淺談工業(yè)機器人的分類與發(fā)展趨勢

吳麗媛

摘 要：隨著科技的高速發(fā)展，機器人已成為當(dāng)今前沿高技術(shù)研究最活躍的領(lǐng)域之一，以機器人等為主體的技術(shù)與裝備將成為未來制造強國的重要標(biāo)志，具有巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。而工業(yè)機器人作為工業(yè)領(lǐng)域中的機器人，正為工業(yè)自動化發(fā)揮著巨大作用。本文簡要介紹了工業(yè)機器人的概念、基本分類及發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；組成分類；發(fā)展趨勢

1959年，有著工業(yè)機器人之父之稱的英格伯格和德沃爾兩位美國科學(xué)家共同研制出了世界上第一臺工業(yè)機器人，這也標(biāo)志著制造業(yè)由此進入工業(yè)機器人時代。對于我國而言，雖然我們起步較美國晚了近二十年，但這些年來我國一直致力于工業(yè)機器人的研發(fā)工作，并取得了一些驕人的成績?！捌呶濉逼陂g完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人，促進了我國制造業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。在“中國制造2025”計劃的引領(lǐng)下，中國的工業(yè)機器人技術(shù)也在飛速發(fā)展并取得了長足的進步。眾所周知，機器人可以代替人類的勞動，而工業(yè)機器人則是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)解放了人類單調(diào)、重復(fù)的體力勞動，特別是針對高強度工作、超長工作時間、工作環(huán)境惡劣等困難，更突出了工業(yè)機器人優(yōu)勢。通過這種代替人工操作提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，使批量化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)成為可能。工業(yè)機器人技術(shù)并不是一項單獨的科學(xué)，它包含了計算機技術(shù)、機械設(shè)計、仿生學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能等多門技術(shù)，在汽車、機械、電子等領(lǐng)域應(yīng)用都十分廣泛，它的出現(xiàn)總之，經(jīng)過近七十年的發(fā)展，一個國家對工業(yè)機器人的利用率代表著這個國家的自動化水平。

一、工業(yè)機器人的概念

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在1987年對工業(yè)機器人進行了如下的定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機?！彼ǔＥ鋫溆袡C械手、刀具或其他可裝配的加工工具，可以模擬人的手、臂的部分動作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或加工制造的任務(wù)。

二、工業(yè)機器人的組成

工業(yè)機器人由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和感知系統(tǒng)四個基本部分組成。執(zhí)行機構(gòu)包括固定或移動的基座、臂部、腰部、腕部和手部（操作器），有的機器人還有行走機構(gòu)。驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動裝置，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進行控制；感知系統(tǒng)是由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用以獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。

三、工業(yè)機器人的分類

我國從1972年開始自行研制工業(yè)機器人，經(jīng)過這些年的發(fā)展，工業(yè)機器人技術(shù)逐漸成熟。90年代，我國研制出了點焊弧焊、裝配、噴涂、、搬運、打磨、碼垛等各種用途的工作機器人。

（一）點焊、弧焊機器人

點焊、弧焊機器人主要應(yīng)用于汽車、船舶等行業(yè)。焊接技術(shù)對工人的操作技術(shù)能力要求很高，不同工人或者同一工人不同時期的工作質(zhì)量都不同，因此人工焊接穩(wěn)定性差，并且焊接工作環(huán)境較差，噪聲和空氣質(zhì)量都可能使工人的身體受到傷害，故而不能長期連續(xù)工作，所以生產(chǎn)率的提高就必然會使生產(chǎn)成本增加，從而降低效益，因此在焊接生產(chǎn)中應(yīng)用機器人具有明顯的優(yōu)勢。其優(yōu)點如下：

1）具有穩(wěn)定性和焊接均一性，能夠保證和提高焊接質(zhì)量；

2）提高勞動生產(chǎn)率，可以一天24小時連續(xù)作業(yè)；

3）能夠適應(yīng)堅苦的勞動條件，可在有害的環(huán)境下長期工作；

4）降低了對工人操作技術(shù)的要求，可實現(xiàn)批量產(chǎn)品焊接自動化。

（二）裝配機器人

裝配機器人主要用于各種家用電器制造（如電視機、錄音機、洗衣機、電冰箱、吸塵器）、小型電機、汽車及其部件、計算機、玩具、機電產(chǎn)品及其組件的裝配等方面。末端執(zhí)行器根據(jù)裝配對象的不同設(shè)計成各種手爪或手腕等，進行簡單的抓、緊等裝配工作。由于裝配機器人的多數(shù)工作是進行軸與孔的裝配，因此機器人必須具備較高的精度和很好的柔順性，其特點如下：

