淺談智能制造與新一代機(jī)器人技術(shù)

彭惠平

【摘 要】社會進(jìn)步的同時(shí)，各種科學(xué)技術(shù)也在不斷地發(fā)展、強(qiáng)化，隨著現(xiàn)代制造工藝及信息技術(shù)水平的提高，圖像處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)也隨之進(jìn)步與完善，智能優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，最終將多種高端技術(shù)融合在一起，形成新一代智能機(jī)器人。智能機(jī)器人具有先進(jìn)的分析系統(tǒng)，可以自動(dòng)進(jìn)行多種操作。文章以智能機(jī)器人作為主要研究內(nèi)容，對其目前存在的問題進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】智能制造；新一代機(jī)器人；技術(shù)

【中圖分類號】F426.6；TP242【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）05-0095-02

邁入新世紀(jì)，社會進(jìn)入信息化及科學(xué)化時(shí)代。智能化是信息技術(shù)發(fā)展到更高級階段的主要表現(xiàn)形態(tài)，并且隨著研究人員對基因及腦神經(jīng)等科學(xué)知識的不斷深入研究，使生物科技得到極大發(fā)展，智能科學(xué)技術(shù)正在推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)向前發(fā)展，并且為現(xiàn)代制造及信息技術(shù)領(lǐng)域提供了多種新的應(yīng)用技術(shù)，例如計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器人規(guī)劃等。隨著技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣，新一代技術(shù)成果——智能機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。智能機(jī)器人具有可以與人類大腦相同作用的處理器，并且其功能實(shí)現(xiàn)與操作的人員有著密切關(guān)系。

1 智能機(jī)器人的發(fā)展

目前，我國已經(jīng)將機(jī)器人作為國家發(fā)展的主要戰(zhàn)略，并且在“工業(yè)4.0”體系中起到了非常重要的支撐作用，但同時(shí)也存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)器人屬于“三高”產(chǎn)品，即技術(shù)應(yīng)用程度高、所需人才質(zhì)量高及資金使用效率高。目前，“三高”技術(shù)的整體市場產(chǎn)出率較低，影響了機(jī)器人的推進(jìn)及發(fā)展。市場對機(jī)器人的需求范圍較廣，例如“3C”行業(yè)需要操作靈巧的機(jī)器人，大型制造業(yè)則需要?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度較高的機(jī)器人。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人的協(xié)調(diào)發(fā)展，提高作業(yè)水平。在非工業(yè)領(lǐng)域中，機(jī)器人使用的方向?yàn)榉?wù)、養(yǎng)老、航空及水下作業(yè)等。在一些惡劣工作環(huán)境下，機(jī)器人替代人類起到了巨大的作用[1]。

2 智能技術(shù)對智能制造的作用

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要不斷地對工業(yè)技術(shù)進(jìn)行升級與改造，每一輪工業(yè)革命都會對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生促進(jìn)作用，而工業(yè)革命的基礎(chǔ)便是科技水平的提升。因此，為保證經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，需要保證信息技術(shù)及人工智能等技術(shù)的有效應(yīng)用。

（1）在最近的幾十年，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展，信息行業(yè)得到飛速發(fā)展，并且芯片技術(shù)和通信技術(shù)也得到飛速發(fā)展，各種信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破，并且體現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢。

（2）數(shù)字化技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)已經(jīng)逐步被應(yīng)用在社會的各個(gè)領(lǐng)域，信息技術(shù)正式邁入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，進(jìn)一步推動(dòng)信息技術(shù)革命[2]。

（3）系統(tǒng)集成式創(chuàng)新屬于一種新的創(chuàng)新方式，即通過多種信息技術(shù)及工具，對創(chuàng)新要素及內(nèi)容進(jìn)行選擇，形成更加集成化的優(yōu)勢。集成創(chuàng)新的主要特點(diǎn)為靈活性，但需要加強(qiáng)產(chǎn)品的多樣化及質(zhì)量。集成創(chuàng)新的主要目的是將所有要素集結(jié)在一起，從而占據(jù)更多市場份額，為自身謀取更大的經(jīng)濟(jì)利益。具體產(chǎn)品如智能手機(jī)、電動(dòng)汽車等。

（4）近年來，人工智能技術(shù)得到快速發(fā)展，無論在數(shù)量還是質(zhì)量上都有較大提高，機(jī)械人的學(xué)習(xí)能力及所能執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜程度也日益提高。人工智能技術(shù)的發(fā)展及普及，使我國的工業(yè)水平達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)，它也是今后數(shù)十年我國需要重點(diǎn)發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)[3]。

3 智能制造技術(shù)的結(jié)構(gòu)

3.1 智能制造技術(shù)

智能制造技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)模擬人類分析及推理等的一系列操作。將這些智能活動(dòng)與智能機(jī)器人融合在一起，并且貫穿在多種智能活動(dòng)及企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，可以實(shí)現(xiàn)整體制造行業(yè)的高度集成化發(fā)展，也可以將多種腦部活動(dòng)進(jìn)一步地延伸，有效替代腦力勞動(dòng)，節(jié)省人力資源。此外，將制造業(yè)的專家信息錄入其中，還能大大提高生產(chǎn)效率[4]。

3.2 智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能制造系統(tǒng)主要分為3個(gè)內(nèi)容，分別為生命周期、系統(tǒng)層級及智能功能。智能制造系統(tǒng)的主要作用是對智能制造體系結(jié)構(gòu)及框架進(jìn)行研究；生命周期是生產(chǎn)、銷售等價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)的集合；系統(tǒng)的層級分為設(shè)備層、控制層及系統(tǒng)層，智能制造的系統(tǒng)層級可以體現(xiàn)系統(tǒng)的智能化及協(xié)議化程度，并且使網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)扁平化的發(fā)展趨勢；智能功能可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成及信息的融合[5]。

