什么是機器人什么是機器人機器人系統在實踐中有何用途？除了工業機器人和協作機器人，還有哪些機器人？什么是服務機器人？所有背景和趨勢一目了然。

我們所說的機器人是什么意思？

機器人學涉及機器人系統（例如工業機器人或服務機器人）的起草、創建、控制和應用。簡而言之，可以說：“機器人是使用中的機器人。”機器人的一個重要特征是機器人系統與物理世界的交互——機器人使用其執行器和傳感器，并由機器人控制器控制。因此，機器人系統的力學和運動學以及電子控制和調節在機器人學中都起著至關重要的作用。

從科學上講，機器人技術并沒有明確界定。歸根結底，機器人技術是工程和自然科學的一個子領域，受到機械工程、電氣工程以及數學和計算機科學的強烈影響。但材料科學、神經科學和認知科學以及心理學和生物學也在機器人研究中發揮作用。

什么是機器人？

雖然機器人技術的定義有些模糊，但機器人或工業機器人這個術語甚至有具體的指導方針和標準：

根據歐洲標準 EN 775，機器人是“具有多個自由度的自動控制、可重新編程、多用途的搬運設備，可在自動化生產系統中使用固定式或移動式”。

根據 VDI 指南 2860，工業機器人是“具有多個軸的通用自動運動機器，其運動可以自由編程（即無需機械干預），有時在運動順序和路徑或角度方面受傳感器控制。工業機器人可以配備抓手、工具或其他生產手段，可以執行搬運和/或生產任務”。

世界機器人協會，即國際機器人聯合會 (IFR)，將類似于國際標準化組織 ISO 的術語工業機器人定義為“可在三個或更多軸上編程的自動控制、可重新編程的多用途機械手”，它要么是靜止的或移動在工業自動化中都可以使用。(ISO 8373)

機器人一詞從何而來？

機器人一詞起源于科幻小說。機器人一詞最早出現在 1921 年 Karel Capek 的戲劇“Rossum 的通用機器人”（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器。他稱這些機器為機器人——在斯拉夫語單詞 robotsa 之后，意思是工作（波蘭語）或艱苦勞動（捷克語）。最著名的科幻小說作家之一艾薩克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 寫了幾個機器人故事。阿西莫夫制定了著名的機器人定律，其最高定律是機器人不得對人類造成任何傷害。

工業機器人的歷史

1954年被認為是現代工業機器人誕生的時刻，當時George Devol在美國為“可編程機械手”注冊了專利。George Devol 與 Joseph Engelberger 一起開發了第一款可上市的工業機器人 Unimate。

1959 年，通用汽車安裝了 Unimate 的第一個原型。

1961 年 Unimate 機器人首次用于通用汽車的生產線。通用汽車在 Ternstedt 的工廠使用了世界上第一臺實用的工業機器人，該工廠生產門窗把手、齒輪把手和其他內部配件零件。Unimate 機器人重達 4,000 磅的手臂遵循存儲在磁鼓上的分步命令，將熱壓鑄金屬部件堆疊在一起。當時機器人的生產成本高達 65,000 美元。

從 1966 年起，Unimate 機器人還可以噴漆和點焊。

1969 年，通用汽車在其位于洛茲敦的裝配廠安裝了第一臺點焊機器人。Unimation 機器人使超過 90% 的車身焊接工作實現自動化。

工業機器人早在 1967 年就傳入歐洲。歐洲第一臺工業機器人，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器人的機器人焊接線。

結果，工業機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機器人都在那里焊接或噴漆車身。

為什么在工業中使用機器人技術？

今天，機器人技術是工業制造過程靈活自動化的一個重要元素——不僅是長期以來汽車行業高度自動化的焊接機器人生產線。機器人技術對于汽車供應商、電氣和電子行業、金屬和塑料行業，或食品、制藥和生物技術行業也發揮著重要作用。機器人技術是工業 4.0的支柱之一。由于其靈活性和智能性，機器人解決方案特別適合自動化生產，即使是小批量和大量變體。

從工業機器人到機器人系統

工業中的機器人系統由機械手（即實際的機器人手臂）、末端執行器（工具、抓手）和機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，機器人系統就能夠自主執行工作流程或根據傳感器信息改變任務的執行。

