为主，故又称示教再现机器人。第一代机器人现已实用和普及，包括图1-1-2所示的大多数工业机器人都属于第一代。
图1-1-2 第一代机器人
2.第二代机器人
第二代机器人装备有一定数量的传感器，它能获取作业环境、操作对象的部分信息，并通过计算机的分析处理作出简单的推理，适当调整自身的动作和行为。
例如，在图1-1-3（a）所示的探测机器人上，可通过所安装的摄像头及视觉传感系统识别图像，判断和规划探测车的运动轨迹，它对外部环境具有了一定的适应能力。在图1-1-3（b）所示的人机协同作业机器人上，触觉传感系统能防止人体碰撞，实现安全的人机协同作业。
（a）探测机器人 （b）人机协同作业机器人
图1-1-3 第二代机器人
第二代机器人已具备一定的感知和简单推理能力，故又称感知机器人或低级智能机器人，当前使用的大多数服务机器人或多或少都已经具备第二代机器人的特征。
3.第三代机器人
第三代机器人具有高度的自适应能力，具有多种感知机能，可通过复杂的推理作出判断和决策，自主决定机器人的行为，具有相当程度的智能，故称为智能机器人。第三代机器人目前主要用于家庭、个人服务及军事、航天等领域，目前只有美国、日本、德国等少数发达国家能掌握和应用。
日本HONDA（本田）公司最新研发的图1-1-4（a）所示的Asimo机器人不仅能实现跑步、爬楼梯、跳舞等动作，还能进行踢球、倒饮料、打手语等简单智能动作。日本Riken Institute（理化学研究所）最新研发的图1-1-4（b）所示的Robear机器人，其肩部、关节等部位都安装有测力感应系统，它能够像人一样柔和地将卧床者从床上扶起，或将坐着的人抱起，其样子亲切可爱，充满活力。
图1-1-4 第三代机器人
三、机器人的分类
机器人的分类方法很多，但由于人们观察问题的角度有所不同，目前还没有一种世所公认的完美分类方法。总体而言，通常机器人分类方法有专业分类法和应用分类法两种。
1.专业分类法
专业分类法一般是机器人设计、制造和使用厂家技术人员所使用的分类方法，其专业性较强，业界外较少使用。目前，可按机器人控制系统的技术水平、机械结构形态和运动控制方式进行分类。
（1）按控制系统的技术水平分类。根据机器人目前的控制系统水平，一般可分为示教再现机器人（第一代）、感知机器人（第二代）、智能机器人（第三代）三类。
（2）按机械结构形态分类。根据机器人现有的机械结构形态，可分为圆柱坐标（Cylindrical Coordinate）、球坐标（Polar Coordinate）、直角坐标（Cartesian Coordinate）及关节型（Articulated）、并联型（Parallel）等，其中以关节型机器人为常用。不同形态机器人在外观、机械结构、控制要求、工作空间等方面均有较大的区别。例如，关节型机器人的动作类似人类手臂，而直角坐标及并联型机器人的外形和结构则与数控机床十分类似等。有关工业机器人的结构形态，将在项目二进行详细阐述。
（3）按运动控制方式分类。根据机器人的运动控制方式，可分为顺序控制型、轨迹控制型、远程控制型、智能控制型等。顺序控制型又称点位控制型，这种机器人只需要按照规定的次序和移动速度运动到指定点进行定位，而不需要控制移动过程中的运动轨迹，它可以用于物品搬运等。轨迹控制型机器人需要同时控制移动轨迹、移动速度和运动终点，它可用于焊接、喷漆等连续移动作业。远程控制型机器人可实现无线遥控，如军事机器人、空间机器人、水下机器人等。智能控制型机器人就是前述的第三代机器人，多用于军事、场地、医疗等行业。
2.应用分类法
应用分类法是根据机器人应用环境（用途）进行分类的大众分类方法，其定义通俗，易为公众所接受。例如，日本将机器人分为工业机器人和智能机器人两类，我国则分为工业机器人和特种机器人两类等，然而由于对机器人的智能性判别尚缺乏严格、科学的标准，工业机器人和特种机器人的界线也较难划分，因此本书参照国际机器人联合会（IFR）的相关定义，根据机器人的应用环境将机器人分为工业机器人和服务机器人两类，前者用于环境已知的工业领域，后者用于环境未知的服务领域。如进一步细分，目前常用的机器人基本上可分为图1-1-5所示的几类。
图1-1-5 机器人的分类
（1）工业机器人。工业机器人（Industrial Robot，简称IR）是指在工业环境下应用的机器人，它是一种可编程的多用途自动化设备。当前实用化的工业机器人以第一代示教再现机器人居多，但部分工业机器人已能通过图像的识别、判断来规划或探测途径，对外部环境具有了一定的适应能力，初步具备了第二代感知机器人的一些功能。
工业机器人可根据其用途和功能，分为加工、装配、搬运、包装4大类；在此基础上，还可对每类进行细分。
（2）服务机器人。服务机器人（Personal Robot，简称PR）是服务于人类非生产性活动的机器人的总称，它在机器人中所占的比例高达95%以上。根据国际机器人联合会的定义，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机械设备，它能完成有益于人类的服务工作，但不直接从事工业品的生产。
