机械臂速成小指南（一）：机械臂发展概况

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机械臂速成小指南（零）：指南主要内容及分析方法

机械臂速成小指南（一）：机械臂发展概况

机械臂速成小指南（二）：机械臂的应用

        至今，机械臂已发展了近七十年岁月，从粗糙的工业生产用具变为多学科交叉融合的工业艺术，进入社会的各个角落。下面，我们简要地回顾一下机械臂的发展历程。

注：本文里机械臂=机器人

1947年，世界首台遥操作机械手诞生

        美国阿贡国家实验室，基于军事、核工业的发展需要，研发了遥操作机械手。

1948年，世界首台机械式主从机械手诞生

        同样由美国阿贡国家实验室研制。

1954年，世界首台工业机械臂Unimate诞生

        1954年，美国发明家乔治·德沃尔(George Devol)获得了机械臂的专利(1961年批准)，而约瑟夫·恩格尔伯格被称为机器人之父，二人共同研发了世上第一台工业机械臂Unimate，意为“万能自动”。

1959年，机械臂第一次被应用于生产线上

        考虑到他将面临来自制造商的艰苦斗争，并受到阿西莫夫的“机器人三定律”(与希波克拉底誓言相似的“首先不伤害”哲学)的激励，恩格尔伯格专注于让机器人从事对人类有害的任务。他的策略奏效了，1959年，重达2700磅的Unimate #001原型车在新泽西州特伦顿的通用汽车压铸厂首次被安装在装配线上。

1961年，UNIMATE 1900系列成为第一个大批量生产的工厂自动化机械臂

        到1961年，Unimate 1900系列成为第一个大批量生产的工厂自动化机械臂。在很短的时间内，大约450个Unimate机械臂被用于压铸。

        Unimate机器人成本耗资65000美元，但unimation公司售价仅为18000美元。

        下图为YAMAHA（川崎重工）获得许可后在亚洲制造和销售的Unimate机械臂。

1962年，世界第一台圆柱坐标机械臂诞生

        1962年，美国机械与铸造公司（American Machine and Foundry，AMF）生产出“VERST- RAN”(意为万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人研究的热潮。同年，AMF制造的6台Verstran机器人应用于美国坎顿（Canton）的福特汽车生产厂。

1969年，首台点焊机械臂投入使用，首台商业化应用的喷漆机器人诞生，斯坦福机械臂诞生

        1969年，通用汽车公司在其洛兹敦（Lordstown）装配厂安装了首台点焊机器人。Unimation机器人大大提高了生产率，90％以上的车身焊接作业可通过机器人来自动完成。只有20%－40%的传统生产厂的焊接工作由人工完成。

        1969年，挪威Trallfa公司提供了第一个商业化应用的喷漆机器人。在1967年挪威劳动力短缺期间曾使用机器人来喷涂独轮手推车（wheelbarrows），第一款商用喷漆机器人就由此发展而来。

         1969年，Victor Scheinman发明了斯坦福机械臂——这条机器人手臂被认为是最早利用计算机控制的机器人之一。如同利用磁鼓操作的尤曼特一样，斯坦福机械臂同样代表着巨大的突破。其包含六个关节点，且由斯坦福大学人工智能实验室独立完成。尽管主要用于教育目的，但这条手臂的出现标志着计算机控制型工业机器人领域已经出现重大突破。

1970年，国际机器人研讨会成立

        1970年，在美国芝加哥举行第一届美国工业机器人研讨会。一年以后，该研讨会升级为国际工业机器人研讨会（International Symposium on Industrial Robots，ISIR）。1997年，该研讨会更名为国际机器人研讨会（International Symposium on Robotics，ISR），其中包括服务机器人的技术。至今，该会议已举办了40余届，下图为研讨会的logo。

1971年，世界首个国家机器人协会成立

        1971年，工业机器人恳谈会JIRA在日本成立，这是世界上第一个国家机器人协会。1994年改为现名：日本机器人协会（Japanese Robot Association，JARA）。下图为协会标志。

1972年，世界第一条点焊机器人生产线落成

        1972年，意大利的菲亚特汽车公司（FIAT）和日本日产汽车公司（Nissan）安装运行了点焊机器人生产线。

1973年，世界首台机电驱动六轴机械臂诞生，世界首台安装有动态视觉的工业机器人诞生，全世界在运行中的工业机器人数量达到3000台。

        1973年，第一台机电驱动的6轴机械臂FAMULUS诞生。德国KUKA公司将其使用的Unimate机器人研发改造成其第一台产业机器人，这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人，也是1898诞生的老牌公司库卡进军工业机器人领域的开端。

        同年，日本日立公司（Hitachi）开发出为混凝土桩行业使用的自动螺栓连接机器人。这是第一台安装有动态视觉传感器的工业机器人。它在移动的同时能够认识浇铸模具上螺栓的位置，并且和浇铸模具的移动同步，完成螺栓拧紧和拧松工作。

