工业机械手文献综述

约翰霍兰德

每年春天，大学和学院产生很多工科学生在令人兴奋的自主机器人领域找到了一席

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之地。有些人选择他们认为可以获得此职位的技术学科，而另外一些进入了特别的学校，因为这些学校在机器人上提供程序和学位。很少有人意识到，至少直到他们真正的开始工作，几乎不存在真正的这样的工作。因此，那些最坚定的机器人工程师为了提供他们的思想生活最终走出去形成机器人公司。

坏消息是，对这些努力成功的统计数字是暗淡。好消息是，为了赢得胜利金戒指仍然存在！我在这一章的目的是为了说明正在考虑探索的勇敢的心灵，有可能的话，给你如何面对商界的启示。

要意识到的最重要的东西是你至少在机器人设计上有你商业策略的创意。如果这一在这项技术的讨论中，我们不断重复观察到得模式。这在生意上也是真的，所以抽挑战不能让你兴奋，它不是激发团队或者个人，就是浪费你的精力。

出时间去研究过去，很可能有助于未来我们的成功。为了了解我们再哪里，我们还必须明白，我们从何处来，又是如何走到这里。

1 机器人的历史

今天,单词“机器人”是用来描述令人眼花缭乱的硬件和软件。如果我们接受这个定

义：一台机器可以通过编程做有用的工作，那么机器人的历史是用世纪来衡量而不是用年。比如，约瑟夫在1801年发明了利用打孔卡编程的纺织机。

机器人这个名字不会再另外一个120年里被创造，然而，当捷克剧作家卡雷尔恰佩克利用“罗博陶”来形容一个机械仆人。在捷克单词“罗博陶”是转换农奴和努力之间的事。不久以后关于机器人的漫画，科幻书籍和电影开始出现，如果不是经济，机器人这个词在当地被牢固的建立。

人们通常认为现代工业机器人的发明人是乔治迪沃尔，在19年创建了通用可编恩格伯格虽然是一名工程师，他在促销宣传上也有天赋。使用机器人一词描述这些程机械手。在1956年，德沃尔和恩格伯格形成尤尼梅申，从此一个产业诞生了。 机械臂后来才成为市场营销的新方法之一。经过多年试图通过传统的工业销售营销渠道出售这些性的设备，恩格伯格带着公司的机器人之一出现在约翰尼卡森的“今夜秀”节目，反应是完全不可想象的。在几个月内尤尼梅申有很多的订单。1975年，经过差不多20年以后，尤尼梅申经历了首个盈利年度。

几年前，理查德霍恩在辛辛那提米拉克龙公司还开发了一个机器人手臂，但他是第

译自Designing Autonomous Mobile Robots Copyright 2004 BJ0 王屹峰 2009年1月

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一个由微型计算机控制。对于尤尼梅申来说不幸的事，狂野的热情与“今夜秀”节目激励辛辛那提米拉克龙公司，吸引了包括通用电气和IBM等许多大公司管理层的重视。到1980年，工业机器人产业以惊人的速度成长，至少在竞争对手和产品方面。可惜在美国只有三个重要的客户，他们是通用汽车,福特和克莱斯勒。

当新的进入者想在新兴市场中分一杯羹，他们总是遇到像尤尼梅申先锋的专利。作为围绕现有的专利寻找方法的结果，新事物被扩散开来。在工业机器人产业狂热的时期，新进入者研究尤尼梅申开发的液压机器人的弱点，并出现了新的设计。这些配置包括全电式机器人，甚至气动机器人。虽然液压机器人保持着最重要的应用，电动机器人很快的开始支配获利的方法和轻应用。

在这一点上，人们必须揣测为什么事与愿违，但他们没有。最有可能的原因是他们急于占据市场，竞争者们没有去研究和理解它。这似乎刺激了三大汽车制造商的巨大且广泛宣传的订单，并由工业调查来预测未来。

但是为什么三大汽车制造商如此急切的抛开戒心地接受这一新的且基本未经实验的技术？最可能的答案来自这样一个事实，他们看到世界在管理和劳动方面，抛开利益的平衡性，机器人似乎是他们完美的答案。

