工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

魏 爽

蘇州德邁科電氣有限公司上海分公司

工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

魏 爽

蘇州德邁科電氣有限公司上海分公司

工業(yè)機(jī)器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)生產(chǎn)制造柔性化、增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力等諸多方面具有舉足輕重的地位，因此也是越來越受到重視。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展處于上升階段，我國(guó)在借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也要注重提升工業(yè)機(jī)器人企業(yè)的創(chuàng)新能力，從而能夠更好提高我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平、從制造業(yè)大國(guó)變成制造業(yè)強(qiáng)國(guó)?；诖吮疚姆治隽斯I(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀。

工業(yè)機(jī)器人；技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用現(xiàn)狀

1、國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外的發(fā)展

第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的研制成功是在美國(guó)，它的出現(xiàn)是機(jī)器人出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界的開端。就目前來看，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)技術(shù)趨于成熟，但是優(yōu)勢(shì)還是重點(diǎn)集中在以美國(guó)為代表的少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的身上，他們有最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出來的機(jī)器人質(zhì)量高，可操作性強(qiáng)，不容易出現(xiàn)不受控制的現(xiàn)象。機(jī)器人這一行業(yè)中，在國(guó)際上有名望的企業(yè)也大多也來自于美國(guó)、日本或者歐洲國(guó)家?，F(xiàn)在全球幾乎全部的工業(yè)工廠都有機(jī)器人的出現(xiàn)，在過去的幾年里，機(jī)器人在工業(yè)發(fā)展上也做出了突出的貢獻(xiàn)。許多發(fā)展中國(guó)家對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的制造技術(shù)也日漸成熟，機(jī)器人的價(jià)格也在沒有出現(xiàn)一開始的漲幅趨勢(shì)，而是在每年不斷地下降。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人也越來越不能滿足人們的需求，現(xiàn)在各國(guó)的技術(shù)工程師正在致力于研究具有完全自主的人工智能機(jī)器人。隨著工業(yè)機(jī)器人智能水平的提高，它不僅僅局限的服務(wù)于傳統(tǒng)的制造業(yè)，還服務(wù)于其他行業(yè)。機(jī)器人可以進(jìn)行采礦，農(nóng)業(yè)，建筑等相關(guān)行業(yè)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)中也起到了很大的作用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，家用型的機(jī)器人進(jìn)入了人們的家庭生活當(dāng)中，機(jī)器人充當(dāng)了保姆的角色，在家里幫助主人做家務(wù)，人們也不用擔(dān)心與保姆不熟悉產(chǎn)生不必要的誤會(huì)的事件的發(fā)生。機(jī)器人在軍事領(lǐng)域也得以運(yùn)用，許多可能存在生命危險(xiǎn)的事情由機(jī)器人代替，減少了國(guó)家軍事人才的損失。

1.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展

在改革開放政策的推動(dòng)下，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人也飛快的發(fā)展，為了與那些工業(yè)化發(fā)達(dá)的國(guó)家縮短距離，我國(guó)政府也對(duì)發(fā)展這項(xiàng)新型的科技進(jìn)行了鼓勵(lì)與支持。在進(jìn)行機(jī)器人的研究時(shí)我們應(yīng)該借鑒與吸取國(guó)外已經(jīng)發(fā)展成熟的先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，站在一個(gè)高的起點(diǎn)上進(jìn)行突破，以推動(dòng)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，要多向其他國(guó)家學(xué)習(xí)，畢竟我們的生產(chǎn)技術(shù)還不太成熟，技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)技術(shù)把握的還不是很好?，F(xiàn)在在國(guó)內(nèi)有上百家的單位進(jìn)行著機(jī)器人事業(yè)的研發(fā)工作，數(shù)十家企業(yè)專門從事機(jī)器人的制造生產(chǎn)。在國(guó)家的支持下中科院有專門研究相關(guān)技術(shù)的部門，在許多重點(diǎn)大學(xué)加設(shè)機(jī)器人研發(fā)的相關(guān)課程的講授，允許在這方面有突出成就的大學(xué)生加入研究工作。

2、工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)器人學(xué)是一門典型的交叉學(xué)科，工業(yè)機(jī)器人是一種集成了各領(lǐng)域技術(shù)的高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品，工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的涵蓋面非常廣泛，本文選取了幾種具有代表性的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向。

