国外工业机器人现状及其发展趋势

凰外　枫器人现状　恿英发展趋势　林绳宗　机电邓北京机械Ｉ业自动化研究所概述　２０年以来，工业机器人已从原来概念的　“钢领工人”或　通用自动机”逐渐演进为从事　专门任务的柔性机械　根据任务和应用门类，可　将机器人分为三种基本类型．这些类型的划分　也近似地反映了按年代的机器人发展顺序：　搬运机器人用机器人来搬运工件．例如　给机器上下料或注射塑模　工艺过程用机器人机器人的抓手抓住工　具进行焊接或喷涂等作业。　装配机器人机器人将零件组装成部件或　完整产品。　机器人作为一种综合性的高技术产品．不　仅对提高生产率、减轻或替代工人劳动【尤其　是单调、繁重的体力劳动和有危险的工种）、提　高设备利用率、提高产品质量和减少废品等方　面起丁不可替代的作用，并且随着机器人的智　能化，其应用领域也日益扩大。可以说，今后　凡是人所从事的体力劳动（包括维护、监视等　需要部分脑力的体力劳动，都可由机器人来完　成。同时由于开发一种先进的、带智能的机器　凡需要现时代我们所掌握的很多最先进的技术　（诸如计算机、伺服控制、人工智能、信息处理、　数字技术、超大规模集成电路、微电子学、新　材料等等），开发、应用机器人的规模也代表丁　个国家的科技水平，因此世界各国都很重视　机器人的开发和推广工作。近年来各国拥有的　工业机器人台数见表ｌ。　据意大利的一家机器人制造公司估计，　１９８９年全世界共有２５万台机器人（】９８０年为　１．２万台）．其中２Ｏ　用于焊接，３２　用于上下　料，３３　用于装配，其它用途占１　５　表１各国的机器＾拥有量　＼　度　近几年安装台数　目　＼　】９８　ｄ　１９８５　１９８５　ｌ９８７　澳太利亚　【１１６　１３６　ｌ拍　１００　奥地利　，３５　５５　８０　５５　比利时　３　ｄ６　１　ｄ０　５０　８９　卅麦　｝３８　５０　４６　５７　莽兰　７　Ｊ　６７　８９　８２　联邦德国　ｌ８００　２２００　０Ｏ　２５００　法国　８３０　１　ｄ００　ｌ１２　１３０７　意太利　１０９０　ｌ　０Ｏ　１０００　１６００　日本　２００００　２６０Ｏ０　２５０００　３５０００　荷兰　９３　１３７　２８０　ｌｌ７　新匝兰　ｄ　１４　１５　被兰　５０　６０　６０　３Ｄ　西班牙　９２　１６８　１６１　Ｊ　２７７　瑞典　２９３　３０ｌ　３３７　Ｊ　３６７　瑞士　８１　９９　９２　】　萸国　８加　５８５　４７５　Ｊ　６２０　美国　８０００　７９００　５０００　ｊ　３９５０　卷ｌｔ　３０８１９　３９３１２　Ｊ　３７５９４　ｌ　１１７０３　０　资料束源：Ｍａｎｕｆ　Ｅｎｇ　ｇ…１９８８　Ｐ　３８，按国际Ｒｏｂｏｔ联　盟统计　按工作类别的各种机器人的世界市场规模　见表２。　表２祷工作墨别的Ｒｏｂｏｔ奎痒市场规模　１９８　　ｉ２８９　３４３　１３５　ｃ　２５４Ｉ　３０３Ｉ　１５１　１９８８　３３３　３８５　】１３９｝２８９　３３９　１７１　资料米源：Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　Ｗｏｒｌｄ　Ｎｏｒ　Ｄｅｃ】９８８　据美国一家研究市场动态的公司预溯，今　后几年世界机器人市场行情看好，１９８６年至　ｌ９９２年全世界的机器人销售额将从１７亿美元　增至２５亿美元。在世界销售市场　，瑞乒的通　２９·　维普资讯 http://www.cqvip.com

