工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用

劉緒樂

【摘要】隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，其在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越頻繁，而工業(yè)機器人的發(fā)明則將計算機技術(shù)完美的應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中。對于工業(yè)機器人，其經(jīng)歷了較長時間的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中，為人類的發(fā)展創(chuàng)造了巨大的價值。本文對工業(yè)機器人的發(fā)展進行了簡單的介紹，并對未來工業(yè)機器人的市場需求進行了深層次的分析。本文對未來工業(yè)機器人的發(fā)展方向進行了簡單的分析。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機器人；市場需求；關(guān)鍵技術(shù)；問題

工業(yè)機器人制造和發(fā)展的過程中涉及到的技術(shù)和領(lǐng)域非常多，包括機械、電子和計算機等，通過多種高新技術(shù)的整合形成的一種綜合式的研究領(lǐng)域，因此，工業(yè)機器人在發(fā)展的過程中對所有涉及到的科學(xué)領(lǐng)域都一定的聯(lián)系。隨著工業(yè)機器人發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化等成都越來越高，其在使用的過程中能夠滿足人們的更多需求，本文對工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用進行了簡單的分析。

1、機器人發(fā)展歷程

1.1 國內(nèi)發(fā)展史

我國的工業(yè)機器人起步較晚，大概在上世紀(jì)70年代才開始進行工業(yè)機器人的研究，到目前為止，我國的工業(yè)機器人發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的時間。對于工業(yè)機器人的前期研究，其主要是自主研發(fā)，在這一過程中面臨的問題較多，導(dǎo)致發(fā)展較為緩慢，隨后我國將其列入到我國的國家計劃中，發(fā)展速度開始加快，特別是幾個五年計劃中對工業(yè)機器人發(fā)展的技術(shù)支持，為我國的工業(yè)機器人發(fā)展提供了充足的動力。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的工業(yè)機器人生產(chǎn)和制造逐漸為用戶帶來了巨大的經(jīng)濟效益，而機器人的自動化生產(chǎn)也逐漸被引進我國，國內(nèi)的各行各業(yè)也在逐漸將生產(chǎn)設(shè)備向著自動化技術(shù)前進，這都為我國的工業(yè)機器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。截止到目前，我國的北進和上海等城市已經(jīng)擁有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人產(chǎn)品，一些產(chǎn)品已經(jīng)投入了市場，為我國的工業(yè)機器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

1.2 國外發(fā)展史

世界上工業(yè)機器人發(fā)展最先進的國家是日本，在當(dāng)前，全球大約有40%的工業(yè)機器人來源于日本，其不論是在工業(yè)機器人的技術(shù)含量以及市場的發(fā)展中都具有非常大的優(yōu)勢，占據(jù)著世界機器人市場的最大份額。在2004年，日本將工業(yè)機器人的發(fā)展列入到國家的新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中，隨后又在其他的發(fā)展戰(zhàn)略中將工業(yè)機器人發(fā)展列入其中，通過日本政府的重視，日本的工業(yè)機器人發(fā)展具有非常好的技術(shù)和經(jīng)濟等支持，為日本的工業(yè)機器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部條件。此外，還有機器人的誕生地美國，其對機器人的研究最早，經(jīng)過40多年時間的發(fā)展，美國的工業(yè)人機器人已經(jīng)具有非常雄厚的資金和技術(shù)支持，國內(nèi)的工業(yè)機器人生產(chǎn)商具有較高的科研能力，為美國工業(yè)機器人的發(fā)展提供了有力的技術(shù)和資金支持，其他的像西方的發(fā)達國家，其對工業(yè)機器人的發(fā)展都具有相當(dāng)高的重視，這為其國內(nèi)的工業(yè)機器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的氛圍。

2、工業(yè)機器人發(fā)展趨勢和特點

對于工業(yè)機器人，其主要是為了滿足制造生產(chǎn)的高效和高精度，為此，未來的工業(yè)機器人發(fā)展將逐漸向著高速、高精和智能化等方向發(fā)展，通過日本的機械學(xué)會對工業(yè)機器人的發(fā)展研究得知，隨著工業(yè)機器人的精度設(shè)計水平提高，其將會向著重復(fù)定位精度方向發(fā)展，這為工業(yè)機器人的應(yīng)用創(chuàng)造了非常大的優(yōu)勢。此外，各種新材料的開發(fā)和利用也使得工業(yè)機器人能夠不斷減輕自身的重量，為其應(yīng)用提供更加便利的條件，下面對工業(yè)機器人的技術(shù)特點進行了簡單的介紹：