服务机器人的涵盖范围非常广，除工业生产用的机器人外，其他所有的机器人均属于服务机器人的范畴。
实践指导
一、工业机器人的分类及应用
工业机器人（Industrial Robot，简称IR）是用于工业生产环境的机器人的总称。用工业机器人替代人工操作，不仅可保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率，而且能够起到提高产品质量、节约原材料消耗及降低生产成本等多方面作用，因而它在工业生产各领域的应用也越来越广泛。
1.工业机器人的分类
工业机器人自1959年问世以来，经过近六十年的发展，在各方面都有了很大的变化，结构越来越合理，控制越来越先进，功能越来越强大。根据工业机器人的功能与用途，其主要产品大致可分为图1-1-6所示的加工、装配、搬运、包装4大类。
图1-1-6 工业机器人的分类
（1）加工机器人。加工机器人是直接用于工业产品加工作业的工业机器人，常用的有金属材料焊接、切割、折弯、冲压、研磨、抛光等；此外，也有部分用于建筑、木材、石材、玻璃等行业的非金属材料切割、研磨、雕刻、抛光等加工作业。
焊接、切割、研磨、雕刻、抛光加工的作业环境通常较恶劣，加工时所产生的强弧光、高温、烟尘、飞溅物、电磁波等都有害于人体健康。这些行业采用机器人自动作业，不仅可改善工作环境，避免人体伤害，而且还可自动连续工作，提高工作效率和改善加工质量。
焊接机器人（Welding Robot）是目前工业机器人中产量最大、应用最广的一种，被广泛用于汽车、铁路、航空航天、军工、冶金、电气等行业。自1969年美国GM公司（通用汽车）在美国Lordstown汽车组装生产线上装备首台汽车点焊机器人以来，机器人焊接技术已日臻成熟，通过机器人的自动化焊接作业，可提高生产率，确保焊接质量，改善劳动环境。
材料切割是工业生产不可缺少的加工方式，从传统的金属材料火焰切割、等离子切割到可用于多种材料的激光切割加工，都可用机器人完成切割作业。目前薄板类材料的切割大多采用数控火焰切割机、数控等离子切割机和数控激光切割机等数控机床完成，但异形、大型材料或废旧船舶、车辆等大型设备的切割已开始逐步使用工业机器人。
研磨、雕刻、抛光机器人主要用于汽车、摩托车、工程机械、家具建材、电子电气、陶瓷卫浴等行业的表面处理。使用研磨、雕刻、抛光机器人不仅能使操作者远离高温、粉尘、有毒、易燃、易爆的工作环境，而且能够提高加工质量和生产效率。
（2）装配机器人。装配机器人（Assembly Robot）是将不同的零件或材料组合成组件或成品的工业机器人，常用的有组装和涂装2大类。
计算机（Computer）、通信（Communication）和消费性电子（Consumer Electronic）行业（简称3C行业）是目前组装机器人最大的应用市场。3C行业是典型的劳动密集型产业，采用人工装配，不仅需要大量的员工，而且操作工人的工作高度重复，操作频繁，劳动强度极大；此外，随着电子产品不断向轻薄化、精细化方向发展，产品对零部件装配的精细程度要求在日益提高，部分作业人工已无法完成。
涂装类机器人用于部件或成品的上漆、喷涂等表面处理，这类作业环境通常含有影响人体健康的有害、有毒气体，采用机器人自动作业后，不仅可改善作业环境，避免有害、有毒气体的危害，而且还可自动连续工作，提高工作效率和改善加工质量。
（3）搬运机器人。搬运机器人是从事物体移动作业的工业机器人的总称，常用的主要有输送机器人（Transfer Robot）和装卸机器人（Handling Robot）2大类。
工业生产中的输送机器人以无人搬运车（Automated Guided Vehicle，简称AGV）为主。AGV依靠计算机控制系统和路径识别传感器，能够自动行走和定位停止，广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的物品搬运和输送。在机械加工行业，AGV大多用于无人化工厂、柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS）的工件、刀具输送，它通常需要与自动化仓库、刀具中心及数控加工设备、柔性加工单元（Flexible Manufacturing Cell，简称FMC）的控制系统互连，以构成无人化工厂、柔性制造系统的自动化物流系统。
装卸机器人多用于机械加工设备的工件装卸（上下料），它通常和数控机床等自动化加工设备组合，构成柔性加工单元（FMC），成为无人化工厂、柔性制造系统（FMS）的一部分。装卸机器人还经常用于冲剪、锻压、铸造等设备的上下料，以替代人工完成高风险、高温等恶劣环境下的危险作业或繁重作业。