2.1 新材料技術(shù)

就目前的情況來看，很多的工業(yè)機(jī)器人的零部件具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要是體現(xiàn)在耐磨性和高剛性方面，做好該方面能夠有效提高精度，對(duì)此其對(duì)于制造的材料的要求也是非常高，特別是在材料化學(xué)元、含量、金相組織控制，以及超常規(guī)熱處理工藝方面。

2.2 人工智能技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人也得到了了進(jìn)一步發(fā)展，尤其是在智能化、擬人化作業(yè)能力方面，從而能夠更好的滿足工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上的應(yīng)用，對(duì)于這方面也將是最后的發(fā)展方向。對(duì)于人工智能技術(shù)主要是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法和技術(shù)，但是如今科學(xué)家仍然還是不能完全的掌握人腦的運(yùn)行機(jī)制，從而也不能設(shè)計(jì)出高智能的工業(yè)機(jī)器人。

2.3 新型伺服器技術(shù)

在工業(yè)機(jī)器人中非常重要的技術(shù)是伺服器，其能夠根據(jù)變化的目標(biāo)物體，能夠進(jìn)一步控制控制機(jī)器人的下一個(gè)動(dòng)作，伺服器性能直接影響著機(jī)器人的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。

2.4 新型減速器技術(shù)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也逐漸的朝向高精度、高響應(yīng)速度、高穩(wěn)定性方向發(fā)展，就目前的情況來看，減速器已經(jīng)不能很好的滿足發(fā)展的需求，因此加強(qiáng)對(duì)新型減速器技術(shù)的研究非常有必要。加上我國(guó)減速器技術(shù)還落后與工業(yè)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，因此其也是具有很大的發(fā)展空間。

2.5 新型控制器技術(shù)

隨著工業(yè)機(jī)器人的不斷研究，采用單CPU芯片的硬件架構(gòu)和基于傳統(tǒng)算法的軟件架構(gòu)逐漸不能滿足要求，工業(yè)機(jī)器人的控制器技術(shù)逐漸向多CPU、并行化發(fā)展，算法逐漸向人工智能方向發(fā)展。

3、機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)安全控制

在工業(yè)機(jī)器人提升工作效率和產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，其安全生產(chǎn)問題也應(yīng)該是重中之重。

3.1 人的安全

(1)機(jī)器人操作以“安全第一，預(yù)防為主”為原則，使用機(jī)器人過程中人的安全永遠(yuǎn)為第一位。(2)把機(jī)器人安裝在沒有漏洞的安全圍欄內(nèi)，這樣，在機(jī)器人運(yùn)行過程中，可以有效防止人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)。(3)在機(jī)器人操作運(yùn)行中或者等待中，切不可進(jìn)入機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍。(4)護(hù)欄上的安全門應(yīng)帶有安全插銷及其感應(yīng)裝置。安全門必須通過拔開插銷才能打開，并且拔開插銷必須能使機(jī)器人自動(dòng)安全停止。(5)當(dāng)需要示教/檢查機(jī)器人，而進(jìn)入安全圍欄時(shí)，操作人員必須將安全插銷隨身帶在身上再進(jìn)入，以免有人意外操作機(jī)器人。同時(shí)，要在電控箱前指派一個(gè)監(jiān)察員，用于監(jiān)控各操作，并能隨時(shí)準(zhǔn)備按緊急停止按鈕。監(jiān)察員也必須是完成了相關(guān)培訓(xùn)課程的員工。(6)清晰地標(biāo)示當(dāng)前機(jī)器人狀態(tài)，例如：“自動(dòng)模式”“示教中”“安裝調(diào)試中”“維修保養(yǎng)中”等信息。這樣每個(gè)人都可以看到機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)行情況。

3.2 系統(tǒng)設(shè)備的安全

(1)機(jī)器人夾具。機(jī)器人夾具的傳感器需接進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)，機(jī)器人進(jìn)行與夾具有關(guān)的動(dòng)作時(shí)需確認(rèn)夾具的狀態(tài)信號(hào)，機(jī)器人夾具應(yīng)設(shè)為在失電情況下閉合，保證在突然掉電時(shí)手爪中的產(chǎn)品不會(huì)掉落。

