淺談工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

黃文俊

摘 要：隨著科技的發(fā)展和計算機的普及，計算機技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，為了更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，工業(yè)機器人應(yīng)運而生，其是計算機技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)活動的完美融合，為企業(yè)帶來了更大的利潤以及更強的市場競爭力。該文首先對機器人的國內(nèi)外發(fā)展史進行了概述，然后對工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢進行了探討，對工業(yè)機器人的技術(shù)進行了剖析，最后對工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進行了分析，力求為今后工作提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人 發(fā)展趨勢 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0110-02

工業(yè)機器人的設(shè)計與制造是一個非常復(fù)雜的過程，涉及的技術(shù)與領(lǐng)域很多，如機電、電氣、計算機、工業(yè)設(shè)計等，其是多種先進技術(shù)的有機結(jié)合體，因此工業(yè)機器人的發(fā)展離不開所涉及的各項技術(shù)的支持。為了更好地滿足人們對使用功能的要求，工業(yè)機器人不斷地向標準化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，以下對工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用進行淺析。

1 工業(yè)機器人的國內(nèi)外發(fā)展史

1.1 國內(nèi)發(fā)展史

受核心技術(shù)的限制，我國在工業(yè)機器人領(lǐng)域起步較晚，直到20世紀70年代才有企業(yè)和高校開始進行工業(yè)機器人的研發(fā)，截止到目前，已經(jīng)開展了近40年的研究，并取得了一定的成果。在早期的研究中，主要是解決國產(chǎn)化的問題，因為缺乏先進的技術(shù)和經(jīng)驗，導(dǎo)致在研發(fā)過程中出現(xiàn)各種各樣的問題，致使進度相對緩慢，隨著我國對工業(yè)機器人重視程度的提升，并將其列入國家計劃當中，工業(yè)機器人的發(fā)展速度明顯提升，尤其是在數(shù)個五年計劃中均給予工業(yè)機器人足夠的支持，為其發(fā)展提供了良好的契機。近些年來，隨著科技的發(fā)展和社會的進步，工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，并為企業(yè)帶來高額的利潤，其需求量也在不斷擴大，因此，機器人的自動化生產(chǎn)開始被引進國內(nèi)，與此同時，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備也在向自動化方向發(fā)展，這些都為工業(yè)機器人的發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的條件，目前，北京、上海、廣州等一線城市已經(jīng)具備了工業(yè)機器人的自主研發(fā)能力，并已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化， 在實際的應(yīng)用中表現(xiàn)良好。

1.2 國外發(fā)展史

工業(yè)機器人技術(shù)最為先進的國家是日本，目前，日本占據(jù)了全球工業(yè)機器人市場份額的40%左右，日本具有最為先進可靠的技術(shù)，而且已經(jīng)拓展出廣闊的市場，在全球工業(yè)機器人領(lǐng)域占有著舉足輕重的作用。日本于2004年將工業(yè)機器人的發(fā)展列入到國家發(fā)展戰(zhàn)略中，通過政府在經(jīng)濟及技術(shù)方面的支持，為日本工業(yè)機器人的發(fā)展提供了良好的外部環(huán)境。機器人的發(fā)源地是美國，其對工業(yè)機器人的研究也是最早的，經(jīng)過多年的發(fā)展，美國在工業(yè)機器人領(lǐng)域也具有更為先進的技術(shù)，并且相關(guān)的生產(chǎn)商在研發(fā)能力上較為突出，為工業(yè)機器人技術(shù)的更新和發(fā)展提供了理論與技術(shù)支持。歐洲等其他較為發(fā)達的國家，也都給予工業(yè)機器人足夠的重視，并為工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展營造出良好的氛圍。

2 工業(yè)機器人技術(shù)分析

工業(yè)機器人通常包含兩個主要部件，分別為機械主體和控制系統(tǒng)，再加上其他輔助部件共同完成工業(yè)生產(chǎn)操作，很大程度的節(jié)省了人力和物力?？刂婆c傳動系統(tǒng)是決定工業(yè)機器人性能的最為關(guān)鍵的部件，為了最大程度的提升工業(yè)機器人的準確性和可靠性，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值，需要選用優(yōu)質(zhì)的控制與傳動系統(tǒng)，并加強后期維護，及時進行相關(guān)部件的更新與升級。而在我國，對于工業(yè)機器人的核心技術(shù)還未完全掌握，很大程度上限制了我國工業(yè)機器人事業(yè)的發(fā)展。