用电器公司与瑞士ＢＢＣ公司合并后的ＡＢＢ　Ｒｏｂｏｔｉｃ公司占１　７．４　，日本的横河电机公司占　８．６　，美国的ＧＭＦ公司占７　，松下电器公司　占５．９　。　二、各国概况　１．日本　日本工业机器人的实用化开发是从１９６８　年开始的，其目标是：提高生产率，防止劳动　灾害、职业病，改善劳动条件，解决熟练工人　不足，稳定并提高产品质量，减少废品．提高　设备利用率，节省资源、能源、改善生产管理。　１９８０年是日本工业用机器人发展迅速的一年　（比上年增长８５　），日本产业界称此年为　Ｒｏｂｏｔ元年　。此后几年的增长率虽不如１９８０　年，但亦在ｌ５　～３０　之间。１９８５年，日本的　机器人生产规模已达３０００亿日元。目前日本的　工业机器人９５　用于制造业，其余５０　用于原　子能工业、海洋开发及建筑业。　白１９８０年以来，制造业中的机器人应用，　以电气、机械设备制造业为最多，其次为汽车　制造，塑料成型加工，金属制品制造和金属加　工机械制造业也广泛应用机器人。在电气机械　器具制造业中，以电子部件的组装，尤其是在　印刷电路底板上插入元器件（如电阻、电容、集　成块等）的数控机器人用的较多。若按工作性　质分，从１９７８￣１９８６年的９年间安装的机器人　台数顺序依次为：塑料成型加工、装配、焊接、　切削加工、冲压和模铸。　开发先进的机器人，必须开发与综合多种　现代技术，投入大量的人力、财力、花费多年　的时间，而且有相当的风险。为此，先进的机　器人研究与开发，在日本已被选作为一项国家　级的称为“先进的机器人技术”的研究项目，由　通产省下属的工业技术院负责统筹、协调　从　１９８３年开始，为期８年的投资约８００亿日元的　极限作业机器人开发计划的指导思想是：开发　在特殊条件下（在这些场合不允许直接采用人　力）进行检测、维修、救护及其危险环境下进　行作业的先进的机器人的各种技术。在这项计　３０·　划中，尤其注意开发原子能电站的维护工作用　机器人、海洋构造物维护用机器人以及灾害时　救护用机器人。从该项计划实施以来，进展顺　利，自１９８６年起，已陆续进入具体的机器人设　计阶段。据美国有关方面估计，近年来日本每　年用于机器人研究、开发方面的费用为３亿美　元，其中政府投资２Ｏ　，其余为企业投资。　日本的机器人工业，除继续扩大制造业应　用领域外，还积极向非制造业（如愿子能工业，　海洋开发、医疗服务、农业等）领域开拓（见　表３）。据估计，到１９９０年，用于非制造业的机　曩３　日本非制造业Ｒｏｂｏｔ应用主垂谭题技术讴洲　（开赶一实用化）　景善善蓉蓍量蓬嚣量誊誊写堇童蓥　农业　畜产　碴蛋特吝　弗籍　林业　海洋开　发水产　建筑、土　木矿业　运输、仓　库内取、放料　库劳务　煤气、水　碌、冒】邑　Ⅸ恒苴　遒　电力、递　信　原于能　悍　！怔置　宇宙　医疗、相　利　废物趾　理清帚　消防、防　灾防卫　碾　务　巾、义什归侣　Ｒｏｂｏｔ化　器人销售额将达４９３亿日元（占全国日本机器　人总销售额的７．１　，而到１９９５年将增加到　１８２５亿日元（占总销售额的ｌ３．４　）。　此外，日本的机器人行业近年来正在努力　提高机器人档次，以增加每台机器人的产值，生　维普资讯 http://www.cqvip.com

产的重点已逐渐转到数控机器人。估计到１９９０　户（主要是中、小企业），情况有所好转，至１９８８　年底销售额已恢复到１９８５年水平（４．８３亿美　元）。１９８９年的增长率估计为６　。　以往美国的机器人行业基　本上是在汽车行业的需求上发　展起来的。如在１９８７年的订购　比例　年，这种类型机器人的产值将占全部机器人总　产值的４３　（见表４）。　表４日奉工业机器凡橹妻型需要预郴（金额：亿日元｝台敷：万台）　１９ｇＯ　ｌ９９５　台欺　金额　比例　台欺　金额　数，４９　来自汽车行业，２１　来自电子行业，３Ｏ　来自航空　业、过程加工等其它行业。据　手动机械手　Ｏ．１～０．１２　３０～４０　固定腰序　可变顺序　０１＿ｉ９／ｏ　８　ｏｌ４～ｏｌ７　｜５～６０　ｌ　７／０　８　２５０２ｇ０　２５　５／ｏ．９　３７０～５　４ｏ　２｛．３／６．４　９．２／５．９　Ｓｇ～０．