工業(yè)機(jī)器人時代來襲

1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中最早使用機(jī)器人一詞，劇中機(jī)器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表、特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞力。它是最早的工業(yè)機(jī)器人設(shè)想。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1959年UNIMATION公司的第一臺工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。

構(gòu)造及分類

工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。

工業(yè)機(jī)器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個直角坐標(biāo)移動；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。

工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的控制機(jī)能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點到另一點的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。

工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件，通過串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中，在機(jī)器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。

此外，國際機(jī)器人工業(yè)人士曾在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_了一次工業(yè)機(jī)器人國際標(biāo)準(zhǔn)大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業(yè)機(jī)器人分為四類：順序型，這類機(jī)器人擁有規(guī)定的程序動作控制系統(tǒng)；沿軌跡作業(yè)型，這類機(jī)器人執(zhí)行某種移動作業(yè)，如焊接、噴漆等；遠(yuǎn)距作業(yè)型，比如在月球上自動工作的機(jī)器人；智能型，這類機(jī)器人具有感知、適應(yīng)及思維和人機(jī)通信機(jī)能。

智能化、仿生化是工業(yè)機(jī)器人的最高階段，隨著材料、控制等技術(shù)不斷發(fā)展，實驗室產(chǎn)品越來越多地產(chǎn)品化，逐步應(yīng)用于各個場合。伴隨移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，多傳感器、分布式控制的精密型工業(yè)機(jī)器人將會越來越多，逐步滲透制造業(yè)的方方面面，并且由制造實施型向服務(wù)型轉(zhuǎn)化。

技術(shù)特點

1.技術(shù)先進(jìn)。工業(yè)機(jī)器人集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體，通過對過程實施檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染，是工業(yè)自動化水平的最高體現(xiàn)。

2.全面升級。工業(yè)機(jī)器人具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點，是繼動力機(jī)械、計算機(jī)之后，出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，是實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化的重要手段。

3.應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。工業(yè)機(jī)器人可用于制造、安裝、檢測、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

4.技術(shù)綜合性強(qiáng)。工業(yè)機(jī)器人集中并融合了多項學(xué)科，涉及多項技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動力學(xué)及仿真、機(jī)器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計、智能測量、建模加工一體化、工廠自動化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù)，技術(shù)綜合性強(qiáng)。

應(yīng)用實例

在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。

機(jī)器人還被大量運用于條件艱苦的生產(chǎn)環(huán)境中。例如，在廣東佛山有大量的焊接機(jī)器人，除了能夠解決傳統(tǒng)焊接飛濺較多、煙塵大、環(huán)境差的問題，這種機(jī)器人的單機(jī)效率為人工的3倍，質(zhì)量一次合格率也從80%提升到99.8%。使用機(jī)器人也替企業(yè)節(jié)省了成本。佛山南海區(qū)廣工大數(shù)控裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院（下稱“廣工大研究院”）對某工廠焊接工序的自動化改造效益效果做了具體分析。如果以純?nèi)斯し绞缴a(chǎn)，10名工人的人工費、培訓(xùn)費，加上原料浪費和廢品消耗等費用，一年的成本約為955萬元。如果用兩套機(jī)器人設(shè)備實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，每年的成本約為172.4萬元，每年能節(jié)省780萬元成本。此外，兩套設(shè)備可輕松完成年產(chǎn)30萬件的焊接任務(wù)，因此設(shè)備的投入在1—2年內(nèi)可收回成本。相比瑞士ABB、德國庫卡等國際知名機(jī)器人企業(yè)，國產(chǎn)機(jī)器人具有明顯的價格優(yōu)勢。

為支持本地工業(yè)機(jī)器人的推廣和應(yīng)用，無論是對工業(yè)機(jī)器人企業(yè)，還是對采購使用本地工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的傳統(tǒng)制造業(yè)，佛山市都給予真金白銀的獎勵。比如，在佛山本地注冊的機(jī)器人企業(yè)達(dá)到規(guī)定要求的，將一次性獲得500萬元的獎勵；佛山本地傳統(tǒng)制造企業(yè)凡是采購使用本地工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的，也將獲得每臺1萬元、總額最高不超過20萬元的獎勵。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前瞻

