工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用研究

朱季澤

（中國(guó)航空制造技術(shù)研究院， 北京 100024）

引言

工業(yè)機(jī)器人是高科技發(fā)展的產(chǎn)物。在工業(yè)發(fā)展中科學(xué)利用該技術(shù)，可以人工智能代替人力手工，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，進(jìn)而促進(jìn)工業(yè)發(fā)展更優(yōu)化。關(guān)注于此，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的基本概念、應(yīng)用范圍、自動(dòng)化應(yīng)用、發(fā)展前景來具體分析工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)應(yīng)用。

1 工業(yè)機(jī)器人基本概述

1.1 工業(yè)機(jī)器人概念與發(fā)展

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域研發(fā)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置。它在工作中，是依靠自身的動(dòng)力以及控制力來執(zhí)行命令，實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作的。作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)物，工業(yè)機(jī)器人大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，完成了由再現(xiàn)型機(jī)器人到感覺型機(jī)器人，再到人工智能機(jī)器人的轉(zhuǎn)變。工業(yè)機(jī)器人由此發(fā)展不斷完善，更好地為工業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。在工業(yè)應(yīng)用中，它能夠按照人類的指令行動(dòng)，還可以按照提前輸入的程序?qū)嵤┎僮?。這極大地解放了人力資源，提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，加快了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)程。這能夠大力轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，增強(qiáng)我國(guó)工業(yè)的科技競(jìng)爭(zhēng)水平。

1.2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人是為工業(yè)生產(chǎn)制造服務(wù)的，它主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。第一，可以編程。生產(chǎn)自動(dòng)化還可以進(jìn)一步發(fā)展，以此達(dá)到柔性啟動(dòng)化。這樣。工業(yè)機(jī)器人就可以隨著生產(chǎn)場(chǎng)景的變化進(jìn)行程序的二次開發(fā)和在編寫，這對(duì)于柔性制造具有重要作用。第二，可以擬人。工業(yè)機(jī)器人的主要用途為代替人員進(jìn)行重復(fù)和重負(fù)荷的操作，特別是操作一些高精度要求，還有高危險(xiǎn)性的工作[1]。因此，工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中充分參考人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)功能，像機(jī)器人都有類似人的大臂、小臂、手腕、手爪等。隨著技術(shù)的精進(jìn)，現(xiàn)在很多工業(yè)機(jī)器人配備了“生物傳感器”，通過對(duì)觸感、力量、視覺、聲音、語言等的感知，增強(qiáng)對(duì)周遭環(huán)境的判斷與適應(yīng)能力。第三，具有通用性，這是根據(jù)機(jī)器人的作用范圍而言的。工業(yè)機(jī)器人作為成熟的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其自身結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)均為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。通過更換不同末端執(zhí)行器，可使工業(yè)機(jī)器人完成不同作業(yè)任務(wù)。此外，縱觀工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，我們可以看到它是多種技術(shù)綜合起作用的。它的發(fā)展，必將還會(huì)反作用于這些技術(shù)，推動(dòng)它們不斷前進(jìn)。

2 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用非常廣泛，筆者在此將選取幾點(diǎn)進(jìn)行具體說明。

1）工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用。就目前的發(fā)展來說，工業(yè)機(jī)器人在焊接工作中表現(xiàn)良好。它在焊接工作中主要作用于弧焊與點(diǎn)焊。弧焊一般是用于汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的，它可對(duì)不規(guī)則的或是較寬的焊縫進(jìn)行有效焊接。在具體的實(shí)踐過程中，首先需要做好機(jī)器人的就位工作，將之放置于需要焊接的部位。確定機(jī)器人位置的同時(shí)，還要固定好焊接部位。此時(shí)機(jī)器人就可以操作，按照早已設(shè)定的程序工作。而且，一般情況下不需要增設(shè)外接傳感器。如果焊接部位的形狀不規(guī)則時(shí)，焊接工作軌跡就相對(duì)復(fù)雜，要在機(jī)器人焊接作業(yè)工具的前面放置安放傳感器。這有利于機(jī)器人接收關(guān)于不規(guī)則軌跡的信息，通過人工智能做好弧焊工作。

2）工業(yè)機(jī)器人在噴漆領(lǐng)域的應(yīng)用。噴漆使用的材料一般都包含著損害人體健康的成分，所以人工噴漆容易對(duì)工人的身體健康造成危害。而且，噴漆工作追求精細(xì)化，人工操作需要投入極大的精力。但人的精力又是有限的，長(zhǎng)時(shí)間噴漆可能會(huì)使操作工人產(chǎn)生疲勞感。這就容易影響噴漆的質(zhì)量，如常見的噴漆不均勻等。為解決人工噴漆存在的上述問題，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，噴漆工作通常是由工業(yè)機(jī)器人代勞的。機(jī)器人根據(jù)提前輸入的程序展開工作。由于它們輸入的程序編寫科學(xué)且精細(xì)化，這就保障了機(jī)器人的工作質(zhì)量。

