工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探究

楊志

摘 要：在工業(yè)化水平發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)數(shù)字技術(shù)和信息化技術(shù)的依賴(lài)程度逐漸增加，運(yùn)用了大量的智能化技術(shù)提升工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。深入分析工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀以及產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展的策略和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，希望對(duì)智能化、規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)有積極意義。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；導(dǎo)航技術(shù)；成本控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0123-03

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐步發(fā)展，應(yīng)用的范圍更加廣泛，不僅在汽車(chē)制造行業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)以及電焊行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，在噴涂、裝配以及搬運(yùn)碼垛等行業(yè)也有一定的應(yīng)用，不僅能減少人工成本，還能提升生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的變革。

1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)雖然較西方國(guó)家起步晚，發(fā)展水平較西方國(guó)家有一定的差距，但是卻處于一個(gè)穩(wěn)定而快速的發(fā)展時(shí)期。在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)的變革階段，國(guó)家政策的扶持，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供了一定的機(jī)遇，促進(jìn)了我國(guó)的工業(yè)制造行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展[1]。

過(guò)去，我國(guó)在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候依靠的是廉價(jià)的勞動(dòng)力、資源的消耗以及對(duì)環(huán)境的破壞，這種管理模式較為粗放，不利于工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展。在勞動(dòng)力成本不斷上升、資源減少以及人們環(huán)保觀念逐漸變強(qiáng)的當(dāng)今社會(huì)，要想促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型，就要向高效率、低污染、低消耗、高附加值的方向發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化管理，從而形成環(huán)境優(yōu)化型和資源節(jié)約型的發(fā)展新模式。

近年來(lái)，我國(guó)不斷研發(fā)工業(yè)機(jī)器人新技術(shù)，推動(dòng)高校相關(guān)人才的培養(yǎng)，從而促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的蓬勃發(fā)展。時(shí)至今日，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平得到了一定的提升，機(jī)器人的數(shù)量飛速增長(zhǎng)，種類(lèi)繁多，涉及裝配、噴涂、焊接、沖壓等不同類(lèi)型，機(jī)器人研發(fā)與生產(chǎn)取得了巨大的成就。

2 工業(yè)機(jī)器人的類(lèi)型

2.1 第一代機(jī)器人

任何技術(shù)都是一點(diǎn)點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的，工業(yè)機(jī)器人在發(fā)展的初期也是較為低端的技術(shù)，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械活動(dòng)，而且并不十分靈活。例如，第一代的機(jī)器人只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的上下晃動(dòng)、左右擺動(dòng)等動(dòng)作，無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用較少[2]。此時(shí)的機(jī)器人設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，并且材料低端。此時(shí)我國(guó)的數(shù)字化技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)也處于起步階段，各項(xiàng)技術(shù)和設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造并不成熟，相關(guān)人才匱乏，這就導(dǎo)致我國(guó)的第一代工業(yè)機(jī)器人功能較少，能力較差，無(wú)法廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。此時(shí)機(jī)器人由控制器以及機(jī)器人本體組成，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)編程和信息儲(chǔ)存。

2.2 第二代機(jī)器人

第二代機(jī)器人是利用計(jì)算機(jī)的離線(xiàn)仿真技術(shù)開(kāi)展活動(dòng)的，因?yàn)槠涫菑牡谝淮鷻C(jī)器人的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與研發(fā)的，因此性能上較第一代機(jī)器人強(qiáng)，并且機(jī)械活動(dòng)更加靈活。第二代機(jī)器人屬于離線(xiàn)編程，計(jì)算機(jī)的利用程度更高，采取離線(xiàn)式的計(jì)算手法進(jìn)行仿真模型的建立，并使用正逆解算法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。因?yàn)榈诙鷻C(jī)器人是利用正逆解算法以及仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制的，因此其路徑規(guī)劃是通過(guò)反復(fù)的檢驗(yàn)和檢測(cè)進(jìn)行的。

2.3 第三代機(jī)器人

第三代工業(yè)機(jī)器人發(fā)展期間，我國(guó)的信息技術(shù)正飛速發(fā)展，而機(jī)器人的研發(fā)也進(jìn)入了智能化時(shí)代。智能機(jī)器人是在信息技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，而且利用信息技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)多種數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和編程。第三代機(jī)器人可以獨(dú)立解決問(wèn)題，并且還能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行分析，然后給予用戶(hù)信息反饋。此時(shí)智能機(jī)器人的應(yīng)用范圍更廣，尤其是在焊接領(lǐng)域和搬運(yùn)領(lǐng)域，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化機(jī)器人生產(chǎn)。

