智能制造時代工業(yè)機器人的應(yīng)用前景

高明華 周寶峰 賀程 吳思宇 戴誠霖

摘要：隨著時代的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，推動科技水平不斷進步，工業(yè)生產(chǎn)模式發(fā)生巨大變化，人工智能和工業(yè)機器人取代傳統(tǒng)勞動力，可以說是時代必然的產(chǎn)物，是未來智能制造中不可或缺的一部分。在智能制造時代，工業(yè)機器人將遵循新的設(shè)計原則，解決更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)。與此同時，來自信息技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)將對工業(yè)機器人的設(shè)計、性能和成本產(chǎn)生越來越大的影響。

關(guān)鍵詞：智能制造時代;工業(yè)機器人;應(yīng)用前景

1工業(yè)機器人的概述

工業(yè)機器人是智能制造最具代表性的產(chǎn)品，依據(jù)其高精度、高效率、可編程性、能在惡劣環(huán)境工作等特點，在各個領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。其中，汽車行業(yè)、電子產(chǎn)品行業(yè)等是我國使用機器人最多的行業(yè)。未來，我國勞動力成本不斷增加已是不爭的事實，雖然使用工業(yè)機器人前期投入十分巨大，但是就長期來看還是采用工業(yè)機器人代替更劃算，可以預(yù)知未來我國工業(yè)機器人的需求只會增長。盡管我國已成為全世界最大的工業(yè)機器人市場，但是我國本土機器人品牌卻不具有競爭性，出現(xiàn)這樣的情況原因有很多，比如沒有核心技術(shù)和沒有像其他強力品牌優(yōu)先占據(jù)市場等。

2工業(yè)機器人研發(fā)技術(shù)趨勢分析

2.1智能系統(tǒng)

隨著更強大的處理器和更智能的低成本傳感器，工業(yè)機器人智能化水平更高，萬一出現(xiàn)故障，機器人將聯(lián)手支持彼此的操作。機器人可以通過通信以共享程序清單，適應(yīng)安裝誤差的變化，并在執(zhí)行時本地修改這些程序。機器人在執(zhí)行離線開發(fā)的程序方面變得越來越精確，使用模擬軟件也變得越來越友好。

2.2智能傳感器

智能傳感器在機器人技術(shù)的未來發(fā)揮著重要作用，集成了信號處理和傳輸技術(shù)的電子器件類傳感器有望提供所需的功能并達到成本目標(biāo)。微加工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)多種類型的傳感器，但電子集成有限，未來有望取得更大的進步和性能的提高。

2.3智能執(zhí)行器

隨著技術(shù)的發(fā)展，執(zhí)行器也變得越來越“聰明”。除了傳統(tǒng)的位置編碼器，制動器、放大器和伺服控制電子設(shè)備被集成到單一的封裝中，其特征最初被分配給機器人控制器。集成電路的更高可靠性和更小尺寸使得集成成為可能，它在布線便利性以及潛在的低成本和高可靠性方面提供了優(yōu)勢。

3工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢

3.1智能化

人工智能是目前全世界追求的目標(biāo)，其內(nèi)容涵蓋視覺、感知、邏輯運算、學(xué)習(xí)等諸多內(nèi)容，并且能夠在多種復(fù)雜因素下自行處理。其終極目標(biāo)就是智力能達到人類，在生產(chǎn)制造過程中出現(xiàn)緊急情況能夠自行安全地處理，能夠自主工作等。

3.2仿生化

動物世界內(nèi)有很多動物的獨特生理結(jié)構(gòu)具備了很獨特的能力，仿生化機器人的出現(xiàn)，將這些技能應(yīng)用到工業(yè)與生活中，對人類的發(fā)展起促進作用?？梢哉f仿生機器人在未來發(fā)展不可限量。

3.3微型化

微型機器人是近些年開始研究的產(chǎn)物。微型的事物單個或許沒有多大的能量，但是熟知細胞工業(yè)效率，大群蝗蟲的破壞力就指導(dǎo)微型的作用有多大。其次大型機器人的制造成本也遠高于微型機器人，綜合各方面因素，微型機器人未來發(fā)展很有前景。

4工業(yè)機器人的應(yīng)用前景

以云計算、大數(shù)據(jù)、移動和社會聯(lián)系為代表的第三種平臺技術(shù)推動了全球機器人工業(yè)向智能化、創(chuàng)新和數(shù)字化方向發(fā)展。在機器人產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型過程中，智能機器人發(fā)揮著雙重作用。它是傳統(tǒng)制造業(yè)的代表，在轉(zhuǎn)型過程中對加快和促進創(chuàng)新也具有重要作用。新一代工業(yè)機器人將具有連通性、虛擬現(xiàn)實集成、軟件定義等特點。具體來說，可以通過多個傳感器采集各種數(shù)據(jù)，上傳到云端進行初步處理，實現(xiàn)信息共享。虛擬信號與真實設(shè)備深度集成，形成了數(shù)據(jù)采集、處理、分析、反饋和執(zhí)行的封閉過程，實現(xiàn)了“真實-虛擬-真實”轉(zhuǎn)換。大規(guī)模數(shù)據(jù)分析的智能算法依賴于優(yōu)秀的軟件應(yīng)用，刺激了新一代智能機器人以面向軟件、基于內(nèi)容、平臺和API集中的方式發(fā)展。機器人可以實現(xiàn)基于圖像和視頻的人機合作。同樣的發(fā)展趨勢也出現(xiàn)在機器人攜帶的光學(xué)測量系統(tǒng)中，例如車身和汽車組件的檢測。對于跟蹤傳感器的優(yōu)化與機器人程序相關(guān)的前瞻性信息的使用和協(xié)調(diào)，能處理缺乏測量數(shù)據(jù)的情況，并能從過程故障中進行有效的恢復(fù)。從長遠來看，操作、裝配、跟蹤、檢查、校準(zhǔn)等3D視覺概念可以進一步集成到機器人控制器中。工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴大，系統(tǒng)化，基本形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，迎來了優(yōu)秀的技術(shù)創(chuàng)新成果，為此智能機器人市場也迎來了巨大的發(fā)展機遇。在關(guān)鍵技術(shù)和領(lǐng)先技術(shù)方面，現(xiàn)有工業(yè)機器人智能化程度低，功能相對簡單。在復(fù)雜情況下，它們在人機合作方面表現(xiàn)不佳，難以滿足用戶的需求。要實現(xiàn)內(nèi)生增長，必須克服技術(shù)瓶頸。首先在人機合作中，要加快多模感知、環(huán)境建模等關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)，加強人機合作與協(xié)作。其次，機器人技術(shù)應(yīng)與物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)深度融合，充分利用海量共享數(shù)據(jù)和計算資源，從而擴展智能機器人的服務(wù)能力。此外，圖像識別、情感互動等人工智能技術(shù)還需要進一步發(fā)展和應(yīng)用。

5結(jié)語

總之，未來的工業(yè)機器人將不再僅僅是對當(dāng)今設(shè)計在功能和性能數(shù)據(jù)方面的拓展，而是將遵循新的設(shè)計原則來解決更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)。同時，新技術(shù)，特別是來自世界的信息技術(shù)，將對未來工業(yè)機器人的設(shè)計、性能和成本產(chǎn)生越來越大的影響。

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（作者單位：沈陽工學(xué)院）

作者簡介：高明華（1987.1.20），性別：女;籍貫：遼寧錦州;民族：滿;學(xué)歷：研究生、碩士;職稱：工程師;職務(wù)：機器人教研室主任;研究方向：配電與控制系統(tǒng)、機器人。