工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展與應用綜述

代浩岑，孫丹寧，趙文博

（燕山大學，河北 秦皇島 066000）

0 引言

在現(xiàn)代科學技術(shù)支撐下，工業(yè)機器人逐漸投入使用，其具有可靠性、穩(wěn)定性、高精度等優(yōu)點，可代替人工在高危環(huán)境內(nèi)作業(yè)，減少人工作業(yè)強度，進而在保障作業(yè)效率基礎(chǔ)上，提升作業(yè)質(zhì)量。由于這些優(yōu)點，工業(yè)機器人已逐漸發(fā)展為制造產(chǎn)業(yè)核心力量?，F(xiàn)階段，我國工業(yè)機器人主要用于制造業(yè)，大量學者對其現(xiàn)階段的使用狀況進行了分析，并建立了比較健全的理論體系。以此為基礎(chǔ)，本文整合近幾年國內(nèi)針對工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展與應用的相關(guān)研究并綜合分析，作如下報道。

1 關(guān)于工業(yè)機器人技術(shù)

早在1972年，我國開始研發(fā)工業(yè)機器人，政府與相關(guān)部門對工業(yè)機器人制造極為重視，至1986年時，開展了國家級技術(shù)研發(fā)計劃，隨著我國科研人員潛心研究，工業(yè)機器人技術(shù)得到了進一步發(fā)展，是我國工業(yè)機器人發(fā)展開端[1]。目前為止，我國機器人市場已發(fā)展為世界最大市場，每年機器人銷量高達87000臺，且提升了31%左右的市場占有率?？偨Y(jié)分析，我國工業(yè)機器人技術(shù)主要分為以下幾點：

1.1 包括開放性模塊化控制技術(shù)

我國目前投入使用工業(yè)機器人多為CPU計算機結(jié)構(gòu)，呈分布式，利用機器人控制器規(guī)劃機器人運動，同時具有主控邏輯、傳感器處理與數(shù)字I/O計數(shù)，可將編程作為基礎(chǔ)，利用開放性模塊控制機器人。

1.2 包括故障診斷及安全維護計數(shù)

當前工業(yè)機器人已能夠利用有效信息，對自身存在異常故障進行自主檢查與診斷，并且采取有效的方法來自我維護，此技術(shù)可保障機器人能夠穩(wěn)定運行。

1.3 包括控制器技術(shù)

目前控制器主要功能為現(xiàn)場總線、串口、太網(wǎng)連接，以維持機器人、控制器間有效通訊，進而保障控制器可全面監(jiān)督、管理機器人作業(yè)生產(chǎn)線。

2 關(guān)于工業(yè)機器人特征

工業(yè)機器人的控制方法與數(shù)控機床控制存在相似之處，但是也具備一定的獨到性，例如：

2.1 擬人化

工業(yè)機器人的顯著特征之一就是擬人化。機械臂的結(jié)構(gòu)與人類小臂、大臂、手腕的部分非常相似，可以通過計算機的控制，來仿生人類手臂的各種動作，實現(xiàn)各種擬人化的操作。同時，工業(yè)機器人加入了各種傳感器的功能，例如視覺傳感器、聲音傳感器以及力傳感器等等，以此加強了工業(yè)機器人對外部事物的感知功能，以便于機器人適應外部的工作環(huán)境。

2.2 可編程

在使用工業(yè)機器人進行工業(yè)生產(chǎn)的過程中，可以結(jié)合具體的生產(chǎn)目標與生產(chǎn)環(huán)境對機器人進行程序設(shè)置，實現(xiàn)動態(tài)化的啟動。換言之，工業(yè)機器人可以在硬件設(shè)施不換的情況下，借助軟件編程即可實現(xiàn)多樣化的操作。確保工業(yè)作業(yè)的靈活性，同時有效減少了工業(yè)生成的成本支出。

2.3 適用性廣泛

除了少部分的特殊領(lǐng)域，普通的工業(yè)機器人在基本的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中都可使用，通用性能良好。加之各種傳感器的使用，可以讓機器人具備圖像識別的能力、語言理解的能力，以致于記憶功能機器人都可具備，全面實現(xiàn)了機器人使用范圍的拓展[2]。

3 關(guān)于工業(yè)機器人應用現(xiàn)狀

隨著我國社火經(jīng)濟水平提升，我國工業(yè)機器人發(fā)展方向更為廣闊，引起了相關(guān)企業(yè)管理者的高度重視，在制造業(yè)的各個領(lǐng)域都有廣泛的應用。

