什么是机器人什么是机器人机器人系统在实践中有何用途？除了工业机器人和协作机器人，还有哪些机器人？什么是服务机器人？所有背景和趋势一目了然。

我们所说的机器人是什么意思？

机器人学涉及机器人系统（例如工业机器人或服务机器人）的起草、创建、控制和应用。简而言之，可以说：“机器人是使用中的机器人。”机器人的一个重要特征是机器人系统与物理世界的交互——机器人使用其执行器和传感器，并由机器人控制器控制。因此，机器人系统的力学和运动学以及电子控制和调节在机器人学中都起着至关重要的作用。

从科学上讲，机器人技术并没有明确界定。归根结底，机器人技术是工程和自然科学的一个子领域，受到机械工程、电气工程以及数学和计算机科学的强烈影响。但材料科学、神经科学和认知科学以及心理学和生物学也在机器人研究中发挥作用。

什么是机器人？

虽然机器人技术的定义有些模糊，但机器人或工业机器人这个术语甚至有具体的指导方针和标准：

根据欧洲标准 EN 775，机器人是“具有多个自由度的自动控制、可重新编程、多用途的搬运设备，可在自动化生产系统中使用固定式或移动式”。

根据 VDI 指南 2860，工业机器人是“具有多个轴的通用自动运动机器，其运动可以自由编程（即无需机械干预），有时在运动顺序和路径或角度方面受传感器控制。工业机器人可以配备抓手、工具或其他生产手段，可以执行搬运和/或生产任务”。

世界机器人协会，即国际机器人联合会 (IFR)，将类似于国际标准化组织 ISO 的术语工业机器人定义为“可在三个或更多轴上编程的自动控制、可重新编程的多用途机械手”，它要么是静止的或移动在工业自动化中都可以使用。(ISO 8373)

机器人一词从何而来？

机器人一词起源于科幻小说。机器人一词最早出现在 1921 年 Karel Capek 的戏剧“Rossum 的通用机器人”（RUR）中。在这部讽刺剧中，卡佩克描述了工作量是真人两倍的类人机器。他称这些机器为机器人——在斯拉夫语单词 robotsa 之后，意思是工作（波兰语）或艰苦劳动（捷克语）。最著名的科幻小说作家之一艾萨克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 写了几个机器人故事。阿西莫夫制定了著名的机器人定律，其最高定律是机器人不得对人类造成任何伤害。

工业机器人的历史

1954年被认为是现代工业机器人诞生的时刻，当时George Devol在美国为“可编程机械手”注册了专利。George Devol 与 Joseph Engelberger 一起开发了第一款可上市的工业机器人 Unimate。

1959 年，通用汽车安装了 Unimate 的第一个原型。

1961 年 Unimate 机器人首次用于通用汽车的生产线。通用汽车在 Ternstedt 的工厂使用了世界上第一台实用的工业机器人，该工厂生产门窗把手、齿轮把手和其他内部配件零件。Unimate 机器人重达 4,000 磅的手臂遵循存储在磁鼓上的分步命令，将热压铸金属部件堆叠在一起。当时机器人的生产成本高达 65,000 美元。

从 1966 年起，Unimate 机器人还可以喷漆和点焊。

1969 年，通用汽车在其位于洛兹敦的装配厂安装了第一台点焊机器人。Unimation 机器人使超过 90% 的车身焊接工作实现自动化。

工业机器人早在 1967 年就传入欧洲。欧洲第一台工业机器人，也是 Unimate，安装在瑞典乌普斯兰韦斯比的 Metallverken。

1971 年，库卡在辛德芬根的戴姆勒奔驰公司建造了欧洲第一条采用液压操作机器人的机器人焊接线。

结果，工业机器人开始在汽车厂取得胜利——尤其是在车身车间，如今整条街上的工业机器人都在那里焊接或喷漆车身。

为什么在工业中使用机器人技术？

今天，机器人技术是工业制造过程灵活自动化的一个重要元素——不仅是长期以来汽车行业高度自动化的焊接机器人生产线。机器人技术对于汽车供应商、电气和电子行业、金属和塑料行业，或食品、制药和生物技术行业也发挥着重要作用。机器人技术是工业 4.0的支柱之一。由于其灵活性和智能性，机器人解决方案特别适合自动化生产，即使是小批量和大量变体。

从工业机器人到机器人系统

工业中的机器人系统由机械手（即实际的机器人手臂）、末端执行器（工具、抓手）和机器人控制器以及大部分传感器或摄像头和其他附件（如安全装置）组成。一旦编程，机器人系统就能够自主执行工作流程或根据传感器信息改变任务的执行。

