緒論

1986年3月，面對世界高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，國際競爭日趨激烈的嚴峻挑戰(zhàn)，中國科學院王大珩等四位科學家提出“關(guān)于跟蹤研究外國戰(zhàn)略性高技術(shù)發(fā)展的建議”，黨中央、國務(wù)院果斷決策，于1986年11月啟動實施了高技術(shù)研究發(fā)展計劃（簡稱863計劃）。20多年來，我國在戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性等高科技領(lǐng)域取得了令世人矚目的跨越式發(fā)展，充分發(fā)揮了高新技術(shù)引領(lǐng)未來發(fā)展的先導(dǎo)作用。

國家十二五規(guī)劃中明確提出：把科技進步和創(chuàng)新作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要支撐。近兩年，沿海地區(qū)頻現(xiàn)用工荒，勞動力成本逐年提高，人們的自我保護意識增強，致使長期以來生產(chǎn)低附加值產(chǎn)品的勞動密集型企業(yè)難以為繼，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)備的升級換代亟待解決，產(chǎn)、學、研同步發(fā)展將成為一種趨勢，職業(yè)技術(shù)教育的專業(yè)提升和拓展任務(wù)緊迫。因此，提高勞動者素質(zhì)、培養(yǎng)高技能型人才將成為國家推動新一輪經(jīng)濟發(fā)展的必要條件。開展高科技領(lǐng)域的職業(yè)技術(shù)教育，對于實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，充分發(fā)揮科技第一生產(chǎn)力和人才第一資源的作用有著深遠的意義，加快提高職業(yè)技術(shù)教育的現(xiàn)代化水平，適應(yīng)科學技術(shù)日新月異的發(fā)展需要。

1. 機器人的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域

自從20世紀60年代人類制造了第一臺工業(yè)機器人以來，機器人就顯示出了極強的生命力。經(jīng)過50 多年的飛速發(fā)展，機器人技術(shù)已經(jīng)成為一門新的綜合性交叉學科——機器人學（robotics），它包括基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究兩方面內(nèi)容，主要研究領(lǐng)域有：①機械手設(shè)計；②機器人運動學與動力學；③機器人軌跡規(guī)劃；④機器人驅(qū)動技術(shù)；⑤機器人傳感器；⑥機器人視覺；⑦機器人控制語言與離線編程；⑧機器人本體結(jié)構(gòu)；⑨機器人控制系統(tǒng)；⑩智能機器人等。在工業(yè)發(fā)達國家，機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流、制造業(yè)等諸多領(lǐng)域中。

工業(yè)機器人是擬人手腕、手臂和手功能的機械電子裝置，集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術(shù)于一體的重要的現(xiàn)代制造業(yè)自動化裝備，能夠按照人們要求的軌跡移動焊槍、空間位置的物體或工件。

目前，全球機器人技術(shù)發(fā)展最有影響的國家應(yīng)該是美國和日本，美國在機器人技術(shù)的綜合研究水平上處于領(lǐng)先地位，而日本生產(chǎn)的機器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位。

國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系和歐美系。日系中主要有松下、安川、OTC、FANUC、神鋼、川崎等公司的產(chǎn)品。歐美系中主要有瑞典的ABB、德國的KUKA、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、工廠自動化（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動工具。

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，工業(yè)機器人主要用于汽車工業(yè)及汽車零部件工業(yè)，占整個機器人市場的61%，金屬制品業(yè)占8%、橡膠及塑料工業(yè)和電子電氣行業(yè)分別占7%，食品工業(yè)占2%，其他工業(yè)占15%。近年來，機器人應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)迅速擴大的趨勢。

2. 我國工業(yè)機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

2005年，我國工業(yè)機器人保有量約7000臺，當年銷售額28.7億元。近年來，隨著我國經(jīng)濟快速增長，特別是汽車業(yè)的高速發(fā)展，每年新增工業(yè)機器人的臺數(shù)和總量都在快速增長。2006年，我國工業(yè)機器人新安裝臺數(shù)達5770臺，2007年為6581臺，2008年7500臺，而到了2010年，工業(yè)機器人新增1萬臺。截至2010年年末，已有工業(yè)機器人近5萬臺。但我國的機器人技術(shù)水平距發(fā)達國家存在明顯差距，主要有以下幾方面原因：