工業中的機器人系統可以根據其運動學進行區分

關節臂機器人（通常是六軸），

Scara機器人（四軸），

龍門式機器人（主要是三軸）

碼垛機器人（主要是四軸關節臂機器人）

平行運動學，如 delta 機器人

除了經典的工業機器人，還有協作機器人（cobots），也稱為輕量級機器人。協作機器人的特點：與人類直接合作（人機協作，HRC）相對安全，操作簡單。

使用機器人技術：機器人可以用來做什么？

機器人在工業中的可能用途非常多樣化。因此，工業機器人被廣泛用于各種行業和應用中。典型的應用領域是：

●搬運：零件搬運是機器人技術的一個廣泛應用領域，最終都是關于使用機器人將零件從 A 移動到 B。

●揀選Pick & Place：機器人撿起一個零件 (Pick) 并將其放置 (Place) 到其他地方，例如電路板上的一個元件。

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

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

●點焊：機器人通過焊鉗將兩個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，機器人通過連續的焊縫將兩個零件連接起來。

●油漆：例如，機器人將油漆均勻地涂在車身上。

●組裝：機器人將兩個部分放在一起。

●涂膠/密封：機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。

●測量/測試：機器人通過例如沿著組件引導光學測量傳感器來測量組件的尺寸。或者機器人使用圖像處理來檢查存在、形狀、表面和其他質量特征。或者機器人將部件插入測量機。

●清潔：機器人使用壓縮空氣或水清潔組件。

●打標：機器人打上文字或標簽（例如用激光）。

●加工：機器人使用特殊工具接管去毛刺、磨削、銑削、鉆孔或切割。

機器人市場有多大？

今天，根據國際機器人聯合會的數據，超過300 萬臺工業機器人在世界各地的工廠中工作，而且這個趨勢還在上升。機器人的主要應用領域仍然是搬運、焊接和組裝。全球最大的機器人市場是中國，其次是日本、美國、韓國和德國。機器人密度最高的國家是韓國和新加坡，其次是日本和德國。

什么是服務機器人？

根據世界機器人協會 (IFR) 和國際標準化組織 (ISO) 的定義，“服務機器人”是“為人或系統執行有用任務的機器人，工業自動化應用除外”(ISO 8373)。簡而言之：“服務機器人都是不直接參與工業制造過程的機器人。”

什么是移動機器人？

不同的術語和系統被概括為移動機器人，例如運輸機器人、物流機器人、自主移動機器人 (AMR) 以及更傳統的自動導引車 (AGV) 和無人駕駛運輸系統 (DTS)。移動機器人可以是自動駕駛的移動平臺、安裝有機械臂的移動底座或定制的移動應用程序。

在工業環境中，移動機器人用于在工廠運輸工件，連接倉庫和生產，或鏈接機器。或者移動機器人平臺取代矩陣生產中的經典輸送線和裝配線，從而確保超靈活的工廠概念。

電子商務和航運物流也是移動機器人的一個蓬勃發展的市場，自動駕駛機器人用于在倉庫中運輸貨物，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域，也有許多初創公司。

在醫療保健領域，移動機器人用于在醫院和護理設施中運送衣物、材料和藥品，還用于清潔和消毒以及配藥。

移動機器人系統還用于機場、酒店和購物中心等公共區域——例如作為信息機器人、酒店客房服務、清潔和消毒以及安全/監控，例如巡邏城市公園。

機器人技術在農業中的用途是什么？

農業是服務機器人的多功能應用領域。機器人技術的使用范圍從擠奶機器人到種植機器人和除草機器人到收割機器人，例如黃瓜。

清潔消毒機器人

尤其是在新冠肺炎疫情中，專業清潔消毒機器人迎來了大熱潮。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。一個很好的例子是 Blue Ocean Robotics 的自主 UVD 消毒機器人，用于機場、酒店和鐵路。移動、自主的 UVD 消毒機器人集成了 UVC 光和大量專門用于消毒的應用程序，不僅可以對表面進行消毒，還可以對空氣進行消毒以對抗病毒和細菌。歸根結底，這些消毒機器人是一種具有特殊應用結構的自主移動機器人（AMR）。

