工業(yè)機器人技術的發(fā)展與應用綜述

王浩

摘 要：工業(yè)機器人主要是指面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機械裝置。它能夠借助自身動力及控制能力來實現(xiàn)各種功能，可按照預設程序運行，完成各種工業(yè)生產(chǎn)活動。工業(yè)機器人技術的快速發(fā)展及不斷成熟對傳統(tǒng)制造業(yè)等勞動密集產(chǎn)業(yè)升級具有重要的意義?？梢哉f，工業(yè)機器人技術解放了生產(chǎn)力，進一步提升了工業(yè)生產(chǎn)效率及質(zhì)量，也在一定程度上降低了人力資源成本，有利于創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益?；诖?，本文對工業(yè)機器人技術發(fā)展及應用進行了探討，并提出了相關觀點，以供參考。

關鍵詞：工業(yè)機器人；技術；發(fā)展

中圖分類號：TP242 文獻標志碼：A

1 工業(yè)機器人發(fā)展概述

工業(yè)機器人是多種先進技術共同結合所獲得綜合技術產(chǎn)物，所涉及的技術包括機械、電子、計算機、傳感器、信息通信等等。工業(yè)機器人源于20世紀60年代，Victor Scheinman在1969年發(fā)明了斯坦福機械。這個全電動 6 軸鉸接式機器人，能夠在可達空間內(nèi)完成任意運動路徑。至20世紀70年代初，ABB 與 KUKA公司將工業(yè)機器人全面推向市場，其中ABB公司所推出的IRB6是世界上第一款由微處理器控制的商業(yè)化工業(yè)機器人?，F(xiàn)階段，瑞典 ABB公司、德國 KUKA公司、日本 FANUC 公司及日本安川電機公司是工業(yè)機器人領域的標桿，在全球市場范圍內(nèi)占據(jù)了極大的市場份額，是行業(yè)中的佼佼者。在相關技術不斷成熟的情況下，工業(yè)機器人的應用領域也在不斷拓展，包括汽車、金屬加工、金屬鍛造、塑料制造、石化、電子等行業(yè)均有工業(yè)機器人涉足。工業(yè)機器人基本上能夠替代人工完成裝配、焊接、噴涂等多項工作，進一步提升了工業(yè)生產(chǎn)效率及質(zhì)量。與歐美、日本等國家相比，我國工業(yè)機器人起步較晚，整體技術水平存在著一定差距。隨著工業(yè)4.0概念的提出，我國初步制定了《機器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，這標志著未來一段時間內(nèi)我國工業(yè)機器人技術將迎來巨大的發(fā)展，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)也將成為新的藍海。

2 工業(yè)機器人特點分析

工業(yè)機器人控制方式與數(shù)控機床有所相似，但也具備了一定特點，具體如下：（1）擬人化。擬人化是工業(yè)機器人最為顯著的特點之一。機械臂結構具備了類似人類小臂、大臂、手腕等部分，通過計算機控制，能夠?qū)崿F(xiàn)生物仿生，可模擬人類手臂的各種操作。另外，在工業(yè)機器人上加入各種傳感器如視覺傳感器、聲音傳感器、力傳感器等能夠進一步強化工業(yè)機器人對外部環(huán)境的感知能力，有利于提升工業(yè)機器人對周圍環(huán)境的適應力。（2）可編程。在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，可根據(jù)生產(chǎn)目標、生產(chǎn)環(huán)境，隨時對工業(yè)機器人進行編程，實現(xiàn)柔性啟動化。也就是說，在工業(yè)機器人硬件設備變動不大的情況下，通過軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化的任務，既保證了工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的靈活性，也有效節(jié)約了工業(yè)生產(chǎn)成本。（3）適用性廣。除了少數(shù)專業(yè)領域外，普通工業(yè)機器人在不同工業(yè)生產(chǎn)任務中均能夠適用，具有良好的通用性。配合各類傳感器，能夠讓工業(yè)機器人具備圖像識別能力、語言理解能力，甚至是記憶能力，可以進一步拓展工業(yè)機器人的應用范圍。