3）工業(yè)機(jī)器人在惡劣工況下的應(yīng)用，也是工業(yè)機(jī)器人一個(gè)重要的應(yīng)用途徑。其可對(duì)零件進(jìn)行規(guī)范的安裝、移動(dòng)、拆卸。例如工業(yè)生產(chǎn)中的熱壓加工。這項(xiàng)工作的危險(xiǎn)系數(shù)比較高，這是因?yàn)樗ぷ鞯沫h(huán)境是高溫的爐窯以及危險(xiǎn)性指數(shù)高的車床沖壓床。如果人工操作，工人安全健康容易出現(xiàn)問題。所以，就可以規(guī)范使用機(jī)器人操作。

3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人以高科技為手段指導(dǎo)機(jī)器人工作，既能解放勞動(dòng)力，還能保障工作質(zhì)量。下面將結(jié)合實(shí)踐，分析工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化應(yīng)用。

3.1 機(jī)器人焊接應(yīng)用

焊接機(jī)器人承擔(dān)的就是焊接工作。根據(jù)焊接工藝的不同，可以選擇不同類型的焊接機(jī)器人。在工業(yè)生產(chǎn)中，常見的焊接機(jī)器人一般包括點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人以及激光焊接機(jī)器人等。汽車制造是其應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，點(diǎn)焊以及弧焊機(jī)器人使用的頻率很高。在汽車制造中，車輛整體的焊接點(diǎn)大約有四千個(gè)。且不說焊接難度，只從數(shù)量上看，車輛焊接任務(wù)量就非常龐大。如果依靠人工，那就需要投入非常多的勞動(dòng)力。焊接工作本就要求精細(xì)，車輛作為人的代步工具，它對(duì)焊接的質(zhì)量要求就更高。所以，為節(jié)約時(shí)間、節(jié)省勞動(dòng)力資源以及保障車輛焊接質(zhì)量，在汽車焊接工作中就可以充分利用焊接機(jī)器人。還要加大研發(fā)力度，加強(qiáng)焊接機(jī)器人在其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.2 機(jī)器人裝配應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，零部件安裝也是一項(xiàng)任務(wù)量龐大的工作。這就需要大量的勞動(dòng)力參與。機(jī)器人作為節(jié)省人力的重要手段，可以科學(xué)研發(fā)能夠承擔(dān)此項(xiàng)工作的機(jī)器人。所以，裝配機(jī)器人就應(yīng)運(yùn)而生。它最主要的功能就是用于生產(chǎn)線上的零部件安裝。裝配機(jī)器人的研發(fā)綜合了多種技術(shù)，包括通訊、光學(xué)、自動(dòng)控制、機(jī)械和微電子技術(shù)[2]。研發(fā)人員根據(jù)相應(yīng)的安裝流程，給機(jī)器人編寫合適的程序。就目前在工業(yè)生產(chǎn)來說，安裝機(jī)器人主要用于電器制造業(yè)、汽車制造業(yè)。這兩個(gè)行業(yè)普遍的特點(diǎn)就是零部件安裝任務(wù)量大，而且復(fù)雜。安裝機(jī)器人功能完備，在安裝時(shí)精準(zhǔn)度強(qiáng)悍，靈活性也大，所以我們選用這種方式。如汽車的后視鏡、前后擋風(fēng)玻璃等零件的生產(chǎn)。

3.3 機(jī)器人搬運(yùn)與碼垛應(yīng)用

搬運(yùn)機(jī)器人主要承擔(dān)搬運(yùn)工作，它是通過末端的執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)目的的。根據(jù)搬運(yùn)事物的不同，搬運(yùn)機(jī)器人的末端執(zhí)行器也不盡相同，保持著在形狀、大小等方面的差距。搬運(yùn)機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用范圍非常廣闊，各行各業(yè)幾乎都有搬運(yùn)需求。像生產(chǎn)線上下料、集裝箱搬運(yùn)、裝配流水線自動(dòng)化和沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)等。這都提高了搬運(yùn)的效率，為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本。

3.4 機(jī)器人檢測(cè)應(yīng)用

檢測(cè)機(jī)器人從事檢測(cè)工作，往往具有多維度的附加功能。一般情況下，檢測(cè)機(jī)器人可以用于電路板、藥品包裝以及半導(dǎo)體的檢測(cè)。它通過對(duì)傳感器接收的光感、視覺、觸感等信息的檢測(cè)，作出判斷。

4 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展前景

工業(yè)機(jī)器人的使用在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中還處于發(fā)展階段。交流是促進(jìn)發(fā)展的有效手段，不少企業(yè)會(huì)進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人，他們往往選擇臺(tái)灣或日本兩個(gè)地區(qū)。國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)主要位于東部沿海地區(qū)，以北上廣為代表。應(yīng)用途徑最多的就是制造業(yè)，特別是汽車制造業(yè)。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，由于勞動(dòng)力成本的上升，還有一些工作性質(zhì)，工業(yè)機(jī)器人有很大的市場(chǎng)空間?；谶@些情況，我們要加快推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)與使用，推動(dòng)制造業(yè)良好發(fā)展，提高工業(yè)建設(shè)質(zhì)量。

5 結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位，所以我們要關(guān)注其發(fā)展。依據(jù)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍，積極研發(fā)多種類型的機(jī)器人，以促進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，推動(dòng)社會(huì)不斷進(jìn)步。