工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用研究

王群亮

摘 要：本文從工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀入手，針對工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展特點(diǎn)提出幾點(diǎn)建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)；機(jī)器人；技術(shù)發(fā)展；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.062

1 引言

隨著我國周邊國家制造業(yè)的不斷崛起，我國在制造業(yè)方面不再占據(jù)優(yōu)勢，因此，面對新的發(fā)展形勢與發(fā)展任務(wù)，建立一個集標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為一體的新型的制造體系已經(jīng)迫在眉睫，所以說，對于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，相信在不遠(yuǎn)的未來，工業(yè)機(jī)器人必將成為推動我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要力量。

2 機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀分析

早在20世紀(jì)50年代，美國就已經(jīng)研制出了第一臺工業(yè)機(jī)器人，作為在研發(fā)技術(shù)遙遙領(lǐng)先的科技強(qiáng)國，美國在長達(dá)四十年的時間里始終在工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。與美國相比，素有機(jī)器人王國之稱的日本工業(yè)機(jī)器人發(fā)展速度十分迅速，全世界大概有70%的機(jī)器人生產(chǎn)于日本，日本的工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)在世界上取得了領(lǐng)先優(yōu)勢。半個多世紀(jì)以來，伴隨著自動化技術(shù)，傳感器技術(shù)以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多國家都已經(jīng)建立了完善的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系，我國為了縮小與發(fā)達(dá)國家之間的距離，逐漸將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提升到了國家戰(zhàn)略層面，特別是在新一輪的科技浪潮背景下，我國政府加大了對工業(yè)機(jī)器人的投資力度，到2013年為止，我國工業(yè)機(jī)器人的銷量第一次超過日本，一躍成為工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)銷大國，近年來，我國加大了對工業(yè)機(jī)器人的關(guān)注力度，在生產(chǎn)和研發(fā)環(huán)節(jié)上逐漸形成了一套完善的體系，截止到目前為止，北京以及上海等城市已經(jīng)率先掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的發(fā)展與市場投放使我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邁向了新的臺階。

3 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)分析

3.1 高精度的減速機(jī)

目前，高精度機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器產(chǎn)品百分之七十五的市場被Nabtesco和HarmonicDrive公司壟斷，國內(nèi)部分廠家以及研發(fā)單位將高精度擺線針輪減速機(jī)作為產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品進(jìn)行研究，在諧波減速機(jī)方面，我國已經(jīng)生產(chǎn)出相應(yīng)的替代品，但是與日本相比，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)速的輸入、強(qiáng)度的扭轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)動方面的精度以及效率上依舊存在不小的差距。

高精度減速機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

3.1.1 材料成型控制技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)RV減速機(jī)的減速齒輪的耐磨性，確保減速齒輪的高剛性，只有這幾個方面有了保障才能確保機(jī)器人的高精度，因此，在生產(chǎn)RV減速機(jī)的過程中要對基本部件的化學(xué)元素、材料的含量以及金相組織加強(qiáng)控制，提升超長規(guī)熱處理工藝質(zhì)量，從而確保材料的使用質(zhì)量。

3.1.2 特殊部件的加工工藝

特殊軸承的加工工藝是一項極為精密復(fù)雜的工作，作為RV減速機(jī)的重要結(jié)構(gòu)之一，為了使機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，其間隙要根據(jù)零部件尺寸進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)薄壁角接觸球軸承的游隙為零。

3.1.3 精密裝配技術(shù)

RV減速機(jī)在工業(yè)機(jī)器人上具體應(yīng)用時，由于減速較大，其特點(diǎn)呈現(xiàn)出了微進(jìn)給、無側(cè)隙、剛性高、承載較大扭矩等現(xiàn)象，因此要結(jié)合現(xiàn)場的檢測技術(shù)，利用精密的裝配技術(shù)和工具，保證其輸出軸的側(cè)面縫隙為零，靜剛度額定。

3.2 電機(jī)和高精度伺服驅(qū)動器

高精度伺服電機(jī)和驅(qū)動器研制包括以下技術(shù)：

3.2.1 快響應(yīng)伺服控制技術(shù)