６９　２７Ｏ～３２０　ｌ１．Ｓ／７．５　０．７５～１．０７　３４０～｛９０　预测，至１９９２年情况将有所改　变，那时汽车行业占４４　，电　子行业占２４　，其它行业将占　３２　。为了在机器人销售市场　上的竞争，美国的对策除增加　设备投资、加速折旧年限外，在　机器人市场中将着重开拓占全　示教再现　１１７～１．３６　９０Ｏ～１Ｏ５Ｏ　２２　８／２５　１．８１～２．Ｓ９　ｌ３９０～ｌ９ｇ　０　２２．３／２４　数智Ｒｏｂ０ｃ　Ｒｏｂｏｔ　控　１．２ｇ～１．５ｌ　ｌ５ＳＯ～ｌ８０Ｏ　２５．１／４３　ｌ　１．８２～２．６１　２ｌｇ５～３３ｏ０　２２．Ｉ　４／３７．　６７～０．７８　６０Ｏ～７Ｏ０　ｌ３．１／ｌ６．６　１．６２～２．３２　ｌ　４６０～２０ｇ　０　２０／２５　２　能　０注：比例一栏中数字　斜线上为台欺所占比，斜线下为金额所占比。　２．美国　美三大支柱产业之二＿的建筑业（年产值达　２５００亿美元）。目前，日本在这方面的开发工作　约占６０　，其余欧、美各占一半。美国的机器　人协会负责人认为，无论从生产率、安全性和　作为早在５Ｏ年代末最先研制出世界上第　台机器人的美国来说，虽然此后在应用开发　方面进展不快，被后来居上的日本很快超过。然　而，以美国的科技、经济、资源等实力而论，这　种局面今后不一定是不能改观的。目前美国虽　在机器人的应用领域、全国总拥有量、年产量、　工作质量等方面考虑，机器人非常适宜于建筑　业。　３．西欧　产值等方面落后于日本，但在基础研究（如人　工智能）、新技术开发（如直接驱动机器人也是　首先由美国研制成功的）以及某些特种应用领　域（如为空间站用的机器人）开发方面仍居于　世界领先地位。按拥有量及年装设台数、国内　西欧各国以及瑞典、挪威、芬兰等北欧诸　国，根据自己的特点，在发展机器人工业中都　各有特色，在世界上处于重要的地位，在总产　量及拥有量方面仅次于日本而超过美国（见表　１），其中尤以瑞典和联邦德国的机器人行业更　为发达，每万名职工的机器人装设台数都处于　世界领先地位。西欧为占领下一世纪的世界高　科技市场，于１９８５年１月制订了欧洲共同体　ＥＳＰＲＩＴ（欧洲信息技术研究与开发计划），目前　共约有５００家公司参加，在为期５年的第一阶　段中，每年经费为３．５亿美元，从９Ｏ年代起的　第二阶段，计划规模将扩大一倍（每年７亿美　元）。该计划中的一项研究项目即是从平面触觉　传感器、图象处理、智能抓手系统、工业机器　人控制装置起，直到能识别并抓取不规则放置　的各个零件的智能机器人系统。　４．苏联、东欧　年产量来说，美国仍是仅次于日本的世界第二　的机器人大国（见表１）。　美国应用机器人的最大用户是汽车工业。　前两年由于汽车行业不景气和几年前几家大的　汽车公司均已购置了不步机器人，此时已呈饱　和，而美国的机器人行业又未及时开拓新的应　用领域，因而使美国的机器人工业从１９８５年底　起出现一个低潮。１９８６年美国全国共订购５７１３　台机器人，比１９８５年降低约１５　，而在１９８７　年初的订购数更降为１４５５台（在此之前的两年　都在２３００台左右）　从去年第三季度起，随着　汽车行业投资的增加，以及开拓了一些新的用　３１·　维普资讯 http://www.cqvip.com