首先是工業(yè)及其熱的精密化和柔性化等特點，工業(yè)機器人在開發(fā)和使用的過程中涉及到的技術(shù)種類較多，為了保證工業(yè)機器人的快速發(fā)展，需要通過有效的技術(shù)檢測來對工業(yè)機器人的管理進行優(yōu)化調(diào)度和控制等，實現(xiàn)工業(yè)機器人的品質(zhì)和產(chǎn)量雙增加。此外，隨著當(dāng)前可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展理念的盛行，工業(yè)機器人的發(fā)展也將逐漸向著低能耗、無污染的方向前進，著將是為來工業(yè)機器人的發(fā)展最高水平。

然后是工業(yè)機器人的自動化成套裝備，其在生產(chǎn)的過程中更加注重產(chǎn)品的精細化加工和生產(chǎn)，隨著我國工業(yè)機器人的發(fā)展，其逐漸向著高智能化的方向前進，從而實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化和數(shù)字化等特點。

然后是工業(yè)機器人以及成套的自動化設(shè)備，這是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，像制造業(yè)中的生產(chǎn)、安裝和檢測等都對其具有較高的技術(shù)要求，且這些設(shè)備廣泛應(yīng)用在汽車的整體以及單個零件的生產(chǎn)中，此外還有軍工和金融等多個行業(yè)。

3、國際市場需求分析

根據(jù)IFR的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得知，工業(yè)機器人的生產(chǎn)和銷售目前已經(jīng)達到了一個非?？捎^的水平，在2008年，全球的工業(yè)機器人安裝就達到了11.3萬套，而對應(yīng)的銷售額也達到了62億美元的總體水平，大約占據(jù)了整體市場容量的三分之一左右。隨后，每年的工業(yè)機器人生產(chǎn)和安裝也在逐漸增加，除了2008年和2009年金融危機的影響，后續(xù)幾年工業(yè)機器人的生產(chǎn)和銷售額都在穩(wěn)步增長中。對于我國當(dāng)前的工業(yè)機器人生產(chǎn)、制造和銷售，僅僅有30%是國產(chǎn)的工業(yè)機器人，而其他的市場份額幾乎被美日德等發(fā)達國家占據(jù)完全，通過對我國工業(yè)機器人的市場進行調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國的工業(yè)機器人市場需求是非常大的。在國際市場上，我國是工業(yè)機器人進口最大的國家之一，且我國的工業(yè)機器人發(fā)展速度也是非?？斓?。隨著工業(yè)機器人技術(shù)的不斷成熟，國際上也出現(xiàn)了一批具有高端技術(shù)的工業(yè)機器人生產(chǎn)廠家，像KUKA和ABB等，這些工業(yè)機器人生產(chǎn)商的技術(shù)水平非常高，在國際市場 上占有非常高的地位。

通過對工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢進行研究可以發(fā)現(xiàn)，其在制造業(yè)中的應(yīng)用具有非常廣闊的前景，像機械加工和焊接等操作匯總，機器人的使用能夠大大提高施工水平，且產(chǎn)品的質(zhì)量也非常高，避免了人工操作過程中可能出現(xiàn)的各種失誤。通過工業(yè)機器人的生產(chǎn)和發(fā)展，其大大推動了世界工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。像產(chǎn)線的裝配機器人，其在自動化裝配產(chǎn)線中的應(yīng)用減少了工人的勞動強度，減少了生產(chǎn)過程中的人工成本，為企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了更大的價值。

4、工業(yè)機器人技術(shù)分析

對于常規(guī)的工業(yè)機器人來說，其組成部分主要包括機械主體和控制系統(tǒng)等，通過這幾個基本的組成部分就能夠?qū)崿F(xiàn)一些常規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)操作。對于工業(yè)機器人來說，其中的控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)等對其具有決定性的影響，為了保證工業(yè)機器人的高精度生產(chǎn)和高性能運行以及穩(wěn)定的操作等，需要對工業(yè)機器人的這些系統(tǒng)進行有效的控制。在當(dāng)前，我國的工業(yè)機器人研究對其中的關(guān)鍵性技術(shù)仍然沒有完全掌握和開發(fā)，這對我國的工業(yè)機器人發(fā)展具有非常大的限制。