3 工業(yè)機(jī)器人的工作原理和技術(shù)

3.1 工業(yè)機(jī)器人的工作原理

工業(yè)機(jī)器人就是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的自由度較高的機(jī)械裝置以及多關(guān)節(jié)機(jī)械手。在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)設(shè)定好的程序自動(dòng)執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，并利用自身的控制完成各項(xiàng)生產(chǎn)操作。工作人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定程序，然后利用遙控裝置指揮機(jī)器人開(kāi)展工作，完成生產(chǎn)任務(wù)。

當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在很多工業(yè)領(lǐng)域中有所應(yīng)用，并逐漸擺脫了人工操作，擁有了獨(dú)立進(jìn)行生產(chǎn)操作的能力，使工業(yè)生產(chǎn)更加智能化和便捷化。關(guān)節(jié)型的機(jī)器人在工作中具有較高的自由度，技術(shù)人員可以在生產(chǎn)中通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)關(guān)節(jié)的功率進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)機(jī)器人進(jìn)行全面的控制，完成各種精細(xì)化的操作。

3.2 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人優(yōu)勢(shì)能夠?qū)崿F(xiàn)各種高精度的工作任務(wù)，主要得益于其靈巧的操作技術(shù)、自有導(dǎo)航技術(shù)以及環(huán)境感知以及傳感技術(shù)。

首先，機(jī)器人的機(jī)械手和臂可以仿照人手進(jìn)行靈活的操作，具有感知功能，能夠完成高精度的操作任務(wù)。

其次，機(jī)器人可以利用自由導(dǎo)航技術(shù)，在障礙物和車(chē)輛中實(shí)現(xiàn)自我導(dǎo)航，使其在工作時(shí)不會(huì)對(duì)其他的結(jié)構(gòu)造成不良影響，甚至可以準(zhǔn)確地躲避各種機(jī)械和零件，完成相關(guān)的工作。例如在裝配生產(chǎn)中，機(jī)器人在裝卸材料時(shí)候，可以及時(shí)躲避對(duì)面飛馳而來(lái)的車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)高效率的材料傳輸。

最后，工業(yè)機(jī)器人具有非常強(qiáng)的感知功能，并且可以利用力覺(jué)和觸覺(jué)傳感器和圖像解析算法等工具，對(duì)生產(chǎn)中存在的異常情況進(jìn)行監(jiān)督，從而確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展策略

4.1 政府要發(fā)揮出服務(wù)職能

當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展越來(lái)越趨向于商品化和商業(yè)化，而且機(jī)器人在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，為其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)部門(mén)應(yīng)該制定相關(guān)的利好政策，促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展，從而為工業(yè)智能化發(fā)展提供助力。

當(dāng)前，已經(jīng)有很多對(duì)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展有利的政策，例如《中國(guó)制造2025》對(duì)未來(lái)的工業(yè)發(fā)展進(jìn)行了規(guī)劃和設(shè)計(jì)，后續(xù)還頒布了針對(duì)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的文件《關(guān)于促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》等。這些文件的頒布為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與創(chuàng)新提供了良好的環(huán)境，促進(jìn)了相關(guān)企業(yè)的發(fā)展，有利于關(guān)鍵核心技術(shù)的攻關(guān)和智能制造裝備的推廣和應(yīng)用。

相關(guān)部門(mén)應(yīng)該進(jìn)一步發(fā)揮出服務(wù)的職能，制定工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，同時(shí)還要根據(jù)實(shí)際的發(fā)展情況，制定扶持政策。在工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，政府財(cái)政應(yīng)給予一定的支持，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)模式創(chuàng)新方面，應(yīng)加大所得稅抵稅的相關(guān)力度，減輕相關(guān)企業(yè)的稅務(wù)負(fù)擔(dān)，使其有更多的資金進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。要在信貸方面對(duì)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行幫扶，設(shè)計(jì)相應(yīng)的信貸方案，對(duì)企業(yè)研發(fā)新技術(shù)和新設(shè)備進(jìn)行幫扶，促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)和智能制造裝備的進(jìn)步[3]。同時(shí)，相關(guān)部門(mén)還要制定機(jī)器人制造標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)籌規(guī)劃行業(yè)工作，從而推動(dòng)行業(yè)健康發(fā)展。