苏联的工业机器人是从７０年代初开始研　制的，目前已研制成】Ｏ０多种各类工业机器人．　１９８２年的生产能力已达５４００台，但大多为简　单的固定顺序的机器人和示数再演型机器人。　据美国哈佛大学苏联研究中心调查．　９８７年Ｅ　半年全苏共生产７４００台机器人．这一数字约　与］９８６年同期相同　苏联由于计算机技术及其　它一些与机器人有关的技术落后于西方，再加　上经济体制和管理方面的弊端，因而苏联的机　器人工业与日、美等国相比差距较大　苏联的　工业机器人虽然起步较晚，但近几年来发展较　快，如在１９８２年，苏联和东欧国家曾签署了一　项共同开发机器人的合作协定，计划到１９９０年　‘经互会’国家将拥有２０万台工业机器人。该　协定并对５８种工业机器人的生产进行了分工　狲作，计划到１９９０年，装备有微机的工业机器　人将成为‘经互会’国家机器人生产的主要品　种。计划中还拟定了广泛应用标准化部件和可　换标准件的措施，制订了设计标准化部件的原　则，以便用较少型号的标准化部件制造各种用　途的工业机器人。　东欧诸国的工业机器人技术和生产规模以　民主德国较高　民主德国自１９７９年起开始研制　工业机器人，并于１９８１年决定建立工业机器人　技术中心，研制用于装卸、电子及电气工业产　品装配以及锻压、铸造、焊接用的工业机器人。　至１９８３年，民主德国正常运行的工业机器人近　ｊ．５万台．至１９８５年已生产了４万台以上的工　业机器人。　。　三、机器人开发中的一些基本　技术动向　在机器人开发中，除采用新型材料、设计　新型结构，开拓新的应用领域外，作为感知内、　外环境的传感器，控制操作机构运动的伺服控　制系统以及驱动机构都是各类机器人开发中带　有基础性的实用技术。　１．传感器　目前应用于机器人上的传感器，大致可分　为以下几类：７５　的传感器是为了保持零件顺　３２·　序和控制工作进程，这是有‘有／否’信号输出　的简单的传感器（典型例子是电感式接近开　关）；１５　是用来识别特定的工件标志和测量，　如有玻璃纤维的光学传感器、行扫描摄像机和　激光三角测量或超声测距装置等属于这一类传　感器；８　是为了检测和控制加工过程中与额定　状态的偏差，典型例子是焊接机器人的焊缝跟　踪；２　是视觉系统及触觉传感器　机器视觉系　统是为＿『识别不规则放置的零件，或是为了确　定零件在空间的位置　触角传感器是为了识别　近处物件的物理特征（如光泽、柔软性等）。随　着微电子技术的进展，元件集成度的提高，目　前已出现了一种智能型传感器或传感器系统的　新型传感元件，这是传统的传感元件与现代微　电子技术的结合　在这种传感器系统中，被感　知的信号经转换、预处理和放大，有良好的信　噪比，并大为减轻中央计算机的负荷。为了快　速、准确、及时地获得外界信息，在机器人上　配置视觉和触觉传感器是很必要的，这二类传　感器也是智能机器人所不可缺少的关键器件。　近年来，触觉传感器在机器人上的应用研究显　得很活跃，有人认为这是由于目前的视觉系统　还不能完全满足使用要求，对它的期望也太高，　视觉系统的困难之处主要是视觉处理及其有关　的数据处理非常复杂。与此相反，触觉传感器　在许多方面就简单多了，所需的处理数据少，因　而处理时间少（毫秒数量级），所采集的数据不　受外界因素（如背景照明，视角）影响，而且　所测数据很接近被测物质。触觉传感器的基本　结构是导电橡胶和微电子线路，目前可达到的　感度为２ｇ，分辨率约为２ｒａｍ，检出点数８０×８０，　分解能力２　ｂｉｔ。但要达到象人指那样的感知程　度，触觉元件的空间分辨率至少应达到约　１ｒａｍ。最近几年．随着光导纤维研制工作的不断　进展，采用带有柔性反射表面的光导纤维触觉　传感器发展很快，目前已达到的分辨率为６２００　触觉元／２．５￣ｍ×２．５ｅｍ。此外，它的另一个优越　之处是不受周围电磁场的影响。　由于目前尚未出现专供机器人用、适合机　器人工作环境的视觉系统，因此，实际采用的　维普资讯 http://www.cqvip.com