1）工作范圍較小，具有更大的靈活性；

2）通過機器人視覺識別減小失誤率；

3）具有高速性能的最大化吞吐量，提高勞動生產(chǎn)率，可以24小時連續(xù)作業(yè)；

4）大幅降低批量產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

（三）噴涂機器人

噴涂機器人可以進行自動噴漆或噴涂其他涂料，主要應(yīng)用在汽車行業(yè)。其末端執(zhí)行器多為手腕。其主要特點為：

1）柔性大，具有更大的靈活性；

2）具有穩(wěn)定的性能和噴涂質(zhì)量；

3）能夠適應(yīng)堅苦的勞動條件，可在有害的環(huán)境下長期工作；

4）大幅降低批量產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

（四）搬運機器人

搬運機器人是指可以進行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機器人。多用于機械行業(yè)，針對上下料搬運的領(lǐng)域，可以實現(xiàn)加工過程的完全自動化。末端執(zhí)行器多為集成機械手夾具，可以實現(xiàn)對圓盤類、長軸類、板類、不規(guī)則形狀等工件的自動上下料、工件的翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作，具有很高的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（五）拋光打磨機器人

拋光打磨機器人顧名思義是可以進行拋光打磨改善工件表面質(zhì)量的機器人。主要用于機械行業(yè)。其末端執(zhí)行器為多腕部，其特點如下：

1）提高打磨質(zhì)量和產(chǎn)品光潔度，保證打磨效果的一致性；

2）能夠適應(yīng)堅苦的勞動條件，避免粉塵對工人造成傷害；

3）降低了對工人操作技術(shù)的要求；

4）提高生產(chǎn)效率。

（六）碼垛機器人

碼垛機器人，是機械與計算機程序有機結(jié)合的產(chǎn)物。主要特點如下：

1）節(jié)約倉庫面積；

2）節(jié)約大量人力資源；

3）具有高速性能的最大化吞吐量；

4）貨物擺放更加整齊，規(guī)避了人工碼垛帶來的倒塌風(fēng)險。

四、工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢

人的發(fā)展經(jīng)歷了萌芽期、起步期、發(fā)展期和成熟期四個基本階段。第一代可編程機器人具有簡單的控制系統(tǒng)，能夠進行示教編程、重復(fù)作業(yè)和自動生產(chǎn)，這種技術(shù)得到美國和日本等國家的大力推廣并迅速進入產(chǎn)業(yè)化階段；隨著科技的發(fā)展和勞動力的缺失，第二代感知機器人利用感知信息來改善機器人的性能，從而能代替更多的人力勞動；近些年來，車、電子電氣等產(chǎn)業(yè)獲得高普及率，在這些領(lǐng)域中靠人工智能技術(shù)進行自主地解決問題的第三代智能機器人得到了及大的應(yīng)用。工業(yè)機器人也將從以下幾個方面來進行發(fā)展。

（一）一體化、規(guī)范化發(fā)展

隨著工業(yè)機器人的集成化發(fā)展，各國都致力于發(fā)展集成式機器人，其各個部件都將具有互換性，通過簡單的組裝就能夠達到一體化，能提高機器人的工作精度，減少重量和占地面積，降低生產(chǎn)的成本提高工廠的效益。

（二）智能化發(fā)展

智能化機器人是指基于傳感器的機器人，目前的研究方向多指多傳感器集成、智能化研究。除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，還應(yīng)用了視覺，力覺等傳感器來進行實現(xiàn)協(xié)調(diào)和決策控制。

綜合國內(nèi)外工業(yè)機器人研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，工業(yè)機器人的研究正在超智能化、模塊化、系統(tǒng)化、微型化、多功能化及高性能、自診斷、自修復(fù)趨勢發(fā)展，以適應(yīng)多樣化、個性化的需求向更大更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。

參考文獻：

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[2] 吳振彪.工業(yè)機器人[M].華中科技大學(xué)出版社，2002.