試論工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究

王震 李寶

摘要：在“制造強(qiáng)國”戰(zhàn)略背景下，智能制造成為推動工業(yè)、制造業(yè)生產(chǎn)力提高、創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動力，再加上現(xiàn)代科技的日益更新和發(fā)展，社會、企業(yè)對生產(chǎn)要素、環(huán)境、條件的要求不斷提高，機(jī)器人技術(shù)正是在此背景、形勢下得到了廣泛應(yīng)用。依托先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，能夠以機(jī)器人替代人工，進(jìn)入到復(fù)雜、惡劣環(huán)境中進(jìn)行高精度的作業(yè)和操作，大幅提高了生產(chǎn)能效。本文對現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的未來前景進(jìn)行分析，并介紹了適用于不同工業(yè)的機(jī)器人。

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

在智能制造火熱發(fā)展的大環(huán)境下，越來越多企業(yè)、工廠引入了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化設(shè)備，加快了我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展進(jìn)程，促進(jìn)了生產(chǎn)向高水平、高標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展。其中，對于部分人工很難有效參與、操控的工業(yè)項(xiàng)目，可以利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)機(jī)械設(shè)備的編程控制、自動控制，大大降低了項(xiàng)目工作的操作難度，能夠滿足不同工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工需求，各個制造行業(yè)對機(jī)器人的需求不斷加大。在這樣的環(huán)境下，加大對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究，提高工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用水平，對促進(jìn)生產(chǎn)、制造業(yè)升級和長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。本文在闡述工業(yè)機(jī)器人發(fā)展情況的同時，分析了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的未來前景，介紹了機(jī)器人在不同工業(yè)中的應(yīng)用。

一、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀分析

在20世紀(jì)、60年代，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)開始出現(xiàn)，這時歐美等國家的工業(yè)已經(jīng)邁進(jìn)高速發(fā)展時期，社會人群對產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高。為了保障產(chǎn)品輸出符合各個領(lǐng)域的需求，生產(chǎn)加工企業(yè)開始加大對產(chǎn)品精準(zhǔn)度、質(zhì)量的控制。但是，由于人體在精神、身體機(jī)能等方面存在限制，很難達(dá)到部分工廠的生產(chǎn)條件。同時，越來越多國家對機(jī)器人研發(fā)、應(yīng)用加大了投入，使其能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)服務(wù)。當(dāng)前，越來越多機(jī)器人被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，提高了工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)能。在智能制造相關(guān)政策支持、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展需求下，我國工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了快速發(fā)展階段，為我國制造業(yè)向精細(xì)化方向發(fā)展提供了重要支持。在制造企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展中，需要大量勞動力的支持，更需要開展高強(qiáng)度的人工作業(yè)。為了打破生產(chǎn)力發(fā)展限制，研發(fā)和應(yīng)用機(jī)器人成為諸多大型制造企業(yè)競爭的重點(diǎn)。同時，我國對高新技術(shù)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持，為機(jī)器人技術(shù)持續(xù)發(fā)展提供了條件，機(jī)器人技術(shù)也不再局限于制造行業(yè)，在其他工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，如裝配、噴涂、焊接等。

二、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)分析

（一）系統(tǒng)控制技術(shù)

在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)中，需要由于系統(tǒng)進(jìn)行指令傳達(dá)，通過信息同步傳輸方式反饋終端機(jī)構(gòu)，有效地協(xié)調(diào)和傳導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動動作，使其能夠根據(jù)設(shè)定的程序、相關(guān)質(zhì)量進(jìn)行運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的系統(tǒng)控制，有助于操控、操作精度的提高。在一般情況下，控制技術(shù)的應(yīng)用，主要有點(diǎn)位型、連續(xù)型兩種，需要根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)用需求、適應(yīng)性選擇，滿足不同機(jī)械運(yùn)行、操控需求。

（二）系統(tǒng)感知技術(shù)

基于視覺伺服系統(tǒng)的傳感功能，工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)ν饨缡挛镞M(jìn)行識別和感知。在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)內(nèi)置的執(zhí)行程序和模式，工業(yè)機(jī)器人可以在相關(guān)指令下完成自身狀態(tài)調(diào)節(jié)，良好地契合相關(guān)操控行為，完成高精度的操作任務(wù)。而傳感技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要依靠內(nèi)部、外部傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)外部信息向內(nèi)部的反饋，再經(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)變后上傳至操控系統(tǒng)。這一操作技術(shù)，能夠根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置的參數(shù)評估外部設(shè)備運(yùn)行情況，在出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)則會下達(dá)更改指令，讓外部設(shè)備操控標(biāo)準(zhǔn)、行為達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)范圍。

（三）系統(tǒng)交互技術(shù)