4.2 重視工藝

工業(yè)機(jī)器人在本質(zhì)上是智能化的裝備，在工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)的需要以及生產(chǎn)環(huán)境和工藝，對(duì)機(jī)器人的工作流程進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，使其發(fā)揮出應(yīng)用的價(jià)值，完成各項(xiàng)操作任務(wù)。

在具體應(yīng)用中，工業(yè)機(jī)器人需要與周邊的工作環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)，確保各項(xiàng)工作有序銜接。因此設(shè)計(jì)人員需要對(duì)機(jī)器人的內(nèi)容程序等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，確保機(jī)器人作業(yè)時(shí)可以與周?chē)ぷ髡鞠鄥f(xié)調(diào)，確保工業(yè)生產(chǎn)中的打磨、搬運(yùn)、銜接等工序以及加裝、檢測(cè)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)緊密結(jié)合，保證工作的質(zhì)量和效率。

機(jī)器人常常和其他設(shè)備共同運(yùn)行，其單一的運(yùn)行較少，因此企業(yè)在進(jìn)行機(jī)器人的設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保其自動(dòng)化的效率符合要求，對(duì)投入產(chǎn)出的比例進(jìn)行控制，還要注意無(wú)故障運(yùn)行的時(shí)間，確保機(jī)器人的型號(hào)以及性能符合生產(chǎn)的要求。

企業(yè)應(yīng)該重視工藝優(yōu)先性，對(duì)產(chǎn)出的比例進(jìn)行控制，推動(dòng)應(yīng)用集成商原則，促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人向好的方向發(fā)展。企業(yè)應(yīng)重視市場(chǎng)需求，制定機(jī)器人的應(yīng)用平衡點(diǎn)，使企業(yè)的整體收益有所提升。

4.3 構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈

在產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建中，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該促進(jìn)長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，投入更多的資金和技術(shù)，從而推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，打造高知名度、可信賴(lài)的品牌，使客戶(hù)對(duì)品牌具有較強(qiáng)的信任度。在構(gòu)建長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的時(shí)候，企業(yè)還要對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的上下游產(chǎn)業(yè)進(jìn)行詳細(xì)的了解，避免機(jī)器人的研發(fā)和相關(guān)的配套設(shè)備不匹配的情況發(fā)生，從而推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的可持續(xù)發(fā)展，確保市場(chǎng)上的機(jī)器人需求持續(xù)提升。

在機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研發(fā)中，其知名度、材料、工藝、核心部件等因素都會(huì)影響其發(fā)展，因此構(gòu)建長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，形成集成化生產(chǎn)，有利于企業(yè)對(duì)機(jī)器人的整體質(zhì)量有所保證，提升品牌影響力。例如，國(guó)外的工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行無(wú)故障運(yùn)行的時(shí)候，時(shí)間能夠大于5萬(wàn)h，8 h內(nèi)的功能工作失效率僅為0.2×10-4。當(dāng)前的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人不僅在知名度上較低，而且可靠性較差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，導(dǎo)致其在工業(yè)生產(chǎn)中無(wú)法發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。如開(kāi)關(guān)頻繁故障、轉(zhuǎn)動(dòng)速度較高的零件出現(xiàn)精度問(wèn)題、接口插件出現(xiàn)故障等情況，這些情況都會(huì)導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)的可靠性降低。因此企業(yè)應(yīng)對(duì)全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工序進(jìn)行嚴(yán)格的管理，投入大量的資金與人才，保證各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)的質(zhì)量，使機(jī)器人最終的質(zhì)量有所提高，提升其生產(chǎn)的可靠性。

4.4 促進(jìn)技術(shù)和商務(wù)的協(xié)同創(chuàng)新

在產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展中，工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)和商務(wù)協(xié)同創(chuàng)新有助于其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。因此企業(yè)需要加強(qiáng)品牌建設(shè)，借助于品牌的影響力，向社會(huì)展示機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，從而提升機(jī)器人的可靠性，使社會(huì)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的信賴(lài)程度更高。