第一件由于假设导致的错误是机器人可以很简单的投入装配线代替工人。可惜的是，这些天装配线的刚性结构没有打破机器人的应变。虽然因为需要很容易取代人类，但不是这样的机器人。因此，线路经常中断或者导通，需要昂贵的返工。

更糟糕的事，电子通讯和计算式原始的，并因此，系统的综合检测变得糟糕。最终，有时人们说所有的新技术经历五个阶段：狂野的热情，越来越多的失望，因为内疚机器人被受威胁和不满情绪的工人破坏意味着早期的机器人是一个真正的麻烦。 而去寻找，因为无知而被惩罚，促进所有的非参与者。工业机器人产业迅速下滑到后期阶段。顾客们开始取消订单而新订单几乎没有。大型的美国公司开始退出这个行业，而的美国公司向苍蝇一样。

美国的管理人员和金融机构把机器人工厂作为废料出售，并尝试从失败中走出来，随后的几年，工厂开始采取灵活的，更好的适应自动化组织结构，同时制造工程师日本则建立了对机器人不动摇的情感。

开始明白哪些职能适合机器人而哪些不能。通信和计算机技术发展迅速，到1990年的工业机器人产业是2000亿美元一年，主要由40多个强大的日本公司支配。

美国财经界委婉的将这种转变称为“洗牌”，但事实上，它更适合称为“伟大美国机器人的落寞”。在盲目的恐慌之中，美国丢失了鲜血，汗水，泪水建立起来领先地位。美国的经济已经拨款给小资产的竞争者，那些没有能力逃离这次金融风暴的人。那些有足够资源支持的大公司的经理们没有足够的远见和承诺批评他们的投资。通用汽车与Fanuc形成同盟,建立了通用Fanuc,有效的阻止了美国市场上其他的供应商。

尤尼梅申被Westinghouse购买，很快打破了机器人先驱和对外出售知识产权。美国

的金融社会得到了不可磨灭的教训“机器人=坏”！随后日本在这产业上的成功没有因为这一结论受到任何影响。

要明白为什么财务经理和那些主流冒险资本家看来在这次或者其他灾难中没有学到东西,我们必须明白他们从事的事业。神话是风险投资机构搜索世界各地寻找下一个微软或苹果，为它提供早期的成长和充足的时间。它传递强大的，可行的小企业变成大众的公平的市场，它是能使之成长的地方。在少数情况下是正确的，但它不是规则；将来可能会是。

相反，风险投资机构已经演变成在公共市场提供股票执照的生意。而不是称为工业领导者和梦想家，更常见的是“我也是”公司几乎是无中生有，投入足够多的资金使变得更真实，更公众化。常常这样做而不考虑是否公司有这样的可行性。唯一重要的是还有股市。

因此因特网的快速成长导致对互联网股票的狂热，风险投资机构用评分感激手动的公司。每一项企业计划包含必要的被称为“曲棍球棒”的收入预测图，仅仅几年工作就可以提升。至少同样重要的事实是那些刚刚成立几年的公司几乎不销售给那些风险投资机构，因为他们有改变情况方法的真正历史。

那么这一切与自主的移动机器人市场有关系么？毕竟，工业机器人手臂几乎与移动机器人无关。他们有不同的功能，不同的挑战，和不同的客户！答案是，金融危机的机器人协会还没有被忘记（虽然它似乎最终走向衰退）。这意味着第二第三产业几乎不给移动机器人公司投资。

2 移动机器人产业

在我们讨论移动机器人工业之前，让我们先面对一些非常不愉快的事实。首先，在

大部分资本管理人心中，在所有的行业中没有真正的自助机器人产业！为了理解这一点，考虑一个事实，一个公司要达到总收入3000万美元左右，甚至可以考虑工业底层人员。据我所知，没有一家公司可以通过出售自主机器人来达到这个。即便如此，投资人已在寻找下一个技术投资的热潮。