截止到目前為止，工業(yè)機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動主要由三方面進(jìn)行控制，一個是位置環(huán)，要通過對電流環(huán)的干擾觀測以及前饋補(bǔ)償算法，建立電機(jī)內(nèi)部預(yù)測模型，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人內(nèi)部的閉環(huán)優(yōu)化，確保電機(jī)的快速響應(yīng)。

3.2.2 在線參數(shù)自整定技術(shù)

對于伺服系統(tǒng)來說，這項技術(shù)主要是為了幫助機(jī)器人完成辨識功能，包括關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)換以及參數(shù)整定等。算法優(yōu)化可以讓伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動辨別功能，根據(jù)不同的工況完成參數(shù)的自適應(yīng)性調(diào)整。

3.3 機(jī)器人控制系統(tǒng)

機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)控制系統(tǒng)對于實(shí)時性具有較高的要求，目前機(jī)器人的運(yùn)動控制卡都是專門定制，與實(shí)時操作系統(tǒng)進(jìn)行配合，有效地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸以及系統(tǒng)精確性和穩(wěn)定性。目前工業(yè)機(jī)器人通用的操作系統(tǒng)的消息處理機(jī)制在操作過程中難以滿足高穩(wěn)定性以及快速響應(yīng)的需求，實(shí)時性必然也會大大降低，在一定程度上也影響了工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路。

4 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢和特點(diǎn)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人逐漸朝著高速度、高精度、重載化、輕量化和智能化的方向發(fā)展。08年日本機(jī)械學(xué)會從技術(shù)的角度對工業(yè)機(jī)器人發(fā)展進(jìn)行了分析和預(yù)測，根據(jù)對機(jī)器人的平均功率、密度、精度以及智能化水平等重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行檢測，雖然工業(yè)機(jī)器人對設(shè)計的絕對精度具有十分高的要求，但是在不斷的改進(jìn)與實(shí)踐過程中，機(jī)器人設(shè)計的絕對精度會逐漸接近于機(jī)器人的重復(fù)定位精度，設(shè)計機(jī)器人的材料性能逐漸提升，能夠有效的減輕驅(qū)動器的質(zhì)量進(jìn)一步提升機(jī)器人驅(qū)動器的剛度，同時工業(yè)機(jī)器人的伺服電機(jī)與驅(qū)動器的平均功率比密度也會因此而得到提升，所以說，在不久的將來，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展將具有以下特點(diǎn)：

1）工業(yè)機(jī)器人在不斷的發(fā)展過程中將通過對工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的全過程的檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度與管理決策提升自身質(zhì)量與品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境的污染與能源消耗，實(shí)現(xiàn)集精密性、柔性化、智能化等眾多技術(shù)為一體的多功能性的機(jī)器人。

2）工業(yè)機(jī)器人與自動化成套裝備是生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，具有精細(xì)化加工以及柔性生產(chǎn)等重要特點(diǎn)，是在動力機(jī)械的研究以及計算機(jī)技術(shù)發(fā)展之后的新型生產(chǎn)工具，同時也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化、自動化以及網(wǎng)絡(luò)智能化的重要方式。工業(yè)機(jī)器人與自動化成套裝備能夠應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品制造、安裝以及檢測和物流等眾多生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對于汽車制造行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)、軌道交通行業(yè)、低壓電器行業(yè)具有十分重要的作用。

3）工業(yè)機(jī)器人與自動化成套技術(shù)將多種學(xué)科融合到了一起，技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域涉及廣泛，其中包含工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、有限元的分析技術(shù)、激光的加工技術(shù)、以及物流的精細(xì)化制造技術(shù)等等，具有較強(qiáng)的綜合性特點(diǎn)。

5 結(jié)語

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級和勞動力成本的上漲，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用越發(fā)普遍，相信在不久的未來，我國工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)將會取得突破性的進(jìn)展，登上世界舞臺。

參考文獻(xiàn)：

[1]駱敏舟.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機(jī)械制造.