工业中的机器人系统可以根据其运动学进行区分

关节臂机器人（通常是六轴），

Scara机器人（四轴），

龙门式机器人（主要是三轴）

码垛机器人（主要是四轴关节臂机器人）

平行运动学，如 delta 机器人

除了经典的工业机器人，还有协作机器人（cobots），也称为轻量级机器人。协作机器人的特点：与人类直接合作（人机协作，HRC）相对安全，操作简单。

使用机器人技术：机器人可以用来做什么？

机器人在工业中的可能用途非常多样化。因此，工业机器人被广泛用于各种行业和应用中。典型的应用领域是：

●搬运：零件搬运是机器人技术的一个广泛应用领域，最终都是关于使用机器人将零件从 A 移动到 B。

●拣选Pick & Place：机器人捡起一个零件 (Pick) 并将其放置 (Place) 到其他地方，例如电路板上的一个元件。

●机器装载也是搬运的一部分：机器人将原始零件装载到加工机器上，然后取出成品零件。

●包装：机器人从传送带上取下巧克力、饼干或香肠，并将它们放入包装中。或者他们将成品包装在纸板箱中。

●码垛：机器人拿起预先包装好的箱子或麻袋（例如在生产线的末端），并根据特定的模式将它们堆放在托盘上。

●点焊：机器人通过焊钳将两个压在一起的工件通过选择性加热的方式连接起来。路径焊接：在路径焊接中，机器人通过连续的焊缝将两个零件连接起来。

●油漆：例如，机器人将油漆均匀地涂在车身上。

●组装：机器人将两个部分放在一起。

●涂胶/密封：机器人将粘合剂或密封剂涂在车道上，以连接或密封零件。

●连接：机器人将零件相互连接 - 例如通过拧紧或铆接或冲压或压制。

●测量/测试：机器人通过例如沿着组件引导光学测量传感器来测量组件的尺寸。或者机器人使用图像处理来检查存在、形状、表面和其他质量特征。或者机器人将部件插入测量机。

●清洁：机器人使用压缩空气或水清洁组件。

●打标：机器人打上文字或标签（例如用激光）。

●加工：机器人使用特殊工具接管去毛刺、磨削、铣削、钻孔或切割。

机器人市场有多大？

今天，根据国际机器人联合会的数据，超过300 万台工业机器人在世界各地的工厂中工作，而且这个趋势还在上升。机器人的主要应用领域仍然是搬运、焊接和组装。全球最大的机器人市场是中国，其次是日本、美国、韩国和德国。机器人密度最高的国家是韩国和新加坡，其次是日本和德国。

什么是服务机器人？

根据世界机器人协会 (IFR) 和国际标准化组织 (ISO) 的定义，“服务机器人”是“为人或系统执行有用任务的机器人，工业自动化应用除外”(ISO 8373)。简而言之：“服务机器人都是不直接参与工业制造过程的机器人。”

什么是移动机器人？

不同的术语和系统被概括为移动机器人，例如运输机器人、物流机器人、自主移动机器人 (AMR) 以及更传统的自动导引车 (AGV) 和无人驾驶运输系统 (DTS)。移动机器人可以是自动驾驶的移动平台、安装有机械臂的移动底座或定制的移动应用程序。

在工业环境中，移动机器人用于在工厂运输工件，连接仓库和生产，或链接机器。或者移动机器人平台取代矩阵生产中的经典输送线和装配线，从而确保超灵活的工厂概念。

电子商务和航运物流也是移动机器人的一个蓬勃发展的市场，自动驾驶机器人用于在仓库中运输货物，例如从仓库中取货。在将包裹送到收件人家门口的最后一英里领域，也有许多初创公司。

在医疗保健领域，移动机器人用于在医院和护理设施中运送衣物、材料和药品，还用于清洁和消毒以及配药。

移动机器人系统还用于机场、酒店和购物中心等公共区域——例如作为信息机器人、酒店客房服务、清洁和消毒以及安全/监控，例如巡逻城市公园。

机器人技术在农业中的用途是什么？

农业是服务机器人的多功能应用领域。机器人技术的使用范围从挤奶机器人到种植机器人和除草机器人到收割机器人，例如黄瓜。

清洁消毒机器人

尤其是在新冠肺炎疫情中，专业清洁消毒机器人迎来了大热潮。到 2020 年，他们的销售额几乎翻了一番，从 18,000 辆增加到 34,000 辆。一个很好的例子是 Blue Ocean Robotics 的自主 UVD 消毒机器人，用于机场、酒店和铁路。移动、自主的 UVD 消毒机器人集成了 UVC 光和大量专门用于消毒的应用程序，不仅可以对表面进行消毒，还可以对空气进行消毒以对抗病毒和细菌。归根结底，这些消毒机器人是一种具有特殊应用结构的自主移动机器人（AMR）。