还有另外一个神话，那就是如果“你建立一个更好的捕鼠器，世界将来敲打你家的门”。这是一个事实，如果世界相信还有没有解决的老鼠问题，如果你的公关和广告活动使得全世界认识到你拥有最好的解决方案。说服世界，你的最好的解决方案需要很大的投入。更性的概念是，投资越多，越能促进它。要完成这个任务需要的资金是令人胆怯的，至少可以这么说。

3 早期的移动机器人公司

迄今为止在商业上最成功的例子，自主机器人技术边缘的公司，包括远距离处理炸

弹的机器人，和物理路径跟踪自动引导小车系统。但是这些自主机器人公司并未能到达销售水平，并激励了投资界。

虽然工业（臂）机器人产业在经历了80年代初与社会公众投资者短暂的蜜月，没有因为机器人而产生严重的公共投资问题，尤其是在自主机器人领域。在写本书时，那些自主机器人股票是“低价股票”，并且只获得300到1000万美元。不幸但可以预料到的，这不足以证明他们所面临的障碍。

企业家要注意的是：如果你再这方面是新手，你必须学会两方面考虑资金。在个人方面，1亿美元似乎是一个庞大的数字。在企业方面，这几乎是一个测量单位!评估总结是一个很好的方式区分1000美元的生意和这一数字看成是个人的总和。因此，为了你的新机器人公司，50万美元的投资就好像每个人给你500美元。不幸的是，如果你个人担保贷款和银行所说的那样，他们不履行这一部分。

通过对华尔街的访问，我得到了各种技术图表，和投资者得到的平均投资回报率。迄今为止，小型的机器人公司的数量任然无法统计，但是如果可以统计的话，它可在列表的底部是机器人，它是唯一的产生负面平均回报的类别。

能需要科学计数法表示。有的已经持续了几十年，有的只有几天。再加上近年在大学开发的机器人项目和业余爱好者的数量惊人，这是很难看到的机器人林园。

在我的事业里，我看到过数百个机器人，每一个代表着辛勤工作，爱劳动和往往在财政上作出牺牲。这些机器人执行许多为他们而设计的任务，一些代表着世界级的新创作。这看上去在某些地方真的有小马。如果我们找到它，我们必须了解潜在的市场。

4 自主移动机器人行业的分类

有几个自主移动机器市场。其中每个都被许多公司探索，与众多产品。这些领

域包括：

4.1爱好，研究和小机器人

也许机器人组件的最简单的客户是另外的机器人设计师，是因为设计师专业或者业余爱好者。今天机器人爱好者可以从完整的平台到特殊动力车轮购买多种组件。但该市场是有限的，本身不会产生突破性的业务如每个人希望看到的那样。

可能略多，但任然是有限的，市场是小工具和玩具的市场。如索尼的机器狗产品在这个市场中做得很好，但他们往往是简单时尚的去导向成功。就其本身而论，那些产品不是自助机器人，我将不会深入他们。

4.2家用机器人

从市场规模角度看，家用机器人代表了机器人市场的圣杯。如果一个有益并且有效的家用机器人可以完成清理和修建草坪这样的工作，市场潜力就很巨大。但是冲击市场富有很大的挑战。如果这样的机器人不能完成经济可靠地有用的工作，那么它将成为小机器人类别，将永远不会被广泛接受。此外，相比于商业大楼，家庭往往因为不同的要求而被分割开来，从家具到宠物会有很多障碍。

当早期客户购买的物品需要被更换，最佳的测试技术和产品可能被研发。如果他们购买替代品，那么这种技术很可能有“腿”。如果客户回到了旧的处事方式，那么这项技术可能是一个小热潮。

到目前为止，数十个机器人割草机和吸尘器被有限的市场所接纳。最起码权衡成本和效益是一个挑战。一个典型的手工吸尘器需要电量，小的电池供电设备完成任何但又是最轻的工作是一个挑战。这一事实推动了大部分市场参与者选择清扫机器人，即使他们主要限于表面。然而正如我写的那些话，工程师们正在世界各地迎接这一挑战。迄今为止，由iRobot公司产的RoombaTM机器人似乎已经取得了重大的进展。