2.1 高精度減速機

在我國工業(yè)機器人的發(fā)展歷程中，高精度減速機一直都是一道瓶頸，缺乏自主研發(fā)能力，要想制造高精度機器人就需要向國外進口高精度減速機，這樣就大大限制了我國工業(yè)機器人事業(yè)的發(fā)展。為了能盡早的實現(xiàn)高精度工業(yè)機器人的國產(chǎn)化，部分科研能力較強的高校開始致力于高精度減速機的研究和開發(fā)，并已經(jīng)將部分研究成果轉(zhuǎn)變成了相關(guān)產(chǎn)品，但是在實際的應(yīng)用過程中仍未取得理想的效果，制約高精度減速器研發(fā)的技術(shù)主要有以下幾個方面：第一，材料成型控制技術(shù)。為了更好地提升工業(yè)機器人的精確性和可靠性，需要保證減速機的減速齒輪具有足夠的耐磨性，這樣才能保證工業(yè)機器人性能的穩(wěn)定，所以，這就對減速齒輪的成型技術(shù)提出了更高的要求，并且在成型過程中要控制好各種原輔材料的比例。第二，某些特殊部件的加工工藝。在減速機的結(jié)構(gòu)中，最為復(fù)雜的部件當屬非標特殊軸承，在其生產(chǎn)過程中，間隙一定要控制在合理的范圍內(nèi)，否則將會影響減速機的性能，需要采取特殊的加工工藝才能得以實現(xiàn)，但是在國內(nèi)尚未找到合適的加工工藝，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也達不到相關(guān)標準的要求。第三，裝配技術(shù)的精密性。在實際的應(yīng)用過程中，工業(yè)機器人必須具有良好的減速效果，所以，在工業(yè)機器人的裝配過程中，需要引進高精度的裝配技術(shù)，通過精密安裝保證其具有足夠的減速性能。

2.2 電機和高精度伺服驅(qū)動器

要想實現(xiàn)高難度的操作，需要工業(yè)機器人具有足夠的控制精度，傳統(tǒng)的電機以及驅(qū)動器無法實現(xiàn)這一目標，所以需要采用專業(yè)的電機和驅(qū)動器來實現(xiàn)精準控制，國外相關(guān)的研究起步較早，目前已經(jīng)研制出專業(yè)的電機和驅(qū)動器，在保證控制精度的同時，還能實現(xiàn)節(jié)能降噪的目標，而在國內(nèi)，相關(guān)的研究才剛剛起步，尚未形成成型的產(chǎn)品，而且也缺乏專業(yè)電機和驅(qū)動器開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。下面對相關(guān)的技術(shù)進行簡要的分析：第一，伺服控制器快速響應(yīng)技術(shù)?，F(xiàn)階段，工業(yè)機器人的電機驅(qū)動主要受三個方面的影響，任何一方面都占有著舉足輕重的作用，都是不可代替的，伺服控制器快速響應(yīng)技術(shù)作為電機驅(qū)動的核心技術(shù)，很大程度上影響著電機的電流環(huán)，但是國內(nèi)由于在補償算法等方面與國外存在著較大的距離，無法通過模型對閉環(huán)進行優(yōu)化，大大影響了電機驅(qū)動的性能。第二，在線參數(shù)自整定技術(shù)。我國的自整定技術(shù)辨識功能較弱，使得工業(yè)機器人的電機和驅(qū)動的適應(yīng)能力較差，最終會影響工業(yè)機器人操作的可靠性。

3 工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢

作為一門復(fù)雜的交叉學科，工業(yè)機器人是極富科技含量的機電一體化產(chǎn)品，其涉及的技術(shù)主要有：自動化控制技術(shù)、機電技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子通信技術(shù)、新材料技術(shù)、仿生技術(shù)等，由于其涵蓋的關(guān)鍵技術(shù)較多，以下選擇幾種具有代表性的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢進行分析。

3.1 新材料技術(shù)

工業(yè)機器人的很多部件需要具有足夠的堅硬程度和耐磨程度，這樣才能保證自動控制的準確性，這就對這些部件的制造材料提出了更高的要求，尤其是在材料化學元、含量金相組織控制，以及超常規(guī)熱處理工藝方面須具有更優(yōu)質(zhì)的性能。

3.2 人工智能技術(shù)

