關(guān)于工業(yè)機器人的自動化生產(chǎn)技術(shù)研究

肖小康

摘 要：機器人于上個世紀六十年代問世，多年來，經(jīng)過許多科學(xué)家的研究與實踐，獲得了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。其中，工業(yè)機器人因為具有效率高而且能提高生產(chǎn)過程中的安全性等優(yōu)點，在我國許多行業(yè)尤其是勞動密集型產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文在對工業(yè)機器人的各個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行分析后，對我國各個行業(yè)中工業(yè)機器人應(yīng)用的典型案例及工業(yè)機器人未來可能應(yīng)用的范圍進行了討論。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;自動化;技術(shù)

我國在過去的幾十年間因為接收了發(fā)達國家大量的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移且勞動力充足、價格低廉，制造業(yè)迅速發(fā)展，成為了“世界工廠”。但是隨著人口紅利的消失，我國勞動力成本逐漸上升，相比于其他國家在生產(chǎn)成本方面的優(yōu)勢已經(jīng)不是很明顯了，再加上現(xiàn)在發(fā)達國家試圖通過制造業(yè)的回歸改善國內(nèi)就業(yè)、經(jīng)濟等形勢，我國制造業(yè)尤其是勞動密集型產(chǎn)業(yè)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，國內(nèi)許多行業(yè)都積極用工業(yè)機器人來逐步替換人工作業(yè)方式，以達到效率的提升和成本的下降。

一、工業(yè)機器人技術(shù)的探討

（一）工業(yè)機器人概念

美國機器人協(xié)會將工業(yè)機器人定義為：用于處理機械零件或工件的可編程多功能器械，或可通過更改程序執(zhí)行各種任務(wù)的特殊機械裝置。

（二）工業(yè)機器人構(gòu)成

一般來說，工業(yè)機器人由機械部分、傳感部分、控制部分3大部分構(gòu)成，三大部分又可以細分為機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等6個子系統(tǒng)。

1、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

工業(yè)機器人按機械結(jié)構(gòu)的不同可以分為串聯(lián)機器人和并聯(lián)機器人兩種類型。早期的工業(yè)機器人具有一個軸的運動會對另一個軸的坐標原點造成影響的特點，被稱為串聯(lián)機器人，而與此相對的并聯(lián)機器人，它的軸進行運動時并不會對其他軸產(chǎn)生影響。因此，并聯(lián)機器人在承載力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強度等方面與串聯(lián)機器人相比優(yōu)勢比較突出，此外，在位置求解上相對串聯(lián)機器人來說并聯(lián)機器人更加擅長反解，正解對它而言很不容易。

2、驅(qū)動系統(tǒng)

就目前而言，工業(yè)機器人的驅(qū)動方式主要包括液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種。

液壓驅(qū)動系統(tǒng)因為功率單元笨重、昂貴，以及有噪聲、泄露等問題，性價比不是很高，目前只在大型載重機器人和一些特殊的工業(yè)機器人等機器人的系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用;氣壓驅(qū)動系統(tǒng)具有構(gòu)造簡潔、維護方便、成本較低、速度較快等優(yōu)點，但是由于在工作時壓強太低，不容易進行精確定位，所以一般被用來驅(qū)動工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器;電機驅(qū)動系統(tǒng)是當今的主要驅(qū)動方式，可以細分為四種，每種又各有其特點，被廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。

3、感知系統(tǒng)

工業(yè)機器人的感知系統(tǒng)是機器人用來把檢測到的自身內(nèi)部環(huán)境和外部工作環(huán)境的各類信息轉(zhuǎn)化為便于自身理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。除了檢測與自身相關(guān)的數(shù)據(jù)（例如速度，距離，力等）外，機器人還可以通過視覺感知技術(shù)和周圍環(huán)境或其他物體，以控制自己的位置和做出反應(yīng)。

4、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)

機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是工業(yè)機器人用來協(xié)調(diào)其自身與外部環(huán)境設(shè)備進行工作的系統(tǒng)，工業(yè)機器人可以使用該系統(tǒng)和外部設(shè)備組裝成功能單元以執(zhí)行相應(yīng)的工作。

5、人機交互系統(tǒng)

人機交互系統(tǒng)是工業(yè)機器人與人進行互動的系統(tǒng)，人可以利用此系統(tǒng)對機器人進行控制。計算機終端、控制臺等就屬于人機交互系統(tǒng)。

6、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是根據(jù)工業(yè)機器人獲得的反饋信息和控制指令等對機器人進行支配，并使其完成任務(wù)的系統(tǒng)。