是经过改装的电视摄像机和半导体摄像机．后　者又分矩阵式摄像机（如象元为２５６×３２０）和　行扫描（如每行ｌ２８～４０９６象元）摄像机，这　些视觉系统都可分为按灰度处理和二值图象处　理二类。新的视觉系统将充分利用人工智能原　理．以便更加接近人的视觉　在人的视觉中，包　含了推理、判断过程，因而基于人工智能原理　的视觉系统将是机器视觉的发展方向，包括机　器人应用在内的智能视觉系统应包括复杂的时　变情景的宴时分析。目前这类视觉系统还处于　初期探索阶段，其今后成功的应用取决于人工　智能理论与超大规模集成电路技术的进一步进　展。　２．驱动方式　机器人的驱动方式分气动、液压和电动三　种　气动操作机构　适用于高速、轻负荷，它　是从廉价型自动化装置发展而成，一般用于较　简单的装置，其特点是所需动力源简单，价廉，　但控制精度低。　液压操作机构。通常需要一套与机械手装　在一起的液压动力源（作为机械手的一个组成　部分），或单独的一套动力源。液压系统由于能　传递较大的力和工作可靠，响应性能优越而广　泛使用　然而，液压驱动体体积较大，液压马　达需用二根高压软管，使用时会引起一些麻烦　（如不易弯曲）。此外，液压系统容易出现漏油、　液压缸滑移等毛病。　电力驱动，它代表了机器人驱动方式的发　展主流，近年来出现的直接驱动（Ｄ—Ｄ）又是电　力驱动中的一个值得注意的发展动向　随着机器人应用范围的不断扩大，近年来．　对其操作速度和工作精度的要求也越来越高　（如在电子器件组装作业中，要求有数十微米以　上的工作精度），以提高生产率和工作质量。为　此，必须提高操作机构和传动系统的速度和精　度　通常的直流或交流伺服电机的输出特性与　负荷侧的力矩、速度相比相差很大．因此必须　用减速器进行调节。但采用减速器后，齿隙、迟　滞、磨擦、传动力矩波动等因素会使控制精度　降低，调整困难，同时也影响了力控制性能。由　于机器人本身的结构（手臂是悬臂梁结构）．其　刚性要比一般的机械低，装上减速器后会使机　器人的动态柔度增加，易产生振动，对高速作　业不利。此外，机器人回转关节的每一微小误　差都会引起抓手端部的较大误差，同时，由于　机器人手臂有多个自由度，误差还会不断累积　增大．严重影响到工作精度　因此，如何克服　披速器所产生的弊端是提高机器人工作性能的　个关键问题。　近年来，随着功率半导体器件及高力矩伺　服电机制造技术的发展，国外一些研究单位和　制造商相继开发了不少能适应各种负荷条件的　电机及其所需电源，其主要目标是省去各种机　械式减速机构，用电机直接驱动负荷，即所谓　“直接驱动”，这种采用电子线路的直接驱动方　式已日益　ｆ起机器人制造商的兴趣。直接驱动　虽有不少优点，但在负荷感度、电机效率、控　制系统衰减特性和稳定性以及操作装置力矩／　重量比等方面．今后尚待改进。　３．控制技术　机器人技术的发展与控制技术的进展关系　很大，在６０年代出现的工业机器人是固定顺序　型．自从１　９７１年Ｉｎｔｅｌ公司推出４位微处理器　以及随后的８位微处理器以来，微机技术取得　了显著进步．使固定顺序型机器人向可变顺序、　示教再演型方向发展，进入较高的发展阶段．现　以１　６位微机逐步代替８位机。由于ＶＬＳＩ技术　的发展，使机器人在高机能化柔性化方面取得　了进展，但是，按照现在的示教方式，在机器　人控制性能方面并未发生基本性的变化，还看　不到根本性的进步。总之，机器人技术的进展，　到目前为止，无论从哪方面说，都是由于微处　理技术以及外围设备技术的进步所导致的。例　如．由于软件开发方面的进展，使ＰＴＰ（点到　点）控制的示教点数增加，子程序功能的开发，　有可能调用坐标变换程序，使示教点间的插补　平精　此外，由于适用于各种作业的指示形式　语言的开发，使程序简单易编，也促进了机器　人的应用。从控制观点来看，机器人操作机系　３３·　维普资讯 http://www.cqvip.com