3 工業(yè)機器人技術應用情況

目前，工業(yè)機器人技術應用范圍十分廣泛，在工業(yè)、醫(yī)療、軍事、科研等領域均有所應用。特別是在制造業(yè)當中，工業(yè)機器人具有良好的適用性。借助工業(yè)機器人，人們可以完成一些單調(diào)且繁重的重復性作業(yè)。大多數(shù)情況下，工業(yè)機器人并不會受到外部環(huán)境所約束，即便外部環(huán)境較為惡劣，依然能夠作業(yè)。在進行搬運、噴涂等加工制造時，采取工業(yè)機器人，有利于降低相關化學材料對人體的危害。汽車制造業(yè)是工業(yè)機器人重要的應用領域之一。相關統(tǒng)計表明，全球范圍內(nèi)接近40%的工業(yè)機器人都被應用于汽車制造當中，為汽車工業(yè)發(fā)展奠定了良好的設備基礎與技術基礎。將工業(yè)機器人與數(shù)控機床結合起來，能夠進一步提升數(shù)控機床的加工性能，可滿足數(shù)字柔性化制造需求。在熱加工生產(chǎn)中，工業(yè)機器人可用于鑄造、噴砂、清理、鑄件運輸?shù)拳h(huán)節(jié)；在冷加工設備生產(chǎn)當中，工業(yè)機器人可用于曲柄壓力機、模壓曲柄彎管機、螺旋壓力機等；在裝配生產(chǎn)當中，工業(yè)機器人不僅能夠進行自動化裝配，還能夠完成批量化零件裝配作業(yè)?？傮w上來看，工業(yè)機器人技術已經(jīng)十分成熟，未來隨著傳感器技術、信息通信技術、仿生技術等不斷發(fā)展，工業(yè)機器人將具備更強大的性能，也將具備更為廣闊的應用空間。

4 工業(yè)機器人核心制造技術分析

在工業(yè)機器人制造過程中，需要一些核心技術作為支持：（1）靈巧操作技術。靈巧操作技術主要體現(xiàn)在機械手及機械臂領域。在感知、高精度、高可靠性、控制性等方面進行關鍵技術研發(fā)，借助獨立關節(jié)、多元化傳感器、創(chuàng)新機構等，最終實現(xiàn)人手級別的觸覺感知陣列。具備良好動力學性能的機械臂，能夠在各種生產(chǎn)、加工環(huán)境中進行靈活作業(yè)。在驅(qū)動器方面及創(chuàng)新機構方面，對機械裝置機執(zhí)行機構進行改良，能夠進一步提升工業(yè)機器人作業(yè)精度。（2）感知系統(tǒng)。工業(yè)機器人感知系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)部信息及環(huán)境信息轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器人自身或機器人之間可理解的數(shù)據(jù)或信息。同時，在各種傳感器的作用下，工業(yè)機器人能夠?qū)λ俣?、位移、力等進行感知，甚至具備視覺感知能力。工業(yè)機器人的視覺感知能力主要是通過視覺伺服系統(tǒng)實現(xiàn)等。該系統(tǒng)可將傳感器獲得的視覺信息化為反饋信號，從而對機器人位置及狀態(tài)進行調(diào)整。（3）運動規(guī)劃。為了保證工業(yè)機器人的工作效率，讓工業(yè)機器人能夠在盡可能短的時間周期內(nèi)完成指定任務，必然要對其進行合理的運動規(guī)劃。運動規(guī)劃主要包括軌跡規(guī)劃，軌跡規(guī)劃主要是讓機器人關節(jié)空間移動時間盡可能短或能量盡量減少；路徑規(guī)劃主要是讓路徑盡量遠離障礙物，并縮短路徑長度。在路徑規(guī)劃的基礎上加入時間序列信息，便能夠?qū)C器人速度及加速度進行有效規(guī)劃，從而滿足光滑性及速度可控性要求。對關節(jié)空間路徑進行規(guī)劃，其效果要優(yōu)于操作空間路徑規(guī)劃。對關節(jié)路徑進行規(guī)劃，可有效避免機器人在操作空間中奇異性問題，也可避免大量逆運動學與正運動學計算。（4）在線參數(shù)自整定技術。現(xiàn)階段，伺服系統(tǒng)均具備該功能，可實現(xiàn)工業(yè)機器人參數(shù)辨識，包括關節(jié)轉(zhuǎn)動慣量、PID參數(shù)自整定等。通過對相關辨識算法進行優(yōu)化，能夠讓伺服驅(qū)動器對工況進行自動判斷，從而實現(xiàn)智能化參數(shù)控制。

5 工業(yè)機器人技術未來展望

在工業(yè)機器人未來發(fā)展過程中，會逐漸朝著民生方向發(fā)展。也就是說，工業(yè)機器人會逐漸蔓延到民用生產(chǎn)行業(yè)當中，這對于提升社會整體生產(chǎn)力而言具有重要的意義。一方面，需要加強工業(yè)機器人模擬人類智能行為的程度；另一方面，需要不斷提升工業(yè)機器人的邏輯推理能力。除了智能化以外，多機協(xié)調(diào)及標準化也是工業(yè)機器人發(fā)展的重要方向。多機協(xié)調(diào)意味著不同的工業(yè)機器人能夠相互協(xié)調(diào)，共同完成生產(chǎn)作業(yè)，有利于提升整體工作效率；標準化則有利于工業(yè)機器人擴大生產(chǎn)規(guī)模，便于維護及維修。綜合來看，工業(yè)機器人技術水平已經(jīng)到達了一個相當?shù)母叨龋诓糠汁h(huán)節(jié)上依然具備改善空間，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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