一些有识之士认为，国内市场的答案是像人一样的机器人，在家里，有足够的智慧

和灵巧的使用人们使用的手工工具完成仆人做的任务。做到这一点的技术挑战是更为复杂的经济型问题。到时候这个概念在技术上是可行的，今天的许多手工用具可能成为机器人领域或者其他的。

因此，一个家用机器人应该值多少钱，和它能做什么？由于减少的是屋主的劳动力，所以一个家用机器人的价值是主观的。最近，我发现两个例子去归类目前的费用问题。第一个是正在沃尔玛超市销售的清扫机器人是28.95美元。另外一个是6英尺高，未来的

可能普遍的，奈曼马库斯圣诞节价目表所提供的远程遥控机器人只有40万美元。理想的价格毫无疑问在这个范围里。

另外一个在国内市场上碰到的问题是，机器人必须完全自行安装和使用非常简单。对于剪草机的使用，也有着明显的安全性问题。任何在草坪修剪市场上获得成功的制造商毫无疑问面临着严重产品赔偿问题。第一次有自豪的割草机器人拥有者在刀片旋转层面上指出，大批的诉讼律师突然行动起来并且通过无私的努力，从的机器里挽救出来。

4.3农业机器人

我们只能看到了一个巨大的结合移动,通过无止尽的海洋颗粒意识到机器人导向应该是一个可能性。这些设备的费用足以轻易掩盖机器人传感器和控制增量成本。此外，因为在控制没有障碍物，它应该是一个完美的GPS导航。那么为什么这个市场没有发展呢？

无论他们宣传与否，几乎每一个大型的农业设备制造商，或者曾经拥有一个积极的计划探讨这种潜在的市场。这些计划很多根源可以追溯到20年前！原因是这些公司没有一个试图用技术推出机器人的可能性，更多的是责任问题。也有可能是客户的潜在劳动储蓄相对其他经营成本是比较小，去令人信服的去购买。由于农业巨头尚未作出认真的努力，想市场推出技术，其他人也没有竞争压力这样做。

但是还有对于农产品市场还有另外一个有前途的部门，这就是采集。目前，主要由移动体力劳动完成。由于任务不仅需要导航，视觉识别的项目被挑选，随着发展战略，如何实现它，应用程序需要智慧和灵巧的机器。即便如此，考虑到令人难以置信的成本/性能计算机发展和计算机视觉，机器人采集在不久的将来可能会大量出现。

4.4制造业

移动机器人的使用所谓自动引导车系统（自动引导小车）移动制造业的材料可以追溯到30年前。直到最近，这些车辆不能在地板上自主的跟随指南路径。在八十年代末，卡特彼勒公司开发了一种使用激光扫描和大型反射目标的机器去操纵。

最近几年，自动引导车制造商越来越多充满了更多的自主导航产品的形式。即便如此，无论是旧的追随者还是新的自动引导车系统已经获得了他们所希望的市场份额。然而，运动材料方法的竞争，如智能传送带，已经削弱了自动导引车系统的市场。这是否将改变？

很可能自动引导车系统产业与其自主技术的应用也有同样的错误，那些在汽车产业在其机械臂技术的早期应用的提出。就是说，他们往往代替有线自主技术，而不是重新思考可以提供的新的可能性。

虽然线以下车辆挣扎甚至扭转的道路上，自动车辆非常的灵活。如果这种能力的结

合更加智能，车辆可以执行更广泛的应用范围。卡特彼勒公司似乎已是到了这一点，当他们推出自主机器人叉车的时候，配置没有因为线以下技术而实现。

又例如，最有前途的应用之一是一个拖车马达机器人，可以自动挂接到材料载货车和他们从一个地方移动到另外一个地方。由于这种车被广泛应用于许多行业，这种应用吸引力许多客户。这里的优势远远不止是节省劳动力。这种系统可以使计算机确切的跟踪车的位置，极大地提高材料跟踪。