4.1高精度減速機

在當(dāng)前我國的工業(yè)機器人發(fā)展中，高精度機器人的關(guān)節(jié)減速器大部分都是依賴國外的廠家提供，這對我國的工業(yè)機器人發(fā)展是一項嚴(yán)重的限制。為了更好的實現(xiàn)我國工業(yè)機器人的國產(chǎn)化，我國的部分高校開始致力于高精度擺線針輪減速機的開發(fā)和研究，到目前為止，我國已經(jīng)研究出了能夠替代諧波減速機的相關(guān)產(chǎn)品，但由于我國的相關(guān)技術(shù)還不完善，高精度減速機的研制過程中還存在著一些技術(shù)問題，下面對其進行了簡單的分析：

首先是材料的成型控制技術(shù)，為了保證工業(yè)機器人的正常使用，需要對其RV減速機的減速齒輪進行高耐磨等性能的提高，這樣才能保證工業(yè)機器人的高精度，因此，對于RV減速機的相關(guān)材料具有非常高的要求，這體現(xiàn)在材料化學(xué)中的各種構(gòu)成材料含量等的控制方面。然后是對于一些特殊部件的加工技術(shù)，對于RV減速機，其中的非標(biāo)特殊軸承是最為復(fù)雜的組成元件之一，在生產(chǎn)的過程中需要保證其間隙的準(zhǔn)確性，這就要求對該器件的生產(chǎn)采用一些特殊的生產(chǎn)模式，但在當(dāng)前我國還沒有找到最佳的生產(chǎn)方法。然后是裝配技術(shù)的精密性，對于工業(yè)機器人，其在使用的過程中具有較大的減速效果，因此，在進行實際的裝配時需要結(jié)合當(dāng)前的精密裝配技術(shù)來實現(xiàn)工業(yè)機器人的精密裝配，保證其良好的減速效果，通過對RV輸出軸側(cè)隙的零標(biāo)準(zhǔn)控制，使工業(yè)機器人具有較好的靜剛度。

4.2電機和高精度伺服驅(qū)動器

對于工業(yè)機器人，其在使用的過程中需要具有較高精度的控制，而傳統(tǒng)的電機和驅(qū)動器很難滿足這一要求，為此需要采用專業(yè)的電機和驅(qū)動器來實現(xiàn)對工業(yè)機器人的精確控制。在國外的工業(yè)機器人生產(chǎn)中，以及設(shè)計制造了專業(yè)的電機和驅(qū)動器設(shè)備，其能夠保證工業(yè)機器人的高效節(jié)能和低噪音等效果。而在我國國內(nèi)的工業(yè)機器人制造和生產(chǎn)中，還沒有專門的高性能電機和伺服器制造企業(yè)，主要是其中的關(guān)鍵技術(shù)沒有掌握，下面對其進行了簡單的介紹：首先是伺服控制器的快響應(yīng)技術(shù)，在當(dāng)前的工業(yè)機器人電機驅(qū)動中主要是由三個方面控制的，每一部分對工業(yè)機器人的電機驅(qū)動都有非常重要的影響，像驅(qū)動器內(nèi)環(huán)的深度等，其是影響工業(yè)機器人電機驅(qū)動的關(guān)鍵性技術(shù)，對電機的電流環(huán)具有直接的影響，但由于我國的電流環(huán)在干擾觀測和前饋補償算法等方面的設(shè)計存在著較大的差距，導(dǎo)致其內(nèi)部的預(yù)測模型無法實現(xiàn)對閉環(huán)的優(yōu)化。此外，還有在線參數(shù)的自整定技術(shù)辨識功能較差等都對我國的工業(yè)機器人電機和驅(qū)動具有較大的影響。

5、總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的工業(yè)機器人發(fā)展迎來了一個新的發(fā)展機遇，特別是企業(yè)對工業(yè)機器人的需求增加，國內(nèi)的工業(yè)機器人發(fā)展技術(shù)不斷成熟以及國家的大力支持等，這些都為我國的工業(yè)機器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。但由于我國的工業(yè)機器人起步較晚，很多的核心技術(shù)還沒有完全掌握，因此，相關(guān)部門需要加快對我國工業(yè)機器人發(fā)展的人才支持，促進我國的工業(yè)機器人的研究和發(fā)展。

參考文獻

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