探討工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用前景

謝彩云 張曉梅 侯毅

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已占據(jù)了工業(yè)發(fā)展中的重要位置。本文從闡述機(jī)器人的含義入手，分析了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、分類(lèi)及應(yīng)用前景，可為機(jī)器人技術(shù)的研究提供思路。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;發(fā)展;應(yīng)用

機(jī)器人的誕生和機(jī)器人學(xué)的建立及發(fā)展，是20世紀(jì)人類(lèi)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重大成果。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，促使現(xiàn)代制造業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，“十三五”規(guī)劃中指出，實(shí)施智能制造工程，加快發(fā)展智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備，培養(yǎng)推廣新型智能制造模式，推動(dòng)生產(chǎn)方式向柔性、智能、精細(xì)化轉(zhuǎn)變，同時(shí)要提升包括機(jī)器人在內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)的支撐作用，這些都充分說(shuō)明了機(jī)器人發(fā)展的重要性。在“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃中，提出的以工業(yè)機(jī)器人為代表的智能制造更是為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供了思路和出路。

一、機(jī)器人的含義

機(jī)器人是一種高度復(fù)雜的自動(dòng)化裝置，綜合運(yùn)用了機(jī)械、電子電氣、計(jì)算機(jī)、檢測(cè)、通信、自動(dòng)控制、語(yǔ)音和圖形圖象處理等技術(shù)，一般由程序控制，具有人或生物的某些功能。智能機(jī)器人可以通過(guò)傳感器了解外部環(huán)境或自身狀態(tài)的變化，可以做出自己的邏輯推理、判斷與決策。

組成機(jī)器人的系統(tǒng)通常由四部分組成，包括機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和感知系統(tǒng)四大部分。計(jì)算機(jī)是機(jī)器人的大腦，傳感器是機(jī)器人的感覺(jué)器官，輸入/輸出設(shè)備是人與機(jī)器人的交互工具，常用的有顯示器、鍵盤(pán)、示教盒、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口等。

隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人已從傳統(tǒng)的制造業(yè)進(jìn)入人類(lèi)的工作和生活領(lǐng)域，另外，隨著需求范圍的擴(kuò)大，機(jī)器人結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化。高端系統(tǒng)具有明顯的仿生和智能特征，其性能不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善;各種機(jī)器人系統(tǒng)便逐步向具有更高智能和更密切與人類(lèi)社會(huì)融洽的方向發(fā)展。

二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展

繼1920年捷克斯洛伐克劇作家卡雷爾？凱培克在他的科幻情節(jié)劇《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中首次提出了“機(jī)器人”（Robot）這個(gè)名詞后，美國(guó)著名科學(xué)幻想小說(shuō)家阿西莫夫于1950年在他的小說(shuō)《我是機(jī)器人》中，首先使用了機(jī)器人學(xué)（Robotics）這個(gè)詞來(lái)描述與機(jī)器人有關(guān)的科學(xué)，并提出了著名的“機(jī)器人三守則”：

（1）機(jī)器人必須不危害人類(lèi)，也不允許他眼看人將受害而袖手旁觀;

（2）機(jī)器人必須絕對(duì)服從于人類(lèi)，除非這種服從有害于人類(lèi);

（3）機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類(lèi)或者是人類(lèi)命令它做出犧牲。

基于此，1959年，喬治？德沃爾和約瑟？英格柏格發(fā)明了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，從那以后，工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始進(jìn)入了歷史舞臺(tái)。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生后，將人類(lèi)從繁重單一的勞動(dòng)中解放出來(lái)，延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可代替人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作，代替人完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

三、工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)

工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)方式主要有以下幾種：

1、按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分

（1）直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng);

（2）圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;

（3）球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;

（4）關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。

2、按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能分

（1）點(diǎn)位型

只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè);

（2）連續(xù)軌跡型

（3）可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。

3、按程序輸入方式區(qū)分

（1）編程輸入型

將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件，通過(guò)RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。

（2）示教輸入型

這種類(lèi)型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動(dòng)控制器（示教操縱盒），將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍;另一種是由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。在示教過(guò)程的同時(shí)，工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng)工作時(shí)，控制系統(tǒng)從程序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動(dòng)作。

四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人最早應(yīng)用于汽車(chē)制造工業(yè)， 常用于焊接、 噴漆、上下料和搬運(yùn)。隨著工業(yè)機(jī)器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)生產(chǎn)制造柔性化、增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力等諸多方面作用的顯現(xiàn)，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。目前來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在以下方面：

（1）提高自動(dòng)化生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度;

（2）直接從事廣泛的生產(chǎn)勞動(dòng)，例如噴漆、焊接、熱處理、冶煉、電鍍，以及沖壓、注塑成型、砂型鑄造、鍛造等;

（3）進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锲费b配;

（4）倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化;

（5）從事特殊環(huán)境下的勞動(dòng)，如核輻射、無(wú)毒氣氛、強(qiáng)噪聲、超低溫或高溫環(huán)境等不合適人工作的環(huán)境，甚至超越人能力范圍的環(huán)境;

（6）從事教育衛(wèi)生等服務(wù)。

五、工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)的發(fā)展情況

我國(guó)是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始涉足機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。至今為止，我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：兩足步行機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、高壓水切割機(jī)器人、有纜深潛300m機(jī)器人、無(wú)纜深潛機(jī)器人、遙控移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人等等。

從2014年我國(guó)成為世界最大的工業(yè)機(jī)器人需求國(guó)以來(lái)，市場(chǎng)發(fā)展一直比較穩(wěn)定，但是，目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額大部分依然被國(guó)外工業(yè)機(jī)器人企業(yè)占據(jù)。在國(guó)際強(qiáng)手面前，國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。如今我國(guó)正從一個(gè)“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，對(duì)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會(huì)加大對(duì)機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會(huì)給工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。

六、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的研制雖然起步比較晚，但是卻有著廣大的市場(chǎng)潛力，有著眾多的人才和資源基礎(chǔ)。在十三五規(guī)劃綱要等國(guó)家政策的鼓勵(lì)支持下，相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)，我國(guó)自主制造的工業(yè)機(jī)器人必將占據(jù)市場(chǎng)的一席之地，從而提高我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為實(shí)現(xiàn)偉大祖國(guó)的復(fù)興貢獻(xiàn)力量。

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