（4）包装机器人。包装机器人（Packaging Robot）是用于物品分类、成品包装、码垛的工业机器人，常用的主要有分拣、包装和码垛3类。
计算机、通信和消费性电子行业（3C行业）和化工、食品、饮料、药品行业是包装机器人的主要应用领域。3C行业的产品产量大，周转速度快，成品包装任务繁重，而化工、食品、饮料、药品行业由于行业特殊性，人工作业涉及安全、卫生、清洁、防水、防菌等方面的问题，因此都需要利用装配机器人来完成物品的分拣、包装和码垛作业。
2.工业机器人应用
根据国际机器人联合会（IFR）的最新统计，当前工业机器人的应用分布情况大致如图1-1-7所示。其中，汽车制造业、电子电气工业、金属制品业是目前工业机器人的主要应用领域。
图1-1-7 工业机器人的应用分布
汽车及汽车零部件制造业历来是工业机器人用量最大的行业，其机器人使用量长期保持在工业机器人应用总量的40%以上，采用的机器人以加工、装配类机器人为主，是焊接、研磨、抛光及装配、涂装机器人的主要应用领域。
电子电气（包括计算机、通信、家电、仪器仪表等）是工业机器人应用的另一主要行业，其使用量也保持在工业机器人应用总量的20%以上，使用的主要机器人产品为装配、包装类机器人。
金属制品及加工业的机器人用量大致在工业机器人应用总量的10%左右，使用的机器人产品主要为搬运类的输送机器人和装卸机器人。
建筑、化工、橡胶、塑料以及食品、饮料、药品等其他行业的机器人用量都在工业机器人应用总量的10%以下，橡胶、塑料、化工、建筑行业使用的机器人种类较多；食品、饮料、药品行业使用的机器人通常以加工、包装类为主。
中国是目前全世界最大的工业机器人消费国家，可以说近年来全球工业机器人消费的增长，基本上来自中国市场。据中国机器人产业联盟、美国《华尔街日报》等统计，2013年中国的工业机器人销量为3.7万台，约占全球销量（17.7万台）的1/5；2014年、2015年，中国工业机器人的年销量分别为5.7万、6.6万台，达到全球销售量（22.5万、24.7万台）的1/4以上； 2016年、2017年，中国工业机器人的年销量更是达到了8.7万、14.1万台，占全球销售量（29.4万、38万台）的1/3以上。但是，我们应当清醒地认识到，中国工业机器人市场的壮大，在很大程度上得益于国家政策，而并不代表我国的工业自动化程度已真正超过了发达国家。
二、工业机器人生产企业与产品
目前，全球工业机器人的主要生产厂家主要有日本的FANUC（发那科）、YASKAWA（安川）、KAWASAKI（川崎）、NACHI（不二越）、DAIHEN（OTC或欧希地）、PANASONIC（松下），瑞士和瑞典的ABB，德国的KUKA（库卡）、REIS（徕斯，现为KUKA成员），意大利的COMAU（柯马），奥地利的IGM（艾捷默），韩国的HYUNDAI（现代）等。其中，FANUC、YASKAWA、ABB、KUKA是当前工业机器人研发、生产的代表性企业；KAWASAKI、NACHI公司是全球最早从事工业机器人研发生产的企业；DAIHEN的焊接机器人是国际名牌产品。以上企业的产品在我国的应用最为广泛。
工业机器人研发的起始时间基本分为图1-1-8所示的20世纪60年代末、70年代中、70年代末3个时期。
图1-1-8 工业机器人研发起始时间
日本的FANUC（发那科）、YASKAWA（安川）、KAWASAKI（川崎），欧洲的ABB、KUKA是目前工业机器人的主要生产企业，其主要产品研发情况简介如下。
1. FANUC（发那科）
FANUC（发那科）是目前全球最大、最著名的数控系统（CNC）生产厂家和全球产量最大的工业机器人生产厂家，其产品的技术水平居世界领先地位。FANUC从1956年起就开始从事数控和伺服的民间研究，1972年正式成立FANUC公司；1974年开始研发、生产工业机器人。FANUC公司的工业机器人及关键部件的研发、生产历史如下。
1972年：FANUC公司正式成立。
1974年：开始进入工业机器人的研发、生产领域，并从美国GETTYS公司引进了直流伺服电机的制造技术，进行商品化与产业化生产。
1977年：开始批量生产、销售ROBOT-MODEL1工业机器人。
1982年：FANUC和GM公司合资，在美国成立了GM Fanuc机器人公司（GM Fanuc Robotics Corporation），专门从事工业机器人的研发、生产；同年还成功研发了交流伺服电机产品。
1992年： FANUC在美国成立了全资子公司GE Fanuc机器人公司（GE Fanuc Robotics Corporation）；同年，和我国机械电子工业部北京机床研究所合资，成立了北京发那科（FANUC）机电有限公司。
1997年：和上海电气集团合资，成立了上海发那科（FANUC）机器人有限公司，成为最早进入中国市场的国外工业机器人企业之一。
2008年：工业机器人总产量位居全世界第一，成为全球首家突破20万台工业机器人总产量的生产企业。