统『弋表一种冗余的、多变量和本质上是非线性　的控制系统，同时又是耦台动态系统。每个控　制任务本身就是一个动力学任务，很难对机器　人进行快速、连续轨迹的精确控制　从模型角　度看，可把机器人控制分为基于几何模型的控　制和基于运动模型的控制。前者主要研究位置　控制和速度控制；后者则主要讨论微分控制和　动态控制　近年来，在伺服控制实施上的一个新动向，　是在伺服系统中采用数字技术，以达到高的控　制精度和优良的加、减速过程控制　数控伺服　系统与相应的软件相配合，在变化的应用条件　下可获得最佳的控制性能。可以说，自从液压　驱动转向电力驱动以来，在机器人控制方面的　进展最为明显（见表５）　表５日奉工业用Ｒｏｂｏｔ控制可式的遥年变动情况（　ｊ　ｉ　Ｉ　ｉ　Ｉ　ｉ　ｉ　Ｉ　ｉ　电子　４２　４３　ｉ　５７．５　６６．４｝６４．８　６６．０ｊ　６５．７　电气—禳压　１Ｏ　ｌ　ｊ　７．３　５．ＯＩ　４．ｉ　４．３　３　ｅ　空压　ｌＯ　１　ｄ｝２　０　３．８ｌ　２．３　３　６　４　８　电气（蛙电器）　３３　３０　Ｊ　３　·Ｊ　２２　５　Ｊ　０７．】　２４　３ｊ　２４　７　其它　０　］ｌ　ｌ　８　２．３　ｌ　ｌ　７　１．３　ｌ　ｌ　ｏ　资料来源：ＭＥＣＨＡＴＲＯＮＩＣＳ　１９８８　Ｎｏ　５　Ｐ１４—１７　四、第三代机器人——智能　机器人　从机器人研究的发展过程来看，可分为人　工智能志向的机器人与自动装置志向的机器人　二种潮流。前者着力于实现有知觉、有智能的　机械；后者着力于实现目的，研究重点在于动　作速度和精度，各种作业的自动化。因而二者　的兴趣和研究方法各不相同。从７０年代初开始　的智能机器人开发，经过一段暂时的沉寂阶段　后，向技术分化与实用化二个方向各自发展。　智能机器人系统由指令解释、环境认识、作　业计划设计、作业方法决定、作业程序生成与　实施、知识库等环节及外部各种传感器和接口　等组成。智能机器人研究虽是作为人工智能研　究的一部分，但与人工智能的其它部分的研究　３４·　有相当大的不同之处。智能机器人的研究与现　实世界的关系很大，也就是说，不仅与智能的　信息处理有关，而且也与用传感器收集现实世　界的信息，据此作出机器人的动作有关。此时，　信息的输入、处理、判断、规划．必须互相协　调，以使机器人选择合适的动作，　构成智能机器人的关键技术很多，很难将　其中的各别内容一一分类，详述ｆ如在识别难　易程度上与环境条件背景、照明等有关ｊ　目此．　在考虑智能机器人的智能水平时，将作业环境　分为三类，依次为：设定环境、既知环境和未　知环境。此外，按机器人学习能力也可分为三　类，依次为：无学习能力、内部限定的学习能　力及自学能力　将这些类别分别组合，就可得　出３×３矩阵状的智能机器人分类　目前研究得　最多的是在既知环境中工作的机器人．其１：作　环境是指由已知的物件构成，但各物件的姿态，　位嚣却是任意的。此外，还假定机器人的操作　速度不必很快，可不考虑实时性　从长远的观　点来看，在未知环境中学习，是智能机器人的　个重要研究课题。　从智能机器人所应具有的知识着眼，是主　要的知识是构成其周围环境的物体的各种几何　模型，从几何模型的不同性质（如形状、惯性　矩）分类，定出其目值。搜索时逐次逼近，以　求得最为接近的模型。这种以模式为基础的视　觉和机器人学是今后智能机器人研究的一个重　要内容。然而，对于象玻璃那样透明的物体以　及象餐刀那样镜面反射的物体，均是人工视觉　很难解决的问题　此外，对于基于模式的操纵　来说，象纸、布一类薄而形状不定的物件也相　当难以处理。总之，如何将几何模型所忽略的　些物理特征（如材质、色泽、反光性等）予　以充分利用，是提高智能机器人认识周围环境　水平的一个重要研究内容。　考虑到机器人是根据人的指令进行工作　的，则不难理解以下三点对机器人的操作是至　关重要的：（１）正确地理解人的指令．并将其　自身的情况传达给人，同时从人那儿获得新的　知识，指令和教益（人～机关系）；（２）了解外　维普资讯 http://www.cqvip.com