第一，我國基礎(chǔ)零部件制造能力差。雖然我國在相關(guān)零部件方面有了一定的基礎(chǔ)，但是無論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列、批量化供給方面都與國外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機和精密減速器方面的差距尤為明顯。因此，關(guān)鍵零部件必須依賴進口，影響了我國機器人制造的產(chǎn)業(yè)化進程。

第二，中國的機器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機器人的開發(fā)，但是都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認知度。進口機器人品牌采用降低整機售價，吸引國內(nèi)企業(yè)購買，而在后續(xù)的維護、備件方面實行高價策略，以此擴大市場份額、獲取高額利潤。

第三，我國的機器人研究起步較晚，技術(shù)發(fā)展滯后。工業(yè)機器人的制造及應(yīng)用水平，實際上代表了一個國家制造業(yè)的總體發(fā)展水平，重新認識發(fā)展我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的重要性，這是從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑。縱觀國際市場，工業(yè)機器人技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣，已經(jīng)從傳統(tǒng)制造業(yè)擴展到其他制造業(yè)，進而推廣到諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救援等各種非制造行業(yè)，但汽車工業(yè)仍然是工業(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

當前，工業(yè)機器人按用途分類主要有弧焊、點焊、裝配、搬運、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)。焊接機器人在我國一汽、上汽、沈陽中順、金杯通用、重慶長安、湖南長豐、陜西漢德等整車制造企業(yè)廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計每輛汽車車身上有3000～4000個電阻點焊焊點，機器人電阻點焊技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了汽車車身制造的量產(chǎn)化與自動化。

我國從20世紀80年代開始在高校和科研單位全面開展工業(yè)機器人的研究，近30年來取得不少的科研成果。但是由于種種原因，至今仍未形成具有影響力的產(chǎn)品和有規(guī)模的品牌。目前國內(nèi)除了一兩家以組裝為主的機器人公司外，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人尚停留在高校或科研單位組織的零星生產(chǎn)，未能形成氣候。近10年來，由于進口機器人的價格大幅度降低，對我國工業(yè)機器人的發(fā)展造成了一定的影響，國內(nèi)自行制造的普通工業(yè)機器人在價格上根本無法與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè)，使得國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)機器人的過程中，只能依賴配套進口的零部件，削弱了中資企業(yè)的價格競爭力。

3. 工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢

從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。

機器人是先進制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”形式。它涉及機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通信與網(wǎng)絡(luò)等多個學科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此，它的發(fā)展與眾多學科發(fā)展密切相關(guān)。當今工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格逐年下降。

（2）機械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如，關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人。

（3）工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

（4）機器人中傳感器的作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。

（5）機器人化生產(chǎn)開始興起。機器人工作站逐步發(fā)展成柔性控制系統(tǒng)組成的機器人自動化生產(chǎn)線，物流自動配送使用AGV（自動行走小車）等前沿技術(shù)，可視化、網(wǎng)絡(luò)化、離線編程、仿真技術(shù)逐漸在工廠得以應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)水平。

機器人技術(shù)發(fā)展的總體趨勢是：從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機器人技術(shù)的、具有實際動作功能的智能化系統(tǒng)。機器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能化程度也越來越高，正朝著一體化方向發(fā)展。

目前，我國的汽車行業(yè)、工程機械行業(yè)以及五金加工出口行業(yè)成為焊接機器人應(yīng)用較為集中的三大市場，并有向其他行業(yè)迅速擴散的趨勢。前不久，富士康科技集團向媒體表示，未來3年內(nèi)將新增100萬臺機器人取代人工勞動力，這預(yù)示著制造業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式將發(fā)生重大變革！但不可否認，我國的機器人應(yīng)用技術(shù)水平還比較低，人才的短缺制約了機器人技術(shù)的普及和推廣，其中，具有焊接專業(yè)知識的機器人編程人員更是難以滿足市場需要。因此，培養(yǎng)高技能型人才的職業(yè)技術(shù)教育工作迫在眉睫。此前的機器人操作培訓(xùn)工作大多由企業(yè)自行承擔，以操作說明書為范本，僅僅達到能操作的層次，無法滿足企業(yè)對機器人技能人才的需求，因此，編寫一套適合職業(yè)技術(shù)教育的機器人教材成為當務(wù)之急。為了加快推進機器人事業(yè)的蓬勃發(fā)展，編者結(jié)合職業(yè)技術(shù)教育的特點，參照當前的機器人最新資訊和市場案例編寫成本教材，希望讀者通過閱讀學習，對焊接機器人有一個較為全面地了解，并能夠基本掌握焊接機器人的編程技巧和實際應(yīng)用技能。