2011年：成为全球首家突破25万台工业机器人总产量的生产企业，工业机器人总产量继续位居全世界第一。
2. YASKAWA（安川）
YASKAWA（安川）公司成立于1915年，是全球著名的伺服电机、伺服驱动器、变频器和工业机器人生产厂家，其工业机器人的总产量目前名列全球前两名，它也是首家进入中国的工业机器人企业。YASKAWA（安川）公司的工业机器人及关键部件的研发、生产历史如下。
1915年：YASKAWA（安川）公司正式成立。
1954年：与BBC德国公司合作，开始研发直流电机产品。
1977年：垂直多关节工业机器人MOTOMAN-L10研发成功，创立了MOTOMAN工业机器人品牌。
1983年：开始产业化生产交流伺服驱动产品。
1990年：带电作业机器人研发成功，MOTOMAN机器人中心成立。
1996年：北京工业机器人合资公司正式成立，成为首家进入中国的工业机器人企业。
2003年：MOTOMAN机器人总销量突破10万台。
2005年：推出新一代双腕7轴工业机器人，并批量生产。
2006年：MOTOMAN机器人总销量突破15万台。
2008年：MOTOMAN机器人总销量突破20万台，与FANUC公司同时成为全球工业机器人总产量超20万台的企业。
2014年：MOTOMAN机器人总销量突破30万台。
3.KAWASAKI（川崎）
KAWASAKI（川崎）公司成立于1878年，是日本著名大型企业集团，集团公司下辖有车辆、宇宙航空、燃气轮机、机械、通用机、船舶等公司和部门，拥有上百家分公司和企业。KAWASAKI公司的业务范围涵盖航空、航天、军事、电力、铁路、造船、工程机械、钢结构、发动机、摩托车、机器人等众多领域，其产品代表了日本科技的先进水平。
KAWASAKI公司的主营业务实际上以大型装备为主，包括飞机（特别是直升飞机）、坦克、桥梁、电气机车及火力发电、金属冶炼设备等。日本第一台蒸汽机车由KAWASAKI（川崎）制造，新干线的电气机车大都由KAWASAKI公司制造。KAWASAKI是日本仅次于三菱重工的著名军工企业，是日本自卫队飞机和潜艇的主要生产商。日本第一艘潜艇、“榛名”号战列舰、“加贺”号航空母舰、“飞燕”战斗机、“五式”战斗机、“一式”运输机等军用产品也都由KAWASAKI公司参与建造。此外，KAWASAKI公司也是世界著名的摩托车和体育运动器材生产厂家。
KAWASAKI（川崎）公司的工业机器人研发始于1968年，是日本最早研发、生产工业机器人的著名企业，曾研制出了日本首台工业机器人“川崎-Unimation2000”和全球首台用于摩托车车身焊接的弧焊机器人等标志性产品，在焊接机器人技术方面居世界领先水平。
4. ABB
ABB集团公司是由原总部位于瑞典的ASEA和总部位于瑞士的BBC两个具有百年历史的著名电气公司于1988年合并而成。ABB的集团总部位于瑞士苏黎世，低压交流传动研发中心位于芬兰赫尔辛基，中压传动研发中心位于瑞士，直流传动及传统低压电器等产品的研发中心位于德国法兰克福。
ASEA公司成立于1890年，1942年研发制造了世界首台120MV·A/220kV变压器；1954年，建造了世界首条100kV高压直流输电线路；1969年，ASEA公司研发出全球第一台喷涂机器人，开始进入工业机器人的研发制造领域。
BBC公司成立于1891年，是全球首家高压输电设备生产供应商；1901年研发制造了欧洲首台蒸汽涡轮机。BBC又是著名的低压电器和电气传动设备生产企业，其产品广泛应用于工商业、民用建筑配电、各类自动化设备和大型基础设施工程。
组建后的ABB公司业务范围更广，成为世界电力和自动化技术领域的领导厂商之一。ABB公司协助建造了我国第一艘采用电力推进装置的科学考察船、第一座自主设计的半潜式钻井平台、第一条全自动重型卡车冲压生产线等重大装备，参与了四川锦屏至苏南的2090km 7200MW/800kV输电线路（世界最长、容量最大的特高压直流输电线路）、武广高铁（中国第一条高速铁路，全长1068km，设计时速350km/h）、江苏如东海上风电基地（中国最大的海上风电基地）、上海罗泾港码头（中国第一座全自动散货码头）、江苏沙钢集团（全球最先进、高效的轧钢厂）等重大工程建设。
ABB公司是全球最早从事工业机器人研发制造的企业之一，其工业机器人累计销量已超过20万台，产品规格全、产量大，是世界著名的工业机器人制造商和我国工业机器人的主要供应商之一。ABB公司的工业机器人及关键部件的研发、生产历史如下。
1969年：研制出全球首台喷涂机器人，并在挪威投入使用。
1974年：研制出了世界首台微机控制、全电气驱动的5轴涂装机器人IRB 6。
1998年：研制出了Flex Picker柔性手指和Robot Studio离线编程和仿真软件。
2005年：ABB在上海成立机器人研发中心，并建成了机器人生产线。