一方面，企業(yè)應(yīng)該不斷創(chuàng)新機(jī)器人設(shè)計(jì)與研發(fā)的技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，利用新型材料，使機(jī)器人的自身重力提升，保證其荷載力，并且還要利用靈巧的機(jī)械手臂，使其能夠靈活的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)和難度更大的操作[4]。另一方面，企業(yè)還要合理利用自由導(dǎo)航技術(shù)，尋找突破自主導(dǎo)航模式的約束，使其能夠更加高效率地完成各項(xiàng)操作任務(wù)。

企業(yè)要利用人機(jī)交互技術(shù)，將其利用到機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造中，使其能夠完成示教特征，并利用視覺(jué)誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高機(jī)器人高精度操作的能力。例如，在進(jìn)行機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研發(fā)時(shí)，高精度減速器是機(jī)器人重要的零部件，但是這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于機(jī)器人的運(yùn)行有著重要的影響，我國(guó)并沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)高精度減速器。對(duì)此企業(yè)要不斷探索，對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，突破相關(guān)技術(shù)瓶頸，促進(jìn)機(jī)器人的可靠性，推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

4.5 重視相關(guān)人才的培養(yǎng)

智能化工業(yè)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型都離不開(kāi)工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，因此國(guó)家和社會(huì)十分重視相關(guān)人才的培養(yǎng)。企業(yè)作為機(jī)器人技術(shù)的主要研發(fā)單位，應(yīng)該積極和高校展開(kāi)合作，推動(dòng)以企業(yè)為主體、高校為輔助的校企合作平臺(tái)的建立。

國(guó)家應(yīng)該出臺(tái)相應(yīng)的政策，給予企業(yè)和高校合作共贏的政策條件，使企業(yè)與高校針對(duì)機(jī)器人技術(shù)展開(kāi)合作，從而促進(jìn)高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。在合作中，高校為企業(yè)提供最新的研究成果，而企業(yè)可以將最新成果買(mǎi)下來(lái)或者和企業(yè)展開(kāi)合作實(shí)現(xiàn)研究成果的產(chǎn)業(yè)化。而企業(yè)則可以建立實(shí)訓(xùn)基地，為高校培養(yǎng)學(xué)生出一份力，共同完成人才的培養(yǎng)，提高人才的素質(zhì)。高校人才畢業(yè)之后，就可以進(jìn)入企業(yè)中，一方面可以提高高校的就業(yè)率，另一方面也有利于企業(yè)獲得專(zhuān)業(yè)人才，促進(jìn)企業(yè)科研水平的提升。

廣州市金領(lǐng)技工學(xué)校智能制造系和南園集團(tuán)展開(kāi)了深入的校企合作。在合作中，雙方互相探討了關(guān)于工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)的操作與編程實(shí)踐，使教師們掌握了實(shí)踐操作能力，提升了課堂教學(xué)能力，深化了教學(xué)改革，有利于培養(yǎng)出社會(huì)需要的高質(zhì)量人才。

5 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在發(fā)展的時(shí)候具有智能化、協(xié)同化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，屬于自動(dòng)化的生產(chǎn)工具，在未來(lái)的發(fā)展中，其將會(huì)有以下3個(gè)趨勢(shì)。

第一，未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人和人類(lèi)共同完成生產(chǎn)任務(wù)的局面，技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)機(jī)器人的全面控制，從而確保生產(chǎn)的協(xié)調(diào)進(jìn)行，提升生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

第二，未來(lái)機(jī)器人將會(huì)模擬人腦進(jìn)行思考，判斷生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種意外狀況，并利用自身帶有的算法，對(duì)故障進(jìn)行分析，然后自動(dòng)解決故障[5]。

第三，未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)全新的微動(dòng)機(jī)器人，用于提高工作的精度，并改善機(jī)器人工作的環(huán)境，使機(jī)器人可以處理越來(lái)越復(fù)雜的工序，提高工作的標(biāo)準(zhǔn)性。還會(huì)研發(fā)出組合式的智能機(jī)器人，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)組裝成智能機(jī)器人，進(jìn)行更加復(fù)雜的生產(chǎn)步驟的操作，提高生產(chǎn)的效率與準(zhǔn)確性。

6結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人在信息技術(shù)的不斷發(fā)展中取得了較大的成就，并且在電焊、汽車(chē)制造等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)水平和生產(chǎn)能力提升有著不可估量的作用。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，政府應(yīng)做好政策幫扶，企業(yè)應(yīng)與高校展開(kāi)充分的校企合作，不斷投入資金和技術(shù)，提升工業(yè)機(jī)器人的制作能力，促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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