1974年，世界首台弧焊机器人投入运行，世界首台小型计算机控制的工业机器人诞生，世界首台全电力驱动、微处理器控制的工业机器人诞生

        1974年，第一台弧焊机器人在日本投入运行。川崎重工将用于制造川崎摩托车框架的Unimate点焊机器人改造成弧焊机器人。

        1974年，美国Cincinnati Milacron公司的Richard Hohn开发出第一台由小型计算机控制的工业机器人，命名为T3，即“The Tomorrow Tool”。

        1974年，瑞典通用电机公司（ASEA，ABB公司的前身）开发出世界上第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人IRB 6。

1977年，首届恩格柏格机器人奖颁布

        恩格柏格机器人奖每年由机器人工业协会（Robotic Industries Association，RIA）授予给世界各地在机器人领域作出杰出贡献的个人，被称为“机器人界诺贝尔奖”。首届奖项得主为日本的Hasegawa Yukio教授获得。

        恩格尔伯格奖分为领导奖、应用奖、技术奖、教育奖四类。其中（The Leadership Award）领导奖每年颁发，其他类别则从2008年开始由全部颁发变更为每年轮流颁发。

1978年，通用工业机器人PUMA诞生，SCARA机器人诞生，标志工业机器人技术走向成熟

        1978年，美国Unimation公司推出通用工业机器人（Programmable Universal Machine for Asse-mbly，PUMA），应用于通用汽车装配线，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。

        1978年，日本山梨大学（University of Yamanashi）的牧野洋（Hiroshi Makino）发明了选择顺应性装配机器手臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA）。这是世界第一台SCARA工业机器人。

1979年，世界首台电机驱动的工业机器人诞生

        1979年，日本Nachi不二越株式会社研制出世界第一台电机驱动的机器人。这台电机驱动的点焊机器人开创了电力驱动机器人的新纪元，从此告别液压驱动机器人时代。

1981年，世界首台直接驱动机械臂诞生

        1981年，卡内基梅隆大学的Takeo Kanade与Haruhiko Asada设计开发出世界上首个直接驱动机器人手臂（Direct Drive Robotic Arms）。直接驱动机器人手臂在当时是设计最好的机械臂，因为它免去了电机和负荷之间的传输机械机构，因而不会出现由于使用减速器和铰链而产生的不平滑运动，机械手臂可以自由、平稳地移动，满足机器人完成高速精密的动作。

         直驱关节结构图如下图所示。

 1985年，世界首款Z型机械臂诞生

        1985年，KUKA开发出一款新的Z形机器人手臂，它的设计摒弃了传统的平行四边形造型。该Z形机器人手臂可实现3个平移运动和3个旋转运动共6个自由度的运动维度，大大节省制造工厂的场地空间。

 1987年，国际机器人联合会成立

        1987年，国际机器人联合会（International Federation of Robotics，IFR）成立。在1987年举办的第17届国际工业机器人研讨会上，来自15个国家的机器人组织成立了国际机器人联合会。

1992年，世界首台DELTA机器人投入使用

        1992年，瑞士的Demaurex公司出售其第一台应用于包装领域的Delta robot是一个并联机械臂，由洛桑联邦理工学院（洛桑联邦理工大学）（Federal Institute of Technology of Lausanne，EPFL）的Reymond Clavel教授发明。

 1996年，首台基于个人计算机的机器人控制系统诞生

        1996年，KUKA开发出首台基于个人计算机的机器人控制系统。计算机技术的加入，让机器人能够完成更多精密且快速的计算。机器人整体向着多传感器、智能控制的方向发展。

 1998年，世界首个弧形轨道运行机器人系统诞生

        1998年，瑞士Güdel公司开发出“roboLoop”系统，这是当时世界上唯一的弧形轨道龙门吊和传输系统。RoboLoop概念使一个或多个搬运机器人能够在一个封闭的系统内沿着弧形轨道循环操作，从而为工厂自动化创造了可能。

 1999年，机械臂首次引入集成激光束指导系统

        1999年，德国Reis机器人公司在机器人手臂内引入集成激光束指导系统。徕斯（Reis）机器人公司在机器人手臂内安装获得专利的集成激光束指导系统并开发出RV6L-CO2激光机器人原型。该技术取代了需要外部的光束引导装置，从而使机器人能够使用激光在高动态工况下没有碰撞地完成操作。

2003年，世界首台娱乐机械臂诞生 

        2003年，德国库卡公司（KUKA）开发出第一台娱乐机械臂Robocoaster。至今，KUKA仍提供娱乐用机械臂出售及租赁服务。

 2006年，世界首款机械臂无线示教器诞生

        2006年，意大利柯马公司（Comau）推出了第一款无线示教器（Wireless Teach Pendant，WiTP）。WiTP是在工业机器人无线技术的第一大应用。柯马的无线示教器中的所有传统数据交互和机器人编程能由线缆连接到控制柜无限制地执行，同时保证绝对安全。