2009年：研制出当时全球精度最高、速度最快、质量为25kg的6轴小型工业机器人IRB 120。
2010年：ABB最大的工业机器人生产基地和唯一的喷涂机器人生产基地——中国机器人整车喷涂实验中心建成。
2011年：研制出全球最快码垛机器人IRB 460。
2014年：研制出当前全球首台真正意义上可实现人机协作的机器人YuMi。
5. KUKA（库卡）
KUKA（库卡）公司的创始人为Johann Josef Keller和Jakob Knappich，公司于1898年在德国巴伐利亚州的奥格斯堡（Augsburg）正式成立，取名为“Keller und Knappich Augsburg”，简称KUKA。KUKA公司最初的主要业务为室内及城市照明，后开始从事焊接设备、大型容器、市政车辆的研发生产，1966年成为欧洲市政车辆的主要生产商。
KUKA公司的工业机器人研发始于1973年；1995年，其机器人事业部与焊接设备事业部分离，成立KUKA机器人有限公司。KUKA公司是世界著名的工业机器人制造商之一，其产品规格全、产量大，是我国目前工业机器人的主要供应商之一。KUKA公司的工业机器人及关键部件的研发、生产历史如下。
1973年：研发出世界首台6轴工业机器人FAMULUS。
1985年：研制出世界首台具有3个平移和3个转动自由度的Z型6自由度机器人。
1989年：研发出交流伺服驱动的工业机器人产品。
2007年：“KUKA titan”6轴工业机器人研发成功，产品被收入吉尼斯纪录。
2012年：研发出小型工业机器人产品系列KR Agilus。
2013年：研发出概念机器车moiros，并获2013年汉诺威工业博览会机器人应用方案冠军和Robotics Award大奖。
2014年：德国REIS（徕斯）公司并入KUKA（库卡）公司。
2016年：中国美的集团收购库卡85%的股权。
拓展提高
一、服务机器人简介
1.产品及应用
服务机器人是服务于人类非生产性活动的机器人的总称。从控制要求、功能、特点等方面看，服务机器人与工业机器人的本质区别在于：工业机器人所处的工作环境在大多数情况下是已知的，因此，利用第一代机器人技术已可满足其要求；然而，服务机器人的工作环境在绝大多数场合是未知的，故都需要使用第二代、第三代机器人技术。从行为方式上看，服务机器人一般没有固定的活动范围和规定的动作行为，它需要有良好的自主感知、自主规划、自主行动和自主协同等方面的能力，因此服务机器人较多地采用仿生、车辆等结构形态。
早在1967年，在日本举办的第一届机器人学术会议上，人们就提出了两种描述服务机器人特点的代表性意见。一种意见认为服务机器人是一种“具有自动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、移动性、作业性、信息性、柔性、有限性等特征的自动化机器”；另一种意见认为具备如下3个条件的机器可称为服务机器人：
（1）具有类似人类的脑、手、脚等的功能要素；
（2）具有非接触式和接触式传感器；
（3）具有平衡觉和固有觉传感器。
当然，鉴于当时的情况，以上定义都强调了服务机器人的“类人”含义，突出了由“脑”统一指挥、靠“手”进行作业、靠“脚”实现移动、通过非接触式传感器和接触式传感器使机器人识别外界环境、利用平衡觉和固有觉传感器感知本身状态等基本属性。但它对服务机器人的研发仍具有参考价值。
服务机器人的出现虽然晚于工业机器人，但由于它与人类进步、社会发展、公共安全等诸多重大问题息息相关，应用领域众多，市场广阔，因此其发展非常迅速，潜力巨大。有国外专家预测，在不久的将来，服务机器人产业可能成为继汽车、计算机后的另一新兴产业。
在服务机器人中，个人/家用服务机器人（Personal/Domestic Robots）为大众化、低价位产品，其市场最大。在专业服务机器人中，涉及公共安全的军事机器人（Military Robot）、场地机器人（Field Robots）、医疗机器人的应用最广。
在服务机器人的研发领域，美国不但在军事、场地、医疗等专业服务机器人的研究上遥遥领先于其他国家，而且在个人/家用服务机器人的研发上同样占有显著的优势。其服务机器人总量约占全球服务机器人市场的60%。此外，日本的个人/家用服务机器人产量约占全球市场的50%。欧洲的德国、法国也是服务机器人的研发和使用大国。我国在服务机器人领域的研发起步较晚，直到2005年才初具市场规模，总体水平与发达国家相比存在很大的差距。目前，我国的个人/家用服务机器人主要用于吸尘、教育娱乐、保安、智能玩具等，专用服务机器人主要有医疗机器人及部分军事机器人、场地机器人等。
2.个人/家用机器人
个人/家用机器人泛指为人们日常生活服务的机器人，例如用于家庭作业、娱乐休闲、残障辅助、住宅安全等。个人/家用服务机器人是被人们普遍看好的未来最具发展潜力的新兴产业之一。