界条件，特别是工作对象的条件，识别外部世　界；（３）理解自身的内部条件（例如机器人的　臂角）、识别内部世界。上述第三项是相当容易　的，冈为它是伺服系统的基础，在各种自动机　床或第一代机器人中已经实现。对于具有感觉　的第二代机器人（即自适应机器人）．有待解决　的主要技术问题是对外界环境的感觉，根据得　到的外界信息适当改变其动作。目前，第一代　机器人正在接近实用化阶段，这与近几年在传　感器和微机方面的发展有着直接的关系。如果　说第一代机器人涉及到内部传感器和伺服技　术，第二代机器涉及到外部传感器和微处理器　技术，那末．第三代机器人所涉及到的主要技　术是什么呢？第三代机器人也称智能机器人，但　目前对它还投有统一的定义．也就是说．在软　件方面，究竟什么是机器人的智能．它的智力　范国应有多大？目前尚无定论；硬件方面．采　用哪一类的传感器，采用何种结构形式或材料　的手臂、手抓、躯干等的机器人才是智能化机　器人所应有的外表，至少在目前尚无人涉及。但　是，将上述第二项功能扩大到三维自然环境．并　建立第一项中提到的联络（通信）功能，将是　第三代机器人研究的一个重要课题　第一、第　二代机器人与人的联系基本上是单向的，第三　代机器人与人的关系如同人类社会中的上、下　级　机器人是下级，它听从上级的指令，当它　不理解指令的意义时，就向上级询问，直至完　全明白为止（问答系统）。当数台机器人联合操　作时，每台机器人之间的分工合作以及彼此间　的联系也是很重要的　由于机器人对天然环境　的知识贫乏，因此，晟有效的方法是建立人—机　系统，以完成不能由单独的人或单独的机器』、　所能胜任的工作　五、小型及廉价机器人　从工业机器人的目前发展趋向来看．可　说是向着四个方向发展ｔ高的操作速度，高的　重复精度，小型化、轻量，以及低价。　为了推　广使用工业机器人，尤其是能被中、小企业采　用，各国在发展功能（包括多功能与智能）机　器人的同时．也在继续研制功能专门化、结构　模块化、性能可靠、价格低廉、不需高级技术　即可操作、维护方便简易、低价机器人和小型　机器人　晟近几年小型机器人市场活跃的一个　主要原因　是可利用廉价的ＳＣＡＲＡ型结构的　工业机器人，它们主要用于电子工业。据估计，　在这个应用领域，１９９０年全世界总的市场规模　约为５．４亿美元　近年来，市场上出现的机器　人系统结构越来越复杂，价格亦随之提高　然　而，制造业中的一些加工工艺问题仍可用１　０年　前的第一代机器人予以充分解决，如低档的非　伺服型机器人目前仍占世界机器人总数３６　左右　以日本为例，号称“机器人王国”的Ｆ１　本．历年来所生产的机器人，按其档次而论，　：　少是属于包括手动机械手、固定顺序机器人及　部分可变顺序机器人和示教再演机器人在内的　第一代机器人（如按Ｊ１ＲＡ统计的日本１９８４年　全国机器人生产台数为４．１万，而按欧美标准　统计仅为１．７９万台）。　简易型廉价机器人，由于结构简单、操作　维护方便，因而受到广大中、小企业用户的欢　迎。此外，近年来．美国的机器人制造业中出　现了重新生产、改装几年前被认为是　日的老　产品，制造商为这些老产品添加一些先进技术　和辅助系统，以增加安全性、灵活性，并满足　其它一些特殊要求，且费用不多（约为新购一　台同样性能机器人的２０　～５０　）．深受用户　欢迎。目前这项以廉价型机器人为基础的改装　业务在美国相当兴旺。　六、结论、发展趋势　从整个机器人行业的市场动向来看，今后　机器人的发展趋向可以认为正在追随计算机的　市场开发过程。这是因为机器人是一种可编程　的通用工具，看看其它可编程通用工具——计　算机的发展史，就可找出机器人工业今后的发　展途径。计算机工业已经历了４个市场开发时　期，目前机器人工业已经历了计算机发展的前　二个阶段　看来今后它将继续跟随着计算机的　发展足迹前进　３５·　维普资讯 http://www.cqvip.com

