工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用

邢恩奎

摘 要：工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人的一種。它可以仿造人類的操作，自動(dòng)重復(fù)編程、控制等完成各種機(jī)電一體化的循環(huán)作業(yè)。它是廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)的自動(dòng)化裝備，對穩(wěn)定提高自動(dòng)化產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率、節(jié)省勞動(dòng)力具有重要作用。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)，工業(yè)機(jī)器人只是一個(gè)起步，將來必將蓬勃發(fā)展。高科技不僅對制造業(yè)，還會(huì)對軍事、經(jīng)濟(jì)等方面產(chǎn)生重大影響。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；發(fā)展現(xiàn)狀；實(shí)際應(yīng)用

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)與機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人在我國工業(yè)化發(fā)展過程中的地位越來越重要。工業(yè)機(jī)器人可以在機(jī)械加工、焊接、運(yùn)輸、裝配、噴涂等各個(gè)領(lǐng)域完成相應(yīng)的工作，甚至也逐漸開始應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生與家政服務(wù)等方面。目前，應(yīng)用最為廣泛的主要是工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人具有高精度、高負(fù)載、高效率、可靠性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人對提高產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)過程等方面具有非常重要的作用，是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中較為重要的技術(shù)之一。

1工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概述以及發(fā)展原因

1.1工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概述

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是一種仿人操作，通過計(jì)算機(jī)編程，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在三維空間內(nèi)完成各種作業(yè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化以及生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化，達(dá)到批量生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的目的。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人主要是由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制器、檢測傳感裝置等構(gòu)成，具有顯著的優(yōu)勢，首先，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量，降低人為誤差，提高生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)性以及生產(chǎn)質(zhì)量；其次，可以提高產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品的多樣化，促進(jìn)產(chǎn)品的發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)是一種綜合型技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息和傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及機(jī)構(gòu)學(xué)等，除此之外，還涵蓋了仿生學(xué)、人工智能以及傳感技術(shù)等，發(fā)揮了重要的作用，不夸張的說，機(jī)器人應(yīng)用情況是一個(gè)國家發(fā)展的重要標(biāo)志，代表了國家的科技發(fā)展?fàn)顩r，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。

1.2工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展原因

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，第一，可以安排機(jī)器人做一些人不愿意做或者無法做的事情，例如，面對一些危險(xiǎn)事情，抗震救災(zāi)，在一些危險(xiǎn)地段救人等，面對一些惡劣環(huán)境，如高溫、有害、有毒環(huán)境等，還有一些人類工作效率低，容易受到傷害的工作，如汽車生產(chǎn)工作等，一方面，人的工作效率很低，工作質(zhì)量不佳，另一方面，人容易受到磕碰損傷，產(chǎn)生危險(xiǎn)。由此可見，安排機(jī)器人做一些人不愿意做或者無法做的事十分重要，是發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的主要原因；第二，對未知的探索，隨著科技的不斷發(fā)展，信息技術(shù)發(fā)展迅速，對未知領(lǐng)域的探索成為發(fā)展的關(guān)鍵，在一些未知的，不確定的內(nèi)容上，如對太空的認(rèn)識(shí)，無法將人送上去，以免產(chǎn)生危險(xiǎn)，只能將機(jī)器送上天，利用其收集數(shù)據(jù)，探索外太空。

2工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際中的應(yīng)用研究

對于工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，其不僅能夠完成單一作業(yè)，同時(shí)還能夠通過多臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的合作實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工作內(nèi)容。

2.1 噴涂機(jī)器人

噴涂機(jī)器人作為特殊工業(yè)機(jī)器人，具有以下特點(diǎn)（1）軌跡靈活，位置控制精確，涂膜厚度均勻：（2）容易操作和維護(hù)可以離線編程，大大縮短了現(xiàn)場調(diào)試時(shí)間；（3）柔性大，適用范圍廣；（4）設(shè)備的利用率高。在國外機(jī)器人噴涂已經(jīng)成為一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，已有三十多的研究和發(fā)展歷史。目前國外尤以噴槍的建模分析和軌跡優(yōu)化的研究居多。國內(nèi)的噴涂機(jī)器人近年來也有了長足的發(fā)展，國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、南京理工大學(xué)等高校都都開發(fā)出了噴涂機(jī)器人，但未形成批量生產(chǎn)的能力。國內(nèi)的噴涂機(jī)器人研究成果主要集中在兩個(gè)方面：（1）噴涂機(jī)器人的構(gòu)型、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力分析。（2）噴涂機(jī)器人的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)仿真等問題。