在个人/家用机器人中，以家庭作业和娱乐休闲机器人的产量为最大，两者占个人/家用服务机器人总量的90%以上；残障辅助、住宅安全机器人的普及率目前还较低，但市场前景被人们普遍看好。
早在20世纪80年代，美国就开始进行吸尘机器人的研究。iRobot公司是目前家用服务机器人行业公认的领先企业，其产品技术先进，全球市场占有率最大。德国的Karcher公司也是著名的家庭作业机器人生产商，它在2006年研发的Rc3000家用清洁机器人是世界上第一台能够自行完成家庭地面清洁工作的家用清洁机器人。此外，美国的Neato、Mint，日本的SHINK、PANASONIC（松下），韩国的LG、三星等公司也都是全球较著名的家用清洁机器人研发、制造企业。
在我国，家庭作业服务机器人的使用率非常低。
3.专业服务机器人
专业服务机器人的涵盖范围非常广，简而言之，除工业生产用的工业机器人和为人们日常生活服务的个人/家用机器人外，其他所有的机器人均属于专业服务机器人。在专业服务机器人中，军事、场地和医疗机器人是应用最广的产品，3类产品的概况如下。
（1）军事机器人。军事机器人是为了军事目的而研制的自主、半自主式或遥控的智能化装备，它可用来帮助或替代军人完成特定的战术或战略任务。军事机器人具备全方位、全天候的作战能力和极强的战场生存能力，可在超过人类承受能力的恶劣环境中工作，在遭到毒气、冲击波、热辐射等袭击时，能继续进行工作；军事机器人也不存在人类的恐惧心理，可严格地服从命令、听从指挥，有利于指挥者对战局的掌控；在未来战争中，机器人战士完全可能成为军事行动中的主力军。
军事机器人的研发早在20世纪60年代就已经开始，产品已从第一代的遥控操作器发展到了现在的第三代智能机器人。目前，世界上已知的军用机器人达上百个品种，其应用范围涵盖侦察、排雷、防化、进攻、防御及后勤保障等方面。用于监视、勘察、获取危险领域信息的无人驾驶飞行器（UAV）和地面车（UGV）、具有强大运输功能和精密侦察功能的机器人武装战车（ARV）、在战斗中担任补充作战物资任务的多功能后勤保障机器人（MULE）是当前军事机器人的主要产品。
目前，美国是世界上唯一具有综合开发、试验和实战应用各类军事机器人的国家，其军事机器人的应用范围已涵盖陆、海、空、天等诸兵种。此外，德国的智能地面无人作战平台、反水雷及反潜水下无人航行体的研究和应用，英国的战斗工程牵引车（CET）、工程坦克（FET）、排爆机器人的研究和应用，法国的警戒机器人和低空防御机器人、无人侦察车、野外快速巡逻机器人的研究和应用，以色列的机器人自主导航车、“守护者（Guardium）”监视与巡逻系统、步兵城市作战用的手携式机器人的研究和应用等，也具有世界领先水平。
（2）场地机器人。场地机器人是除军事机器人外，可进行大范围作业的其他服务机器人的总称。场地机器人多用于科学研究和公共服务，如太空探测、水下作业、危险作业、消防救援、园林作业等。
美国的场地机器人研究始于20世纪60年代，其产品应用范围已遍及空间、陆地和水下，从海盗号火星探测器到Spirit MER-A（“勇气”号）和Opportunity（“机遇”号）火星探测器、Curiosity（“好奇”号）核动力驱动火星探测器，都无一例外地代表了全球空间机器人研究的最高水平。此外，俄罗斯和欧盟在太空探测机器人等方面的研究和应用也居世界领先水平，如早期的空间站飞行器对接机器人、燃料加注机器人等；德国于1993年研制的由“哥伦比亚”号航天飞机携带升空的ROTEX远距离遥控机器人也代表了当时的空间机器人技术水平；我国在探月、水下机器人方面的研究也取得了较大的进展。
（3）医疗机器人。医疗机器人是专业服务机器人的重点发展领域之一。医疗机器人主要用于伤病员的手术、救援、转运和康复，它包括诊断机器人、外科手术或手术辅助机器人、康复机器人等。通过外科手术机器人，医生可利用其精准性和微创性，大幅度减小手术伤口、迅速恢复病人正常生活。据统计，目前全世界已有30个国家的近千家医院成功开展了数十万例机器人手术，手术种类涵盖泌尿外科、妇产科、心脏外科、胸外科、肝胆外科、胃肠外科、耳鼻喉科等。
当前，医疗机器人的研发与应用主要集中于美国、日本等发达国家，发展中国家的普及率还很低。美国的Intuitive Surgical（直觉外科）公司是全球领先的医疗机器人研发制造企业，该公司研发的达·芬奇机器人是目前世界上最先进的手术机器人，它可模仿外科医生的手部动作，进行微创手术，目前已经成功用于普通外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、头颈外科及心脏手术等。
二、机器人生产国及水平
机器人自问世以来，得到了世界各国的广泛重视。美国、日本和德国为机器人研究、制造和应用大国，英国、法国、意大利、瑞士等国的机器人研发水平也居世界前列。目前世界上主要机器人生产制造国的研发、应用情况如下。
1.美国