第一阶段：高用户化　作．但他们都必须能在任何型号的设备上灵活　地工作　这一情况表明，每个厂商的独特的编　程语言不再是一种优点，而宁可说是一种互相　制造商向每个用户提供非常符台用户意愿　的产品，这种‘高用户化　的做法，要求制造　商既要推销商品，又要亲自制造、安装和维修　产品。　美国为例，用户化市场是为美国三家　揖大的汽车制造公司提供喷漆、点焊系统。在　这一阶段，计算机行业和机器人行业的销售额　都增加得很快，制造业和金融业对这二个行业　的发展充满信心。在这一阶段的后期，原有的　用户市场开始饱和，计算机行业的年盈利额增　长停止不前，机器人行业甚至明显地开始滑坡，　这二个行业开始寻找新的市场。　第二阶段：制造商开发各自的编程语言　这二个行业开始转向各个新的和较小、较　分散的市场领域时，人们发现软件成本开始超　过硬件，这使这二个行业的经理们颇感困惑。因　为在此之前，他们都将各自的公司基本上视为　硬件制造者，此时他们必须正确地面对实际存　在的软件费用问题并开发各自的新一代程序编　制语言。对于６０年代的计算机来说，包括Ｆｏｒ　ｔｒａｎ和ＣｏＯａｌ之类的程序语言，对于８０年代的　机器人来说，是出现了类似于ＫＡＲＥＬ和ＶＡＬＩＩ　的程序语言。然而在这一阶段，这二个行业中　的几乎每一家销售商当时都错误地将这些程序　语言的出现作为使其产品变得独特的大好时　机，各自力图加强在行业中的竞争地位，每家　制造公司都有各自的程序语言版本，而编程人　员也只得分别学习这些版本。　第三阶段：出现与硬件无关的软件　计算机工业已经历了这一阶段，对于ＩＥ在　进入这一阶段的机器人工业来说、是具有巨大　利益和有重要意义的阶段，从这一阶段出发．就　可展望机器人的今后发展方向。在这一阶段．计　算机行业明确了这样一个实事：为了扩大计算　机行业而使计算机进入到各个越来越小的市场　领域时，计算机制造业从不指望对各个小的应　用领域的要求有详细的了艇（至少不在经济性　方面）。他们藉助于早巳熟悉各个应用领域的第　三方编程员（或称为‘系统集成员’），第三方　编程员不必介入任何一家制造厂的硬件方面工　３６·　妨碍的壁垒。这一情况直到出现与硬件无关的　软件之后才得以改变　可以确切的预言，今后　机器人行业也将出现与硬件无关的软件的需　求。　第四阶段：行业重新组织　将围绕二个集团展开：　‘个是由大的和有　效益的硬件制造商组成，这些，一商的产品已在　市场上站稳脚跟，占有相当大的市场份额．其　它一些厂商限于自身力量，不得不购置市场上　畅销的硬件，而将本身的力量局限于软件开发；　另一个是由软件制造商组成，通常这个集团还　可再细分为系统软件公司和应用软件公司（系　统集成者）二部分。　为＿ｒ促使下一个市场阶段早日来临，机器　人的销售商正在寻求机会，以便推销诸如　ＳＣＨＲＡ型机器人用的与硬件无关的软件．以及　基于个人计算机的ＳＣＡＲＡ控制器。这样做，对　机器人市场大有好处，它将使任何一台办公室　用个人计算机成为机器人的离线编程站，使机　器人的制造成本降低，并进而实现开拓机器人　应用领域的二个基本要求：硬件标准化和与硬　件无关的软件。　机器人行业经历了下二个市场发展阶段　后，装设一台机器人的费用将大为降低，这样．　又相应地促进了机器人产量的增加（经济学家　称之为　市场弹性’）。最后，当机器人日益进　入到越来越多的制造环境中时，就有现实条件　逐步实施柔性制造系统了。　总之，机器人为适应各种应用场合、－不同　用户的多种要求，一方面向高功能、多功能与　智能化方向发展，另一方面向功能专门化或模　块化（经济型）方向发展，呈现出生机勃勃的　发展前景