4 新一代機(jī)器人技術(shù)

新一代機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人相比，具有一定的適應(yīng)能力及智能程度，屬于智能設(shè)備的一種，其本身的主要工作原理為通過傳感器適應(yīng)已知環(huán)境，然后分配任務(wù)，開展作業(yè)。對于智能機(jī)器人來說，需要具備感覺要素、運(yùn)動(dòng)要素及思考要素。感覺要素屬于接觸型傳感器，可以發(fā)揮人類眼、口等功能，在實(shí)際應(yīng)用的條件下，通過超聲波傳感器及圖像傳感器等電子元件實(shí)現(xiàn)各種操作。運(yùn)動(dòng)要素需要智能機(jī)器人具有軌道性的移動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)平地及臺階等不同的地理運(yùn)動(dòng)環(huán)境，并且在輪子及支腳吸盤的作用下，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，同時(shí)在運(yùn)動(dòng)過程中對移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，例如位置控制、力度控制及混合控制等。智能機(jī)器人的思考要素是最關(guān)鍵的，也是需要賦予機(jī)械人的必備要素，智能機(jī)器人具備思考要素就可以進(jìn)行邏輯分析及判斷等一系列智力活動(dòng)，這些智力活動(dòng)也是信息處理的整個(gè)過程，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。智能機(jī)器人根據(jù)智能程度可以分為多種類型，例如傳感型機(jī)器人、交互型機(jī)器人、自主型機(jī)器人等。傳感型機(jī)器人沒有相應(yīng)的智能系統(tǒng)，只能簡單地通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)及感應(yīng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用多種傳感信息，對其中的各類信息進(jìn)行處理，達(dá)到控制及操作的目的，也可以通過外部計(jì)算機(jī)上的處理單元，借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)痕跡信息獲取及姿態(tài)調(diào)整。交互型機(jī)器人可以利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與操作員的溝通，然后達(dá)到操控機(jī)器人的目的，并且機(jī)器人具有一定的處理問題的能力，具備自動(dòng)移動(dòng)及躲避等功能，但是仍然受到外部計(jì)算機(jī)的控制。在自主型機(jī)器人設(shè)計(jì)完成后，不需要人工干預(yù)，可以自動(dòng)在多種環(huán)境中完成任務(wù)，并且其本身具有感知及處理能力，可以自主獨(dú)立地進(jìn)行各種操作。全自主移動(dòng)機(jī)器人的主要特點(diǎn)為具備自主性及適應(yīng)性，自主性指在一定環(huán)境下，不受外界干預(yù)的同時(shí)可以自主執(zhí)行任務(wù)，其適應(yīng)性較強(qiáng)，可以自主識別及對周圍物體進(jìn)行測量，然后根據(jù)環(huán)境變化，不斷調(diào)整自身的工作參數(shù)，并且能處理緊急事件[6]。

在新一代機(jī)器人核心技術(shù)中，主要應(yīng)用的技術(shù)有5種。

（1）傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)的主要作用為通過傳感器明確自身的情況及外部環(huán)境。

（2）伺服技術(shù)。作為智能機(jī)器人的伺服系統(tǒng)，機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)是由液壓泵、運(yùn)動(dòng)控制器組成。

（3）控制技術(shù)?？刂萍夹g(shù)可以在復(fù)雜的工作環(huán)境中將已經(jīng)分配的工作轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，這是我國重點(diǎn)發(fā)展的控制技術(shù)之一。

（4）交互技術(shù)。交互技術(shù)是一種通過極速三級實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面交互的技術(shù)。

（5）網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。機(jī)器人互聯(lián)所形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以幫助機(jī)器人分工協(xié)作，使生產(chǎn)效率得到提高。

5 結(jié)語

從目前情況看，隨著智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)形成以傳感器及自動(dòng)化生產(chǎn)線為主的智能制造裝備體系，但是它仍具有一定的缺陷，例如創(chuàng)新技術(shù)較弱及核心競爭能力不足等。智能制造是我國未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢，因此要積極發(fā)展新一代智能機(jī)器人技術(shù)，促進(jìn)制造業(yè)加快轉(zhuǎn)型，減少能源消耗，提高產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李華翔.智能制造人才培養(yǎng)正當(dāng)時(shí)——華中數(shù)控“智能制造人才培養(yǎng)研討會”活動(dòng)紀(jì)實(shí)[J].世界制造技術(shù)與裝備市場，2016（1）：30-31.

[2]宋天虎，劉永華，陳樹君，等.關(guān)于機(jī)器人焊接技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用之探討[J].焊接，2016（8）：1-10.

[3]佟曉輝.中國熱協(xié)赴歐洲考察熱處理智能制造與機(jī)器人先進(jìn)技術(shù)考察團(tuán)報(bào)告[J].熱處理技術(shù)與裝備，2016，37（6）：80-84.

[4]楊海成.全面認(rèn)識“互聯(lián)網(wǎng)+”，大力推進(jìn)智能制造[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2015（4）：12-14.

[5]張華增，張馳，張杰，等.基于Maxwell的感應(yīng)式球形電機(jī)設(shè)計(jì)與分析[J].微特電機(jī)，2017，45（6）：54-56，61.

[6]王瑩.眾廠商談智能制造的技術(shù)市場動(dòng)向[J].電子產(chǎn)品世界，2016，23（Z1）：13-18，20.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]