美国是机器人的发源地，其机器人研究领域广泛，产品技术先进，机器人的研究实力和技术均处于领先水平。Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics、iRobot、Remotec等都是美国著名的机器人生产企业。
美国的机器人研究目前已更多地转向医疗、家庭服务及军事、场地等高层次智能机器人的研发。据统计，美国的智能机器人占据了全球约60%的市场，iRobot、Remotec等都是全球著名的服务机器人生产企业。
美国的军事机器人（Military Robot）技术更是遥遥领先于其他国家，无论在基础技术研究、系统开发、生产配套方面，还是在技术转化、实战应用方面，都具有强大的优势，其产品研发与应用已涵盖陆、海、空、天等诸多兵种。Boston Dynamics（波士顿动力，现已被Google并购）、Lockheed Martin（洛克希德·马丁）等公司均为世界闻名的军事机器人研发制造企业。
美国现有的军事机器人产品包括无人驾驶飞行器、无人地面车、机器人武装战车及多功能后勤保障机器人、机器人战士等多种产品。图1-1-9为Boston Dynamics（波士顿动力）研制的军事机器人。其中，BigDog（大狗）系列机器人的军用产品LS3（Legged Squad Support Systems，又名阿尔法狗）， 重达1250lb（约570kg），它可在搭载400lb（约181kg）重物情况下，连续行走20mile（约32km），并能穿过复杂地形、应答士官指令；WildCat（野猫）机器人能在各种地形上，以超过25km/h的速度奔跑。
图1-1-9 Boston Dynamics研制的军事机器人
此外，为了避免战争中的牺牲，Boston Dynamics还研制出了类似科幻片中的“机器人战士”的机器人。如“哨兵”机器人已经能够自动识别声音、烟雾、风速、火等，而且还可说300多单词，向可疑目标发出口令，一旦目标不能正确回答，便可迅速、准确地瞄准和射击。图1-1-9（c）所示的Atlas（阿特拉斯）机器人高1.88m，重150kg，其四肢共拥有28个自由度，能够直立行走、攀爬、自动调整重心，其灵活性已接近于人类，堪称当今世界上最先进的机器人战士。
美国的场地机器人（Field Robots）研究水平同样令其他各国望尘莫及，其应用领域遍及空间、陆地、水下，并已经用于月球、火星等天体的探测。
1976年，National Aeronautics and Space Administration（NASA，美国宇航局）发射的“海盗”号火星探测器着陆火星，对土壤等进行了采集和分析，以寻找生命迹象；2003年，NASA又接连发射了Spirit（“勇气”号）和Opportunity（“机遇”号）两个火星探测器，并于2004年1月先后着陆火星表面，可在人类的遥控下，在火星上自由行走。通过对火星岩石和土壤的分析，收集到了火星上曾经有水流动的强有力证据。2011年11月NASA又成功发射了图1-1-10（a）所示的Curiosity（“好奇”号）核动力驱动的火星探测器，并于2012年8月6日安全着陆火星，开启了人类探寻火星生命元素的历程。图1-1-10（b）是Google公司最新研发的Andy（“安迪”号）月球车。
（a）Curiosity火星探测器 （b）Andy月球车
图1-1-10 美国的场地机器人
2.日本
日本是目前全球最大的机器人研发、生产和使用国，在工业机器人及家用服务机器人、护理机器人、医疗智能机器人的研发上具有世界领先水平。20世纪90年代，日本开始普及第一代和第二代工业机器人，目前，日本仍保持工业机器人产量、安装数量世界第一的地位。据统计，日本的工业机器人产量约占全球的50%，安装数量约占全球的23%。
日本在工业机器人的主要零部件供给、研究等方面同样居世界领先地位，其主要零部件（精密减速机、伺服电机、传感器等）占全球市场的90%以上。日本的Harmonic Drive System（哈默纳科）是全球最早生产谐波减速器的企业，是目前全球最大的谐波减速器生产企业，其产品规格齐全，产量占全世界总量的15%左右。日本的Nabtesco Corporation（纳博特斯克公司）是全球最大、技术最领先的RV减速器生产企业，其产品占据了全球60%以上的工业机器人RV减速器市场及日本80%以上的数控机床自动换刀（ATC）装置RV减速器市场。世界著名的工业机器人几乎都使用Harmonic Drive System生产的谐波减速器和Nabtesco Corporation生产的RV减速器。
日本在发展第三代智能机器人上同样取得了举世瞩目的成就。为了攻克智能机器人的关键技术，自2006年起，政府每年都投入巨资用于服务机器人的研发。
3.德国