2.2白車身焊接機(jī)器人

白車身焊接是汽車制造中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對整個(gè)車的質(zhì)量起決定性作用。對于白車身的生產(chǎn)，其一般情況下需要大概70個(gè)左右的焊接工序，焊接點(diǎn)超過4000個(gè)，為了提高生產(chǎn)效率，當(dāng)前的白車身焊接工作正在逐漸向著自動(dòng)化生產(chǎn)的方向發(fā)展，像德國的KU-KA公司，其為大眾和奔馳等多個(gè)汽車企業(yè)提供了自動(dòng)化白車身焊接工藝生產(chǎn)線，其中超過95%的生產(chǎn)線都是由工業(yè)機(jī)器人組成的。

2.3機(jī)器人自動(dòng)化裝配線

對于自動(dòng)化裝配線，其在大多數(shù)的流水線生產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容都是由應(yīng)用較為廣泛的工業(yè)機(jī)器人完成的，在進(jìn)行自動(dòng)化裝配時(shí)，機(jī)器人能夠根據(jù)機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)情況分為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)型和直角坐標(biāo)型等多種裝配機(jī)器人，對于垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人，其在運(yùn)行過程中有6個(gè)自由度。因此，其在進(jìn)行工作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)任意一定的工作姿勢，而對于直角坐標(biāo)裝配機(jī)器人，其在生產(chǎn)的過程中操作較為簡單，大部分應(yīng)用在零件的移送等簡單操作中。對于平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人，其是一種精密度較高的裝配機(jī)器人，在工作過程中具有速度快和柔性好等特點(diǎn)，因此，這一機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也是最為廣泛的。然后是雙臂裝配機(jī)器人，這一機(jī)器人在進(jìn)行工作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的裝配動(dòng)作，性能要更強(qiáng)于傳統(tǒng)的單臂裝配機(jī)器人，在當(dāng)前的國際雙臂機(jī)器人研究中，其正在逐漸解決運(yùn)動(dòng)軌跡和雙臂之間的協(xié)調(diào)控制等問題，像日本的MOTOMAN系列，這一機(jī)器人目前已經(jīng)能夠投入到正常的生產(chǎn)中。由于雙臂裝配機(jī)器人在使用時(shí)大部分是應(yīng)用在較為復(fù)雜的工序中，因此，該機(jī)器人目前并沒有在工業(yè)生產(chǎn)中得到普及，大部分應(yīng)用是在一些高精細(xì)尖端產(chǎn)業(yè)中。

2.4搬運(yùn)機(jī)器人

在制造業(yè)中，企業(yè)為了能夠提高自身的生產(chǎn)效率，其一般情況下會(huì)采用高效的物流線來對整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行包裝和搬運(yùn)等操作，這樣一方面能夠提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還能減少工作作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。對于搬運(yùn)機(jī)器人，其一般采用的是串聯(lián)機(jī)器人，主要是六軸和四軸這兩種機(jī)器人，對于六軸機(jī)器人，其在制造業(yè)中主要是應(yīng)用在重物搬運(yùn)工作中，像重型夾具和車身的轉(zhuǎn)動(dòng)等。而對于四軸機(jī)器人，其本身結(jié)構(gòu)中的軸數(shù)量較少，因此，其運(yùn)動(dòng)軌跡相對較為簡單，一般情況下只能進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，但其運(yùn)動(dòng)速度卻較高，對此，這種機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中比較適用于高速包裝等工序中。

2.5 協(xié)作機(jī)器人

每年都會(huì)有工人因?yàn)闄C(jī)器人運(yùn)行誤傷的情況。而“人機(jī)協(xié)作”機(jī)器人功耗很低，不易對人產(chǎn)生傷害，可以和人一起完成一些輕量化的工作?！叭藱C(jī)協(xié)作”機(jī)器人本身體積較小，每個(gè)軸采用的馬達(dá)功率都是低于80W的；并且采用內(nèi)骨骼設(shè)計(jì)方式，外面包裹了軟質(zhì)材料，就算碰到人時(shí)不容易產(chǎn)生傷害。從安全性的角度為人機(jī)互動(dòng)提供了安全保障。 伴隨著3C行業(yè)機(jī)器換人的快速發(fā)展，協(xié)作機(jī)器人呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢。2014年前后，ABB、FUNAC、安川等國外著名機(jī)器人企業(yè)紛紛推出了各自的協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品。

結(jié)語

目前，機(jī)器人的發(fā)展趨勢非常的迅猛，機(jī)器人可以替代人類去從事高危險(xiǎn)的工作，減輕了人類的勞動(dòng)強(qiáng)度。對于我國的發(fā)展而言，工業(yè)機(jī)器人起步較晚，我國正處于工業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵時(shí)期，將來的高強(qiáng)度、高危險(xiǎn)行業(yè)的工人數(shù)量將會(huì)急劇的下降，機(jī)器人將會(huì)迎來新的“春天”，所以機(jī)器人仍擁有巨大的發(fā)展空間。同時(shí)，由于我國各機(jī)器人制造廠商對于機(jī)器人的研發(fā)與金錢投資的不同，在我國機(jī)器人市場上的競爭也會(huì)愈演愈烈，這最終也會(huì)促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。

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