全球諸多國家近半個世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。雖然今天的機(jī)器人還未發(fā)展到非常智能的程度，但簡單的機(jī)器工人、機(jī)器助理已經(jīng)漸漸深入工業(yè)領(lǐng)域，人們也越來越依賴先進(jìn)的科技去進(jìn)行生產(chǎn)和生活。

目前，我國也加快了發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的步伐。工業(yè)和信息化部經(jīng)過對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的調(diào)研后發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》。機(jī)器人走向智能化、全民化，即將掀起制造業(yè)的革命。由此可見，工業(yè)機(jī)器人時代正在隆重地登上中國工業(yè)發(fā)展的舞臺。

在國家政策的大力扶持下，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)必將迎來爆炸式的增長，同時新的產(chǎn)業(yè)將帶來新的就業(yè)機(jī)會。目前，爭奪機(jī)器人項目落戶已經(jīng)成為各地新興制造業(yè)掰手腕的較量。國內(nèi)制造業(yè)出于從人力成本倒逼和自動化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的需求，讓工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入爆發(fā)式增長時期，東莞、天津、昆山、青島、沈陽等地機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地如雨后春筍般崛起。

為適應(yīng)市場競爭的加劇，近年來，中國制造業(yè)正在經(jīng)歷著重要的轉(zhuǎn)變，如企業(yè)的大批量生產(chǎn)向按市場或客戶要求柔性生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，設(shè)計和控制系統(tǒng)各自獨立向設(shè)計和控制系統(tǒng)集成一體轉(zhuǎn)變，在某地生產(chǎn)向全球化采購、生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，制造工廠對質(zhì)量、成本、效率以及安全的要求也在不斷提高，可以預(yù)見的是這些轉(zhuǎn)變將推動自動化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)入新的發(fā)展階段。

當(dāng)前，國內(nèi)一些制造企業(yè)開始大量引進(jìn)自動化生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)，給行業(yè)傳遞了一個信息：智能化方式進(jìn)行生產(chǎn)的概念正在覺醒，并進(jìn)入到了上升通道之中。雖然目前很多企業(yè)所引進(jìn)的機(jī)器人還都屬于工業(yè)機(jī)器人范疇，不能算作智能機(jī)器人，但工業(yè)機(jī)器人所代表的自動化技術(shù)卻是智能化的基礎(chǔ)。自動化機(jī)器人的大量引進(jìn)對于智能化以及行業(yè)的發(fā)展都起到了推動性和示范性的作用。而這些作用將大大促進(jìn)我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

智能化制造工廠要求清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)、及時正確地搜集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)、更加合理的生產(chǎn)計劃編排與生產(chǎn)進(jìn)度等，包括從產(chǎn)品開發(fā)到設(shè)計、外包、生產(chǎn)及交付等，生產(chǎn)制造的每個階段都需要實現(xiàn)高度的自動化、智能化，并且各階段的信息高度集成是必然趨勢。以制造業(yè)自動化的廣東拓斯達(dá)為例，作為機(jī)器人系統(tǒng)集成商在自動化和“機(jī)器換人”領(lǐng)域通過中央供料系統(tǒng)、機(jī)械手，在注塑行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)“無人化工廠”和“無燈化車間”證明：“機(jī)器換人”的成功實施推動了生產(chǎn)管理、人力資源管理、信息化管理等管理方式轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新，組織更精益化、系統(tǒng)化，最終高效而有力地推動企業(yè)由“制造”向“智造”的轉(zhuǎn)型升級。

從自動化到智動化，雖然中國制造業(yè)的智能化進(jìn)程仍任重而道遠(yuǎn)，但毫無疑問，隨著世界經(jīng)濟(jì)迅速的發(fā)展與成長，智能化制造工廠將給所有產(chǎn)業(yè)帶來轉(zhuǎn)型與沖擊，也將引領(lǐng)全球制造業(yè)發(fā)展模式的前進(jìn)與革新，對于中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型來說已是必然選擇。