工業(yè)機器人的應用和發(fā)展趨勢

【摘要】隨著科技進步，工業(yè)機器人的應用也不斷增大，不同行業(yè)對于工業(yè)機器人的要求不同，因此很有必要對工業(yè)機器人進行深入的研究和分析，這將能夠很大的提高其社會生產(chǎn)效率。

【關鍵詞】工業(yè)機器人技術；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

0.引言

工業(yè)機器人出現(xiàn)于20世紀60年代，并在不斷升級發(fā)展著。由于工業(yè)機器人是結合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多門學科相互交互而形成的高新科技，在當代的研究非常的活躍。由于機器人不怕苦、不怕累，他們能夠長期從事單調、重復的體力勞動，并能夠在更復雜的領域替代人工作業(yè)。

據(jù)悉，世界工業(yè)機器人行業(yè)4大巨頭瑞士ABB、日本FANUC發(fā)那科、日本YASKAWA安川電機、德國KUKA庫卡都在中國設立了分公司，連同其他進口品牌，在中國市場的占有率達到8成以上。

作為世界上最大的制造業(yè)國家，中國市場對機器人產(chǎn)業(yè)意義重大。根據(jù)IFR（國際機器人聯(lián)盟）的研究，到2014年，全球每年新安裝工業(yè)機器人將達到16.67萬臺，屆時我國工業(yè)機器人年裝機量將超過日本，達到近3.2萬臺，將占到世界總量的20%。

1.工業(yè)機器人概念、組成、分類、技術前景

1.1 工業(yè)機器人的概念

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人。現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術制定的原則綱領行動。從工業(yè)機器人的用途而言，其主要完成的是通過計算機來控制機器人的自主自動化控制系統(tǒng)。

1.2 工業(yè)機器人的組成

工業(yè)機器人的主要是由三大部分組成：機器人主體、驅動管理、計算機控制系統(tǒng)。具體而言，機器人主體是機器人所需要的操作機械，例如機械手腕、機械臂部、行走設備等，這是構成機器人運行的主體。驅動管理部件主要功能是將計算機控制命令轉化成為機械語言，進而實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)是按照輸入流程，對驅動程序、執(zhí)行機構發(fā)出指令信息，并對其進行信息控制。

如圖1所以，機械手系統(tǒng)由三套伺服器和伺服電機組成，分別為X、Y和Z軸，控制板卡上有三路脈沖+方向輸出，可以單獨對X、Y和Z軸進行控制。其中Z軸處于垂直位置，為防止掉電在重力作用下掉下來，需使用帶抱閘的電機。

伺服驅動器工作在位置模式，以X軸為例，系統(tǒng)原理圖如圖2所示。通過脈沖控制卡的脈沖輸出來控制伺服電機，方向信號控制電機的運轉方向。 Y軸Z軸與X軸控制原理相同。

1.3 工業(yè)機器人的分類

（1）移動機器人（AGV）

移動機器人（AGV）是工業(yè)機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網(wǎng)絡交互等功能，它可廣泛應用于機械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)的柔性搬運、傳輸?shù)裙δ?，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)（以AGV作為活動裝配平臺）；同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。

（2）點焊機器人

點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產(chǎn)過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業(yè)機器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關系，向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點焊機器人單元產(chǎn)品并以焊接機器人與整車生產(chǎn)線配套形式進入中國，在該領域占據(jù)市場主導地位。

（3）激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機器人實現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統(tǒng)通過對加工工件的自動檢測，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工?？捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚怼⒋蚩?、焊接和模具修復等。

1.4 工業(yè)機器人的經(jīng)濟效益

工業(yè)機器人是現(xiàn)代工業(yè)自動化發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，它主要基于計算機自動化控制和電子物理相互結合。

采用工業(yè)機器人還有如下優(yōu)點：第一，改善勞動條件，逐步提高生產(chǎn)效率；第二，更強與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代；第三，提高零件的處理能力與產(chǎn)品質量；第四，消除枯燥無味的工作，節(jié)約勞動力；第五，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度，減少勞動風險；第六，提高機床；第七，減少工藝過程中的工作量及降低停產(chǎn)時間和庫存；第八，提高企業(yè)競爭力。

2.我國機器人技術的發(fā)展

2.1 國內(nèi)工業(yè)機器人的現(xiàn)狀

我國工業(yè)機器人起步比較晚技術與國外的相比還是有著一定的差距。雖然我國在某些關鍵技術上有所突破，但還是缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產(chǎn)權的工業(yè)機器人則很少。目前我國工業(yè)機器人技術水平不是很高，特別是在制造工藝與裝備方面，不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術有：數(shù)控機床關鍵技術與裝備、隧道掘進機器人相關技術、工程機械智能化機器人相關技術、裝配自動化機器人相關技術?，F(xiàn)已開發(fā)出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導引車等的工業(yè)機器人產(chǎn)品，主要應用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業(yè)。