什么是医疗机器人？

例如，医疗机器人用于手术室。然而，在大多数情况下，它们不会取代外科医生，而是用作微创干预中的精确助手。外科医生不是亲自操作外科医生，而是借助操纵杆和脚踏板通过控制台控制机器人。

一个著名的例子是达芬奇手术机器人，它用于进行微创泌尿外科和妇科手术。但也有摄像头控制的毛发移植机器人，其中一些可以自主工作。捐赠者的头发由一个特殊的机器人从后脑勺移除。这会扫描现有的头发并冲出适当的毛囊。然后用手将它们移植到受脱发影响的区域。

什么是辅助机器人？

辅助机器人可用于公共场所，也可用于家庭或护理。一个例子是在 Saturn Mediamarkt 使用的 Paul 机器人。Paul 是一款自动驾驶辅助机器人，由 Fraunhofer IPA 专门开发用于零售。在电子产品商店，他向顾客打招呼，回答问题并展示购买所需产品的方法。

在家庭或护理中，辅助机器人可以减轻老年护理机构和医院的工作人员的负担，或为老年人和日常生活中需要护理的人提供支持。他们可以招待老年人，但他们也可以提供接送服务，或者，例如，提醒痴呆症患者喝足够的水。然而，机器人（还）不能对人类进行真正的护理活动。

辅助机器人还包括远程呈现机器人，例如在电晕大流行期间越来越多地使用它们。一个人无需亲自到场，而是通过相机和平板电脑显示器远程控制移动平台。

什么是家用机器人？

在家庭中，机器人可以承担烦人的日常任务，尤其是修剪草坪或吸尘。亚马逊的 Astro 也是家用机器人之一。移动机器人有一个屏幕，可以用摄像头和麦克风捕捉周围的环境，并在轮子上绕着房子移动。

人形机器人：以人为榜样

拟人或类人机器人是关于四肢、面部表情和手势以及自然语言技能的制造。简而言之：重点是一个人的看似真实的副本。然而，在实践中，机器人看起来与人类看似相似通常毫无意义，因为这会引起观众的恐惧（恐怖谷）。

纳米机器人有什么作用？

在纳米技术中，纳米机器人或纳米机器人是最小形式的分子机器。纳米机器人可用于医疗应用，通过在体细胞或血管中以有针对性的方式向患者输送药物。

软件机器人或机器人是真正的机器人吗？

纯软件机器人（bots）是在计算机科学领域开发的，用于软件和 IT 领域。软件机器人是自动执行某些任务的小型软件程序。软件机器人不仅使用系统API，还可以通过表现层控制应用软件，类似于人类的实现。但它们不是经典意义上的机器人技术——因为机器人技术旨在与物理世界互动。聊天机器人或文本机器人等自动从数据创建文本的应用程序是纯软件程序，因此不是真正的机器人。因此，机器人过程自动化（RPA）与使用机器人来自动化制造过程无关。

“服务机器人都是不直接参与工业制造过程的机器人。”

IFR 根据个人或专业用途区分服务机器人。专业服务机器人包括例如物流机器人/移动运输机器人以及医疗机器人和农业机器人。家用机器人实现了个人使用服务机器人（如吸尘器和清洁机器人、割草机和娱乐机器人）的最大销售数字。另一个增长的市场是老年人或残疾人的辅助机器人。

协作机器人也是服务机器人吗？

不，不一定。例如，将零件插入机器或执行组装任务的协作机器人或协作机器人属于 IFR 定义的工业机器人，因为它专门用于制造过程。因此，IFR 在其工业机器人统计数据中计算了协作机器人。相比之下，在机器人酒吧分配饮料的协作机器人是服务机器人。

但当然，界限正在模糊。例如，连接仓库和生产的移动运输机器人被视为服务机器人，因为它执行取货和送货服务。但是，如果将协作机器人安装在移动运输机器人上，该机器人在运动时执行简单的组装、测试和贴标任务，整个系统就会——至少部分——成为一个工业机器人系统。