什么是醫療機器人？

例如，醫療機器人用于手術室。然而，在大多數情況下，它們不會取代外科醫生，而是用作微創干預中的精確助手。外科醫生不是親自操作外科醫生，而是借助操縱桿和腳踏板通過控制臺控制機器人。

一個著名的例子是達芬奇手術機器人，它用于進行微創泌尿外科和婦科手術。但也有攝像頭控制的毛發移植機器人，其中一些可以自主工作。捐贈者的頭發由一個特殊的機器人從后腦勺移除。這會掃描現有的頭發并沖出適當的毛囊。然后用手將它們移植到受脫發影響的區域。

什么是輔助機器人？

輔助機器人可用于公共場所，也可用于家庭或護理。一個例子是在 Saturn Mediamarkt 使用的 Paul 機器人。Paul 是一款自動駕駛輔助機器人，由 Fraunhofer IPA 專門開發用于零售。在電子產品商店，他向顧客打招呼，回答問題并展示購買所需產品的方法。

在家庭或護理中，輔助機器人可以減輕老年護理機構和醫院的工作人員的負擔，或為老年人和日常生活中需要護理的人提供支持。他們可以招待老年人，但他們也可以提供接送服務，或者，例如，提醒癡呆癥患者喝足夠的水。然而，機器人（還）不能對人類進行真正的護理活動。

輔助機器人還包括遠程呈現機器人，例如在電暈大流行期間越來越多地使用它們。一個人無需親自到場，而是通過相機和平板電腦顯示器遠程控制移動平臺。

什么是家用機器人？

在家庭中，機器人可以承擔煩人的日常任務，尤其是修剪草坪或吸塵。亞馬遜的 Astro 也是家用機器人之一。移動機器人有一個屏幕，可以用攝像頭和麥克風捕捉周圍的環境，并在輪子上繞著房子移動。

人形機器人：以人為榜樣

擬人或類人機器人是關于四肢、面部表情和手勢以及自然語言技能的制造。簡而言之：重點是一個人的看似真實的副本。然而，在實踐中，機器人看起來與人類看似相似通常毫無意義，因為這會引起觀眾的恐懼（恐怖谷）。

納米機器人有什么作用？

在納米技術中，納米機器人或納米機器人是最小形式的分子機器。納米機器人可用于醫療應用，通過在體細胞或血管中以有針對性的方式向患者輸送藥物。

軟件機器人或機器人是真正的機器人嗎？

純軟件機器人（bots）是在計算機科學領域開發的，用于軟件和 IT 領域。軟件機器人是自動執行某些任務的小型軟件程序。軟件機器人不僅使用系統API，還可以通過表現層控制應用軟件，類似于人類的實現。但它們不是經典意義上的機器人技術——因為機器人技術旨在與物理世界互動。聊天機器人或文本機器人等自動從數據創建文本的應用程序是純軟件程序，因此不是真正的機器人。因此，機器人過程自動化（RPA）與使用機器人來自動化制造過程無關。

“服務機器人都是不直接參與工業制造過程的機器人。”

IFR 根據個人或專業用途區分服務機器人。專業服務機器人包括例如物流機器人/移動運輸機器人以及醫療機器人和農業機器人。家用機器人實現了個人使用服務機器人（如吸塵器和清潔機器人、割草機和娛樂機器人）的最大銷售數字。另一個增長的市場是老年人或殘疾人的輔助機器人。

協作機器人也是服務機器人嗎？

不，不一定。例如，將零件插入機器或執行組裝任務的協作機器人或協作機器人屬于 IFR 定義的工業機器人，因為它專門用于制造過程。因此，IFR 在其工業機器人統計數據中計算了協作機器人。相比之下，在機器人酒吧分配飲料的協作機器人是服務機器人。

但當然，界限正在模糊。例如，連接倉庫和生產的移動運輸機器人被視為服務機器人，因為它執行取貨和送貨服務。但是，如果將協作機器人安裝在移動運輸機器人上，該機器人在運動時執行簡單的組裝、測試和貼標任務，整個系統就會——至少部分——成為一個工業機器人系統。