2.2 制約我國工業(yè)機器人的因素

制約我國機器人技術發(fā)展的瓶頸是市場，換句話說，就是對機器人的應用需求。工業(yè)機器人發(fā)展長期以來受限于成本較高與國內(nèi)勞動力價格低廉的狀況，隨著中國經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展，近幾年的國民生產(chǎn)總值年平均增長率更是保持在9%左右，人民生活水平不斷地提高，勞動力供應格局已經(jīng)逐步從“買方”市場轉為“賣方”市場、由供遠大于求轉向供求平衡。作為制造業(yè)主力的農(nóng)民工也從早期的僅解決溫飽問題到現(xiàn)在對薪資和工作條件提出了更高的要求。這些情況使得許多勞動密集型企業(yè)為了提高勞動生產(chǎn)率所采用的增加工人數(shù)量、延長工人勞動時間的方法變得成本高昂，同時也受到法律的限制和政策的阻礙。無論是企業(yè)還是社會都認識到必須采取從改善機器設備入手，提高技術和資金的密集度來減少用工量以應對這種改變?？傊瑒趧恿^剩程度降低、單個工人成本上升、對產(chǎn)品質量更高的要求、國家對裝備制造業(yè)的重視等變化改善了機器人的使用環(huán)境，工業(yè)機器人及技術在中國已逐步得到了政府和企業(yè)的重視。隨著機器人知識的廣泛普及，人們對于各種機器人的了解與認識逐步深化，利用機器人技術提升我國工業(yè)發(fā)展水平、從制造業(yè)大國向強國轉變，提高人民生活質量成為全社會的共識。

2.3 如何解決制約我國工業(yè)機器人的因素

一是隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國機器人界要能提供質量穩(wěn)定可靠，價格適宜的各類機器人商品，要做到這一點，產(chǎn)業(yè)化是提高質量、降低成本的必由之路，是擴大市場銷售（包括出口）量的前提，而現(xiàn)時，中國機器人的產(chǎn)業(yè)化還有一段路程要走。

二是有關各方（包括主管部門和企業(yè)界）要加深工業(yè)機器人對穩(wěn)定提高工業(yè)產(chǎn)品質量和勞動生產(chǎn)率、快速滿足商品更新?lián)Q代要求的突出作用的認識。才能有決心在工業(yè)機器人這一高新技術領域采取“高投人高產(chǎn)出”的戰(zhàn)略措施。

三是要解決用好機器人的問題，主管部門除繼續(xù)鼓勵機器人研制生產(chǎn)單位和用戶緊密結合，堅持以實際應用帶動機器人技術發(fā)展的方向，使機器人發(fā)展從經(jīng)濟方面走上良性循環(huán)的道路，為建立中國自己的機器人產(chǎn)業(yè)做好準備外，在有關策上，還應該向應用機器人的企業(yè)提供支持。

2.4 我國工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢

我國機器人技術主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標是：根據(jù)2l世紀初我國國民經(jīng)濟對先進制造及自動化技術的需求，瞄準國際前沿高技術發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機器人技術領域的基礎技術、產(chǎn)品技術和系統(tǒng)技術。未來工業(yè)機器人技術發(fā)展的重點有：第一，危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人；第二，醫(yī)用機器人：主要有腦外科手術輔助機器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機器人：主要有移動機器人，網(wǎng)絡遙控操作機器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。

3.機器人發(fā)展的熱點和趨勢

在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設備已成為自動化裝備的主流 機器人發(fā)展前景及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。

目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面：

（1）機器人涂膠工作站

機器人涂膠工作站是我所機器人中心近年來研制開發(fā)的機器人應用系統(tǒng)，主要包括機器人、供膠系統(tǒng)、涂膠工作臺、工作站控制系統(tǒng)及其它周邊配套設備。為了提高系統(tǒng)的可靠性，涂膠工作站中的機器人和供膠系統(tǒng)，一般采用國外產(chǎn)品，我所根據(jù)用戶的需求，進行工作臺、控制柜及周邊配套設備的設計制造，并完成涂膠系統(tǒng)的集成。該工作站自動化程度高，適用于多品種、大批量生產(chǎn)，可廣泛地應用于汽車風擋、汽車摩托車車燈、建材門窗、太陽能光伏電池涂膠等行業(yè)。

（2）機器人焊接工作站

隨著電子技術、計算機技術、數(shù)控及機器人技術的發(fā)展，自動弧焊機器人工作站， 從60年代開始用于生產(chǎn)以來，其技術已日益成熟，主要有以下優(yōu)點：

①穩(wěn)定和提高焊接質量；

②提高勞動生產(chǎn)率；

③改善工人勞動強度，機器人可在有害環(huán)境下工作；

④降低了對工人操作技術的要求；

⑤縮短了產(chǎn)品改型換代的準備周期（只需修改軟件和必要的夾具即可），減少相應的設備投資。因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應用。該系統(tǒng)一般多采用熔化極氣體保護焊（MIG、MAG、CO2焊）或非熔化極氣體保護焊（TIG、等離子弧焊）方法。

（3）機器人自動裝箱和碼垛工作站

機器人自動裝箱、碼垛工作站是一種集成化的系統(tǒng)，它包括工業(yè)機器人、控制器、編程器、機器人手爪、自動拆/疊盤機、托盤輸送及定位設備和碼垛模式軟件等。它還配置自動稱重、貼標簽和檢測及通訊系統(tǒng)，并與生產(chǎn)控制系統(tǒng)相連接，以形成一個完整的集成化包裝生產(chǎn)線。

4.結語

工業(yè)機器人的市場競爭日趨激烈，我國制造業(yè)面臨著與國內(nèi)外的高科技相互競爭、發(fā)展的要求，必須要加快工業(yè)機器人的研究和開發(fā)。因此我國工業(yè)機器人行業(yè)必須要認識到以下幾點：

（1）工業(yè)機器人是我國從制造業(yè)大國發(fā)展到強國的必經(jīng)階段，只有通過自主創(chuàng)新和不斷研發(fā)，參考國外先進的經(jīng)濟，我國才能真正將工業(yè)機器人變成我國的科技核心產(chǎn)業(yè)。

（2）在國家的科技發(fā)展計劃中，我國應當對于智能機器人研究和開發(fā)提供大力支持，并推動行業(yè)的不斷發(fā)展，通過經(jīng)濟、行政等手段鼓勵行業(yè)的快速前進。