总之，近年自主机器人已经悄悄地出现在很多行业。但是这种申请的，有限的整体市场规模和制造业向发展中国家的出口意味着这方面不可能产生机器人的10月。

4.5服务机器人

有这样一个大型机构的意见，自主机器人产业可能在服务产业获得突破。道理很简服务业的最大组成部分是商业清理和安全。从整体来看，在美国私人部门安全员每清洁业和保安业一样也很大。每天，数百万工人出去清洁汽车旅馆，办公室和我们单：这是迄今最大的经济部门，它尚未体验到自动化生产率的显著改善。

年的开支大约是所有安全相关大型硬件的10倍，包括报警系统，闭路电视，和访问控制。 其余人在过去24小时已经丢弃的公共建筑。因此这是巨大的产业，经济繁荣时很重要的，尽可能的降低成本。

5 未来

鉴于这种对失败和挫折冗长谩骂，人们可能期望我对未来的自主机器人的意见将是

黯淡的。没有什么比这更不符合事实。自主机器人将拥有自己的时间，全球性的灾难没有任何短期将停止。在这方面，我绝对相信。

远不是盲目的信仰或一厢情愿的结果，这种看法是根据几何分析的不可分割的结论的基础。事实上，每一个因素对机器人的成本和能力产生影响，甚至因素对他们的需求产生影响，因素都朝着最终接受他们的青睐前进。

5.1使能技术

能技术从传感器应用技术到无线电通信和导航设备都是加速对数。似乎无处不在的无线局域网的系统，摄像机和处理器成本的急剧下降，负担得起的激光导航系统和不断增加准确性和价格不断降低的GPS导航接收器都加在一起使得自主机器人潜在地更加便宜更加有能力。

至少同样重要的是我们现在有大量的经验在人力资源。无数的软件工程师和学者用无数发展建模与控制概念的时间，这只是作为现有机器人的任何传感器或处理工具箱的重要部分。因此，只有这些要素整合需要新的机器人配置可以惊人的速度登上历史舞台。

5.2各种社会势力

已经讨论过的社会问题正在推动客户寻找新的解决方案去完成许多现在需要手工劳动的任务。这些任务自主机器人可以很容易的提供。坚定不移地，一些风险投资家真正的开始做出诸如iRobot公司的投资，这个行业已经开始注意这一点。

5.3时期

机器人的等待是拭目以待的，这些稻草将在众所周知的骆驼背上打破。当它发生时，它将很快的发生。竞争对手将出现，产品将迅速改善，价格将响应储蓄的下降。价格下降和成长能力将进一步刺激市场的增长。但是许多因素会影响正确的时间。要了解可能的情况，它将有利于看到其他技术及其赞同。我们已经讨论过接纳机器人工业的漫长道路。

微波炉在二战期间被发明，不久后录像机也被发明。微波炉不得不将等候女人进入工作场所在60年代后。正如他们这么做，他们发现没有时间和精力自己做饭，打开炉子精心膳食，去超市买包装食品和微波炉开始普遍。

胶卷录影机在50年始出现，但他们在消费市场没有取得突破。这种市场的缺乏保持着高成本和低端市场。索尼认为要更便宜的人，和相关电影录像带的出租将快速

启动市场，他们试图商品提供被证明不是果断的。只有当他们包括一个计时器让观众们“时光转变”使得录像机开始有它们阳光的日子。毕竟在索尼的努力下，它的测试技术应该输给了可以说是劣质VHS标准，讽刺意味的是另外一个贯穿像雪崩过程。

在IBM公司进入市场前，个人电脑冷落了几年。该计算机图标的登场让人相信电脑是一个真正不可缺少的工具。比尔盖茨对着重要时刻的赞赏，利润中心的转变从硬件到了软件，使微软成为世界经济强大力量，当IBM公司只是轻微的促成了这个。

这些新兴技术的例子举不胜举。在任何情况下，在接受条件之前，该技术可以在10年或者更长时间达成。自主机器人在艰苦的时代服务人们，而现在他们的时间已经开始倒计时。是否自主机器人在日本的投资会像工业机器人一样取得成功，或者命运的转折会剥夺了他们的奖励？不管发生什么，不要反一个错误，自主机器人时代就再眼前。