德国的机器人研发稍晚于日本，但其发展十分迅速。在20世纪70年代中后期，德国政府在“改善劳动条件计划”中，强制规定了部分有危险、有毒、有害的工作岗位必须用机器人来代替人工的要求，为机器人的应用开辟了广阔的市场。据VDMA（德国机械设备制造业联合会）统计，目前德国的工业机器人密度已在法国的2倍、英国的4倍以上，目前已成为欧洲最大的工业机器人生产和使用国。
德国的工业机器人以及军事机器人中的地面无人作战平台、水下无人航行体的研究和应用水平居世界领先地位。德国的KUKA（库卡）、REIS（徕斯，现为KUKA成员）、Carl-Cloos（卡尔-克鲁斯）等都是全球著名的工业机器人生产企业；德国宇航中心、德国机器人技术商业集团、Kärcher公司、Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation（弗劳恩霍夫制造技术和自动化研究所）及STN公司、HDW公司是有名的服务机器人及军事机器人研发企业。
德国在智能服务机器人的研究和应用上同样具有世界领先水平。弗劳恩霍夫制造技术和自动化研究所研发的服务机器人Care-O-Bot4，不但能够识别日常的生活用品，还能听懂语音命令和看懂手势命令，按声控或手势的要求进行自我学习。
4.中国
由于国家政策导向等多方面的原因，近年来，中国已成为全世界工业机器人应用量增长最快、销量最大的市场，工业机器人总销量已经连续多年位居全球第一。2013年，工业机器人销量近3.7万台，占全球总销售量（17.7万台）的20.9%；2014年的销量为5.7万台，占全球总销售量（22.5万台）的25.3%； 2014年的销量为5.7万台，占全球总销售量（22.5万台）的25.3%；2015年的销量为6.6万台，占全球总销售量（24.7万台）的26.7%；2016年的销量为8.7万台，占全球总销售量（29.4万台）的29.6%；2017年的销量为14.1万台，占全球总销售量（38万台）的37.1%。
我国的机器人研发起始于20世纪70年代初期，到了20世纪90年代，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等工业机器人，在工业机器人及其零部件研发等方面取得了一定的成绩。总体而言，我国的机器人研发目前还处于初级阶段，和先进国家的差距依旧十分明显，产品以低档工业机器人为主，关键部件几乎完全依赖进口，国产机器人的市场占有率十分有限，目前还没有真正意义上的完全自主机器人生产商。
高端装备制造产业是国家重点支持的战略新兴产业，工业机器人作为高端装备制造业的重要组成部分，有望在今后一段时期得到快速发展。
技能训练
一、结合本任务的学习，完成以下多项选择题。
1.机器人（Robot）一词源自（ ）。
A.英语 B.德语 C.法语 D.捷克语
2.提出“机器人学三原则”的是（ ）。
A.物理学家 B.哲学家 C.科幻小说家 D.社会学家
3.世界上第一台真正意义上的工业机器人诞生于（ ）。
A. 1952年，美国 B. 1959年，美国 C. 1959年，日本 D. 1952年，德国
4.目前，大多数工业机器人使用的是（ ）机器人技术。
A.第一代 B.第二代 C.第三代 D.第四代
5.根据机器人的应用环境，机器人一般分为（ ）两类。
A.关节型机器人和并联型机器人 B.工业机器人和服务机器人
C.示教再现机器人和智能机器人 D.顺序控制和轨迹控制机器人
6.根据工业机器人的功能与用途，目前主要有（ ）几类。
A.加工类 B.装配类 C.搬运类 D.包装类
7.以下属于加工类工业机器人的是（ ）。
A.焊接机器人 B.装卸机器人 C.涂装机器人 D.码垛机器人
8.以下属于装配类工业机器人的是（ ）。
A.焊接机器人 B.涂装机器人 C.分拣机器人 D.包装机器人
9.以下属于服务机器人的是（ ）。
A.家庭清洁机器人 B.军事机器人 C.医疗机器人 D.场地机器人
10.“月兔”号月球探测器、Curiosity（“好奇”号）火星探测器属于（ ）的一种。
A.工业机器人 B.军事机器人 C.医疗机器人 D.场地机器人
11.美国的E-2D“鹰眼”预警机属于（ ）的一种。
A.工业机器人 B.军事机器人 C.医疗机器人 D.场地机器人
12.目前全球工业机器人产销量最大的生产企业是（ ）。
A. ABB B.YASKAWA C. FANUC D. KUKA
13.日本最早生产工业机器人的企业是（ ）。
A. KAWASAKI B. YASKAWA C. FANUC D. DAIHEN
14.目前，工业机器人年销量最大的国家是（ ）。
A.美国 B.德国 C.日本 D.中国
15.目前工业机器人使用量最大的行业是（ ）。
A.电子电气工业 B.汽车制造业
C.金属制品及加工业 D.食品和饮料业
二、结合本任务的学习，简要回答以下问题。
1.第一、二、三代机器人在组成、性能等方面的区别是什么？
2.工业机器人和服务机器人在用途、性能等方面的区别是什么？