二、使用基于工業(yè)機器人的自動化技術(shù)的典型應(yīng)用情況探討

我國是一個工業(yè)生產(chǎn)大國，為了提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)過程中的安全性，各種類型的工業(yè)機器人在我國各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，為我國工業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻。工業(yè)機器人的種類分為很多種，下面舉例說明：

（一）激光加工機器人

激光加工機器人是一種用于對工件進行激光加工的機器人技術(shù)，利用離線方式編程或示教盒對激光機器人進行控制，使其自動檢測加工工件并對其進行具體加工。無論是對工件進行表面處理，還是進行磨具修復(fù)，或者是打孔，激光加工機器人都可以很好的完成。例如，大眾、通用等大型汽車公司在汽車制造過程中大量應(yīng)用激光加工機器人來進行車身切割，由于激光切割的效率性及高質(zhì)量，極大的滿足了各種客戶的多樣化需求。

（二）裝配機器人

裝配機器人可以與其他系統(tǒng)進行配套使用，而且具有精度高和柔順性好等特點，經(jīng)常被作為核心設(shè)備應(yīng)用于柔性自動化裝配系統(tǒng)中，幫助廠家進行高效、高質(zhì)量的裝配工作。例如在手機及其他各種電器的裝配工作中經(jīng)常可以看到裝配機器人對各類組件進行裝配，不僅裝配的效率和質(zhì)量較高，廠家還可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況對裝配速率進行實時調(diào)控。

（三）噴涂機器人

噴涂工作會給人體帶來許多健康方面的問題，而且噴涂工作往往強度較高，而機器人不僅不用擔心健康問題，工作效率還很高。所以，現(xiàn)在家具制作、搪瓷、汽車等行業(yè)往往會利用噴涂機器人來進行噴涂作業(yè)。而且采用密封設(shè)計手段制造的關(guān)節(jié)型噴涂機器人自由度很高，運行十分靈活，經(jīng)常被用于復(fù)雜的噴涂作業(yè)中。例如，2018年5月份，國家電網(wǎng)甘肅平?jīng)龇止驹诖罹€的過程中，首次使用噴涂機器人進行絕緣材料的噴涂，在此過程中，噴涂機器人攜帶絕緣材料沿著電纜以每分鐘兩米的速度完成噴涂作業(yè)。

（四）搬運機器人

搬運機器人在計算機的控制下具有移動、導(dǎo)航、傳感器控制等功能，能夠準確、穩(wěn)定地將貨物快速運送到目的地，在食品、醫(yī)療、紡織、煙草等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。而且，由于科技的進步，搬運機器人現(xiàn)在還常常在快遞行業(yè)、機場等進行分揀和運輸工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，搬運機器人的各項性能都在不斷提升，在未來將會得到更為廣泛的應(yīng)用 。

三、工業(yè)機器人未來應(yīng)用情況探討

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人也將不斷發(fā)展，在越來越多的領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。下面舉例說明工業(yè)機器人在未來可能會被應(yīng)用的領(lǐng)域：

（一）醫(yī)用機器人

工業(yè)機器人具有穩(wěn)定性、續(xù)航性、精確性強等特點，在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用在不久后或可以實現(xiàn)。比如說外科手術(shù)方面，可以利用計算機或外科醫(yī)生來進行主導(dǎo)，控制機器人進行手術(shù)，或者隨著科技的發(fā)展醫(yī)用機器人產(chǎn)生智能后，可擺脫對人的依賴，依靠數(shù)據(jù)庫等利用自身的優(yōu)勢自主進行手術(shù)，或許還可以比外科醫(yī)生更高效、更安全。

（二）水下機器人

未來工業(yè)機器人或許可以被應(yīng)用于復(fù)雜的水下環(huán)境，進行能源勘探、地形勘探、沉船打撈、水下救援等活動，比如說在沉船打撈方面，由于海上復(fù)雜的情況，海底存在著許多沉船，這些沉船大多數(shù)具有很高的價值，我們可以利用水下探測機器人去沉船多發(fā)地進行探測，探測到結(jié)果之后將打撈機器人派遣去打撈，這樣，不僅可以極大提高沉船打撈的效率，還可以節(jié)約大量人力成本及減少傷亡損失等。

結(jié)束語：由于人口眾多及制造業(yè)的不斷發(fā)展，我國目前已經(jīng)成為世界上最大的工業(yè)機器人市場，但是巨大的市場利潤大多數(shù)都被國外廠商所攫取，他們憑借著專利技術(shù)控制著工業(yè)機器人的價格，賺取了巨額利潤。因此，我國應(yīng)該加大在工業(yè)機器人研發(fā)領(lǐng)域的投入力度，改善面臨的不利狀況，利用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人完成效率的提升和成本的下降，促使產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，并力爭在未來工業(yè)機器人的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。

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