為了更好地滿足工業(yè)自動化生產(chǎn)的需求，智能化和擬人化是工業(yè)機器人的一個重要發(fā)展方向。人工智能技術(shù)的核心就是模擬人類智能理論、方法與技術(shù)，但是以目前的科學技術(shù)水平，仍然無法徹底研究清楚人腦的運行機制，這也就給進一步提升工業(yè)機器人的智能化帶來阻礙，相信隨著科技的進一步發(fā)展，人工智能技術(shù)定能突破瓶頸，更好地應(yīng)用于工業(yè)機器人中。

3.3 新型伺服器技術(shù)

伺服器是工業(yè)機器人中最為核心的部件，其能對受控物體所處的狀態(tài)進行判斷，然后準確無誤的控制機器人下一步的動作，可見伺服器的好壞將會直接影響機器人性能的好壞，影響其使用功能的發(fā)揮。

3.4 新型減速器技術(shù)

高精度、高可靠性、高靈敏度是工業(yè)機器人未來的發(fā)展方向之一，但是現(xiàn)行的減速器卻制約了這一方向的發(fā)展，因此，進行新型減速器的研制就顯得尤為重要，我國在工業(yè)機器人減速器的研究上仍處在起步階段，還有很大的上升空間。

3.5 新型控制器技術(shù)

隨著自動化水平的提高，工業(yè)機器人的復(fù)雜程度也在顯著增強，傳統(tǒng)的單核芯片構(gòu)成以及計算方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)行設(shè)計的需求，這就要求控制器向著多核并行的方向發(fā)展，算法也要更加的智能化。

4 工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，改變了原有的生產(chǎn)方式，有效節(jié)省了人力和物力，以下對應(yīng)用數(shù)量最多的幾種機器人進行簡要介紹。

4.1 焊接機器人

因為焊接過程中會產(chǎn)生毒煙和光輻射，工作環(huán)境較差，所以，很多大型工廠引進焊接機器人進行焊接操作，其工作原理較為簡單，而且成本也不高，可以進行機電設(shè)備整機和零部件的電焊作業(yè)，其主要的優(yōu)勢體現(xiàn)在：可以保障焊接的準確性、可靠性與美觀性；大幅提升工作效率，可以實現(xiàn)24 h不間斷作業(yè)；有效改善工人的工作環(huán)境，避免長期在不良環(huán)境下工作給身體帶來傷害；可操作性強；降低人員雇傭費用，為企業(yè)節(jié)省成本；可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，節(jié)省工程占地。

4.2 裝配機器人

目前，工廠生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平不斷提高，對生產(chǎn)速度和精度的要求也不斷攀升，這就使得傳統(tǒng)的手工裝配工藝愈發(fā)不能滿足現(xiàn)行生產(chǎn)狀態(tài)的需求，裝配機器人就是在這種背景下應(yīng)運而生的，裝配機器人主要應(yīng)用于工業(yè)流水線上產(chǎn)品的組裝，一次投資，多年受益，不僅大幅節(jié)省了人力的消耗，而且還能明顯提升生產(chǎn)效率。

4.3 搬運機器人

相對于傳統(tǒng)的搬運方式，比如人工、塔吊、叉車等，在同等的環(huán)境下，搬運機器人具有更高的精度、更快的速度，以及更大的安全度。

4.4 材料加工機器人

材料加工機器人被廣泛應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域，比如切割、打磨、拋光等，其具有良好的適用性，可用于多種材料的加工，比如銅、鐵等金屬、玻璃鋼、木材等。

4.5 噴涂機器人

噴涂機器人可以實現(xiàn)全方位無死角的噴涂，可以根據(jù)客戶需求自動生成最佳解決方案，其具有如下優(yōu)點：靈活性強、自動化程度高；可以有效避免視覺誤差，保證噴涂的質(zhì)量；可以實現(xiàn)一天24 h連續(xù)作業(yè)；提升工作效率，為企業(yè)大幅節(jié)省成本。

5 結(jié)語

在我國經(jīng)濟技術(shù)快速發(fā)展進步的背影下，工業(yè)機器人的發(fā)展帶來了新的契機，尤其是國內(nèi)企業(yè)對工業(yè)機器人的需求量正逐漸增大、相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟、國家的大力支持等，都在為國內(nèi)的相關(guān)研發(fā)機構(gòu)提供便利條件。然而我國的工業(yè)機器人相關(guān)研究工作開始較晚，大量的關(guān)鍵技術(shù)欠缺，這就需要有關(guān)部門重視人才的培養(yǎng)和引進，不斷攻克工業(yè)機器人研發(fā)過程的瓶頸，盡快實現(xiàn)工業(yè)機器人的國產(chǎn)化。

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