系統(tǒng)交互技術(shù)主要劃分為兩種類型，一者指操作人員與機(jī)器設(shè)備的交互，另一者指機(jī)器設(shè)備與外部環(huán)境的交互。前者主要是通過機(jī)器設(shè)備的主動顯示面板，操作人員可以根據(jù)面板信息、參數(shù)了解機(jī)器人的操作行為。在操作人員進(jìn)行作業(yè)時，可以通過觀察參數(shù)，進(jìn)行操控行為干預(yù)、發(fā)現(xiàn)和糾正運(yùn)行問題，為后續(xù)的操作行為提供信息和數(shù)據(jù)支持。而后者主要是操作系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要前提。比如，在工業(yè)機(jī)器人自啟動機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)構(gòu)、裝配機(jī)構(gòu)中，只有正常使用交互技術(shù)，才能精準(zhǔn)地完成操作，在復(fù)雜的環(huán)境中控制參數(shù)誤差。

三、工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展前景

（一）人工智能技術(shù)

在智能制造持續(xù)發(fā)展的背景下，需要大量高技術(shù)人才與機(jī)器人進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。伴隨人工智能技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)擬人化、全自動化作業(yè)將成為未來機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，更好地滿足流水線生產(chǎn)需求。作為高新技術(shù)的代表，人工智能可以憑借復(fù)雜的數(shù)據(jù)、算法拓展人的智能，正在不斷地被應(yīng)用到更多領(lǐng)域中。但是，由于當(dāng)前科學(xué)界未能完全了解人腦的運(yùn)行機(jī)制，人工智能仍具有長遠(yuǎn)的發(fā)展空間，能夠更好地在工業(yè)機(jī)器人中發(fā)揮優(yōu)勢，推出具備更高智能的工業(yè)機(jī)器人。

（二）新材料技術(shù)

在不同工業(yè)環(huán)境中，工業(yè)機(jī)器人需要完成一系列高強(qiáng)度的操作任務(wù)，這就要求機(jī)器人該部分組件具備高剛性、耐磨性。只有這樣，工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行程序、完成操作才能達(dá)到較高精度和水準(zhǔn)。在機(jī)器人技術(shù)發(fā)展中，對制造材料的要求也會不斷提高，如金相組織、材料化學(xué)元等材料控制方面，對提高工業(yè)機(jī)器人服務(wù)水平、生產(chǎn)水平具有重要意義。

（三）新型減速器技術(shù)

在工業(yè)機(jī)器人人研發(fā)中，機(jī)器人操作速度、精度一直是研發(fā)人員注重的方面，更是評價工業(yè)機(jī)器人服務(wù)性能的指標(biāo)。伴隨工業(yè)制造需求不斷加大、生產(chǎn)環(huán)境日益復(fù)雜，當(dāng)前的減速器技術(shù)也需要進(jìn)行更新、升級，加強(qiáng)新型減速器技術(shù)的研發(fā)，對提高工業(yè)機(jī)器人穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和精度具有重要作用。

四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

（一）裝配機(jī)器人的應(yīng)用

在輕工企業(yè)中，已經(jīng)出現(xiàn)了支持自動裝配的機(jī)器人設(shè)備。根據(jù)零件裝配需求、模式，編寫自動化操作程序后，可以根據(jù)坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，形成三維動態(tài)操作模式，滿足企業(yè)零件加工和裝配體系需求。在相關(guān)設(shè)計(jì)功能的支持下，能夠以更加智能、自動化的方式完成零部件的裝配。同時，在搭建了視覺傳感技術(shù)的機(jī)器人設(shè)備上，能夠?yàn)闄C(jī)器人賦予人工智能的特點(diǎn)。例如，在進(jìn)行部件組裝時，能夠通過觸覺模擬觀察受力特點(diǎn)，在受力參數(shù)無法達(dá)到部件的最大壓力值的情況下，主系統(tǒng)能夠自動接受反饋信息，并對相關(guān)參數(shù)數(shù)值進(jìn)行修改，避免因壓力值過大損壞裝配部件。在裝配機(jī)器人的應(yīng)用中，已經(jīng)能夠從六個維度執(zhí)行操作，基本能夠達(dá)到裝配生產(chǎn)線的各項(xiàng)需求。

（二）搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用

在工業(yè)企業(yè)中，搬運(yùn)機(jī)器人具有重要的應(yīng)用價值。通過應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)位移動，大幅降低人力資源的投入，為企業(yè)生產(chǎn)機(jī)制向智能化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展提供保障。在具體控制中，主要是利用計(jì)算機(jī)主控系統(tǒng)、導(dǎo)航、傳感器裝置，在空間環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)動狀態(tài)、位置的變化，并將相關(guān)信息反饋到主控系統(tǒng)中，再根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置程序傳達(dá)指令，形成高精準(zhǔn)性、高穩(wěn)定性的操作模式，促進(jìn)搬運(yùn)效果得到提高。例如，在醫(yī)藥行業(yè)產(chǎn)品加工、食品加工和紡織加工工廠中，運(yùn)用搬運(yùn)機(jī)器人能夠完成柔性化操作，保證物品傳輸過程的穩(wěn)定性。在整體系統(tǒng)指令下，可以全方位地覆蓋整個工廠，精準(zhǔn)地執(zhí)行操作，促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量得到提高。