機(jī)器人夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)保證機(jī)器人取放料時(shí)姿態(tài)流暢，動(dòng)作合理。(2)外圍設(shè)備。外圍設(shè)備是指送料機(jī)，傳送帶，收料機(jī)等系統(tǒng)接口設(shè)備。獨(dú)立的外圍設(shè)備與系統(tǒng)配線連接時(shí)應(yīng)使用繼電器隔離，外圍設(shè)備中與人員操作有關(guān)的部分應(yīng)在方便位置設(shè)置系統(tǒng)急停按鈕。(3)沖床模具。沖床模具上應(yīng)有感應(yīng)物料狀態(tài)的傳感器，應(yīng)能檢測(cè)到?jīng)_床模具上有料、疊料等情況，并以此信號(hào)控制沖床。(4)沖床。為了對(duì)應(yīng)沖床的雙手制啟動(dòng)，將系統(tǒng)發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)經(jīng)繼電器轉(zhuǎn)換后，將繼電器常開觸點(diǎn)并接在沖床啟動(dòng)輸入點(diǎn)的常開回路上，繼電器常閉觸點(diǎn)串接在沖床啟動(dòng)輸入點(diǎn)的常閉回路中。沖床的安全光柵應(yīng)能檢知機(jī)器人的取放料動(dòng)作。系統(tǒng)與沖床聯(lián)機(jī)時(shí)，使用繼電器隔離，沖床的維修與保養(yǎng)應(yīng)由有專業(yè)資格的人員完成。

4、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)

要發(fā)展健康的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，需有一套與時(shí)俱進(jìn)的健全的標(biāo)準(zhǔn)體系做指導(dǎo)。標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，迎合技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，引導(dǎo)整個(gè)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的制定要注重發(fā)揮企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)定制中的重要作用，協(xié)同推進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)制定。

在標(biāo)準(zhǔn)化體系的建設(shè)過程中，建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)—省市級(jí)地方標(biāo)準(zhǔn)—國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的模式，將具有先進(jìn)性的標(biāo)準(zhǔn)推廣到更高更廣的層面，從而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)市場(chǎng)和創(chuàng)新的需求制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范建立企業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)自我聲明公開和監(jiān)督制度。為加快我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化的進(jìn)程，需要鼓勵(lì)更多的企業(yè)、科研院所、行業(yè)組織等參與到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定中，將中國(guó)制造推向世界的高端制造業(yè)。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)機(jī)器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明，它在提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益。

(1)朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。當(dāng)前，世界各個(gè)國(guó)家均在研究、開發(fā)發(fā)展組合式機(jī)器人。這種機(jī)器人就是運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件進(jìn)行拼裝而制成的。可以說，今后將朝著伺服電機(jī)、傳感器、手臂、手腕與機(jī)身等工業(yè)機(jī)器人組件標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。(2)朝著智能化方向發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人智能化通俗地講是讓機(jī)器人有感覺、有知覺，能夠迅速、準(zhǔn)確地檢測(cè)及判斷各種復(fù)雜的信息。(3)研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)。新型微動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)可以提升工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)精度、改善工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境，為此研制新型工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)也是將來適應(yīng)工作強(qiáng)度高、環(huán)境復(fù)雜的作業(yè)需要。(4)研究機(jī)器人協(xié)作控制。在先進(jìn)制造環(huán)境中，需要多個(gè)機(jī)器人、生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)與人的集成，完成協(xié)作控制，進(jìn)而工業(yè)機(jī)器人的協(xié)作控制系統(tǒng)是未來的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

總之，工業(yè)機(jī)器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)生產(chǎn)制造柔性化、增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力等諸多方面具有舉足輕重的地位，工業(yè)機(jī)器人必將成為我國(guó)制造業(yè)升級(jí)的重要依據(jù)力量，因此，研究工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)情況具有重要的研究意義，需要引起我們的重視。

[1]吳潮華.多工業(yè)機(jī)器人基座標(biāo)系標(biāo)定及協(xié)同作業(yè)研究與實(shí)現(xiàn)[D].浙江大學(xué)，2015.

[2]王田苗，陶永.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，09：1-13.

[3]趙杰.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)[J].航空制造技術(shù)，2012 (12)：27-29.