3.1 船舶焊接機器人

焊接時工業(yè)機器人的必備基礎(chǔ)技能，可廣泛的應用于船舶、汽車焊接工作，尤其船舶制造業(yè)內(nèi)應用較廣。優(yōu)于船舶體積較大，因此利用機器人開展相關(guān)焊接工作，可提升作業(yè)效率。船舶焊接機器人實際工作中，利用系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)與控制技術(shù)，可精確焊縫軌跡，加上激光傳感器、視覺傳感器的應用，可實現(xiàn)離線作業(yè)操作，以此便可幫助機器人更好的使用復雜的元件焊接，可保障焊接質(zhì)量。此外，還可借助無線通訊技術(shù)保障電腦、機器人間高效溝通，以此在密閉狹小的空間中即可進行機器人焊接操作。

3.2 自動化裝配線機器人

自動化裝配線機器人主要的類型有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)型、直角坐標型以及平面關(guān)節(jié)型等等。如某摩托車公司對摩托車發(fā)動機安裝配線時，利用自動化配線機器人開展相關(guān)操作，可實現(xiàn)活塞、連桿、缸體等零部件自動化裝配，以提升裝配效率，此外，還可運用視覺系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)精確裝配零部件[3]。還可利用力控軟件代替人類觸覺，保障零件推動力度合理，減少工件損傷。工業(yè)機器人作業(yè)期間，垂直多關(guān)節(jié)型裝配機器人涵蓋6個自由度，可在空間任一點擺放各種姿勢，操作簡單。同時自動化裝配機器人中涵蓋傳統(tǒng)單臂機器人，可完成較為復雜的裝配工作，有效降低了裝配風險的發(fā)生。

3.3 搬運機器人

搬運機器人技術(shù)基礎(chǔ)為移動機器人，利用計算器控制，可搬運、移動物品，具有網(wǎng)絡(luò)交互、多傳感器控制等功能，在我國各個行業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應用[4]?，F(xiàn)階段，我國常用搬運機器人多為串聯(lián)機器人，可分為四軸、六軸兩類，其中六軸機器人多搬運重物，但搬運速度較低；四軸機器人由于軸數(shù)少，不可搬運過重物品，但是其搬運速度較快，可用于快速包裝。

3.4 縫紉機器人

服裝生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)中，多應用縫紉機器人，由于服裝生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)具有勞動密集特性，早在2012年，美國某公司就開始研發(fā)手縫機器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工縫紉，旨在利用縫紉機器人的使用將傳統(tǒng)的勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械自動化生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)?？p紉機器人的功能是精確針下布料，在減少人力幫助、干涉前提下，實現(xiàn)服裝制造、生存工作。目前我國研發(fā)縫紉機器人能夠利用相機觀察布料，利用機器臂裁剪布料，可降低誤差至0.5mm內(nèi)[5]。但結(jié)合我國目前研發(fā)技術(shù)，縫紉機器人僅局限于牛仔褲、短袖等簡單衣物縫制工作。

4 工業(yè)機器人技術(shù)未來的發(fā)展

我國的工業(yè)制造業(yè)在工業(yè)機器人不斷發(fā)展的推動下，得到了唯有的進步，并且在其他行業(yè)領(lǐng)域中，例如軍事、醫(yī)療、娛樂以及科研等等行業(yè)中，工業(yè)機器人也同樣適用。伴隨著我國人民生活質(zhì)量不斷提升，工業(yè)機器人研發(fā)要求隨之增加，未來工業(yè)機器人將更加智能，逐漸轉(zhuǎn)向服務化、綠色化[6]。所謂智能化，主要指機器人以實現(xiàn)設(shè)定的程序為基礎(chǔ)，自行進行維護、學習與創(chuàng)造等功能，利用人機交互能力，促使工業(yè)機器人更好的滿足人們需求。服務化是指機器人在離線的狀態(tài)下，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供在線化服務。而綠色化是指工業(yè)機器人在制作工藝、制造用料、包裝用料等方面保障綠色化，同時要求設(shè)計機器人的過程中可以加入工作過程中的處理與回收功能，在保證積極工作的同時，嚴格落實環(huán)境保護要求。至2017年，機器人世界制造量仍保持高速增長，尤其亞洲、澳大利亞機器人安裝需求漲幅最大。但中國為最大的機器人市場，未來必將迎來更大機器人市場[7]。其一，強化機器人對人類行為進行模仿的能力，其二，不斷提升機器人的邏輯思維能力。不光是智能化的實現(xiàn)，多級協(xié)調(diào)共同操作也是未來工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢。

5 結(jié)語

目前我國的工業(yè)機器人主要被應用于工業(yè)制造業(yè)中，如船舶焊接、自動化裝配、搬運、縫紉等領(lǐng)域。相較于其他發(fā)達國家，目前我國工業(yè)機器人應用并不廣泛，尚有很大發(fā)展空間。因此，培養(yǎng)工業(yè)機器人研發(fā)人才，對推動我國工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展而言極為重要，實現(xiàn)我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的積極發(fā)展，讓更加便攜、實用、智能的機器人被廣泛的應用于各行各業(yè)，促進我國經(jīng)濟的全面發(fā)展。