（三）焊接機(jī)器人的應(yīng)用

在工業(yè)焊接生產(chǎn)環(huán)境下，往往存在不穩(wěn)定的因素，給人體機(jī)能帶來影響，如輻射、煙氣等。所以，在大型企業(yè)工廠中，往往會使用焊接機(jī)器人。從主要原理看，是將法蘭面、焊鉗、焊槍安裝在機(jī)器人上，使其能夠具備焊接的設(shè)備和能力。在這類機(jī)器人的應(yīng)用場景中，往往用于整件電焊、設(shè)備零件電焊等，其突出優(yōu)勢體現(xiàn)在焊接質(zhì)量方面，能夠在提高焊接生產(chǎn)率的同時，確保焊接的均一性得到提高。此外，在焊接機(jī)器人的工作時長上，能夠達(dá)到二十四小時全天候焊接，能夠有效地減輕工人的工作壓力，避免其處在長期的有害環(huán)境中，人工操作的標(biāo)準(zhǔn)也能夠適當(dāng)?shù)叵陆?。在焊接機(jī)器人的主系統(tǒng)中，內(nèi)置了支持零部件焊接自動化的參數(shù)，其焊接工藝穩(wěn)定性更高、質(zhì)量更好。在焊接作業(yè)中，應(yīng)用焊接機(jī)器人進(jìn)行操作，能夠大大提高產(chǎn)品柔性生產(chǎn)效率。

（四）診斷機(jī)器人的應(yīng)用

在工業(yè)設(shè)備診斷工作中，可以利用基于智能操作的診斷機(jī)器人，能夠判斷設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的異常狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)定形成的系統(tǒng)參數(shù)，精準(zhǔn)地查找、定位故障狀態(tài)，為機(jī)械設(shè)備檢修、維護(hù)工作提供專家診斷數(shù)據(jù)。在一般情況下，在工業(yè)企業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用主要圍繞故障特征，對設(shè)備運(yùn)行中部件的噪聲參數(shù)、震動參數(shù)、溫度、運(yùn)行軌跡等進(jìn)行綜合分析，為診斷和解決機(jī)器設(shè)備中的故障提供信息。在工作運(yùn)行中，需要以建立互聯(lián)網(wǎng)鏈接為前提，運(yùn)用本地檢測功能模塊進(jìn)行設(shè)備故障排查、問題測試，并將相關(guān)信息反饋提供給主系統(tǒng)。這樣，工作人員可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備操作中的問題。此外，運(yùn)用監(jiān)測系統(tǒng)的拓展功能，能夠根據(jù)緊跟設(shè)備更新速度，同步處理和傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，為排查和測試操作中出現(xiàn)的故障問題提供支持。

（五）噴涂機(jī)器人的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，對于高污染、高危險(xiǎn)的作業(yè)任務(wù)，可以應(yīng)用噴涂機(jī)器人取代傳統(tǒng)人工，避免復(fù)雜環(huán)境因素給人體帶來的威脅。在工業(yè)機(jī)器人擁有動態(tài)化操作指令，能夠支持機(jī)器人在空間內(nèi)進(jìn)行自由位移，且能夠保持靈活、自動的運(yùn)行狀態(tài)，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。通過應(yīng)用噴涂工業(yè)機(jī)器人，可以全方位地設(shè)計(jì)和提供自動化噴涂方案，在噴涂作業(yè)中機(jī)器人具有領(lǐng)會性強(qiáng)的優(yōu)勢，能夠發(fā)揮視覺感知技術(shù)的優(yōu)勢，從視覺上控制出錯的概率。再加上系統(tǒng)能夠在高速、高效運(yùn)行狀態(tài)下，保持超長的待機(jī)時間，十分受工業(yè)企業(yè)的歡迎。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人開展噴涂作業(yè)任務(wù)，能夠促進(jìn)把控噴涂質(zhì)量、效果和標(biāo)準(zhǔn)，以更加合理、精準(zhǔn)的噴涂方式完成工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。

五、結(jié)語

綜上所述，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)和機(jī)器人的應(yīng)用，是促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造方向轉(zhuǎn)型升級、提高工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的重要路徑。因此，企業(yè)要重視工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的繼續(xù)研發(fā)，根據(jù)未來工業(yè)生產(chǎn)需求、人工智能技術(shù)，將工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用到更多行業(yè)領(lǐng)域中，推進(jìn)人工操作、操控體系向智能化、自動化生產(chǎn)體系發(fā)展，不斷地提高企業(yè)在市場中的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢，為國家經(jīng)濟(jì)體系的完善奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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