工業(yè)機(jī)器人中的自動化生產(chǎn)技術(shù)分析

屈利齋

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人逐步進(jìn)入人們視線，其向智能化方向逐步進(jìn)行，這使得工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐步成為一種高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)。本文主要介紹了工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)特征優(yōu)勢，并針對性地分析了工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)，同時也分析了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;自動化;應(yīng)用

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0212-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，成為航空、工業(yè)制造及自動化生產(chǎn)的重要機(jī)電設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人，已被人們廣泛接受，其中一些高危行業(yè)更是希望工業(yè)機(jī)器人代替人類完成工作。就工業(yè)機(jī)器人而言，它是一種集中了機(jī)械、電子、計算機(jī)等技術(shù)的現(xiàn)代化設(shè)備，也是一種由操作機(jī)和控制器等共同構(gòu)成的傳感裝置，可以實現(xiàn)自動控制的現(xiàn)代化設(shè)備。近些年來，該技術(shù)也在進(jìn)一步突破，對生產(chǎn)制造方面有很大的積極作用，是工業(yè)生產(chǎn)中的重要技術(shù)之一。

1 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及特征

通常來說，在工業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，工業(yè)機(jī)器人主要分為具有高度自由的機(jī)器人和關(guān)節(jié)較多的機(jī)械手臂，后者可以依賴自身展開工作。兩種機(jī)器人的功能實現(xiàn)依靠人工智能技術(shù)，利用自身的動力和控制力實現(xiàn)。目前，國際上領(lǐng)先的工業(yè)機(jī)器人正逐步向高精、高速的方向發(fā)展，使其在工業(yè)生產(chǎn)中的作用也越來越明顯，工業(yè)機(jī)器人的使用不僅能有效的保證工業(yè)生產(chǎn)效率，還能提高生產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)前的工業(yè)機(jī)器人主要有以下幾大特征：

（1）具有較高的自由度。加強(qiáng)控制能力，需要增多伺服機(jī)構(gòu)，并且會以自由度方式將伺服各個機(jī)構(gòu)表現(xiàn)出來。因此，為了加強(qiáng)機(jī)器本身的控制能力，其必須具備有較高的自由度。通常上，簡單的機(jī)器人自由度僅有4個;越是復(fù)雜的機(jī)器人，自由度越是較高，目前最高自由度可達(dá)100以上。

（2）具有智能化的特點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展運(yùn)行過程需要計算機(jī)技術(shù)的參與，并對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行有效的控制，使得整個系統(tǒng)能夠按照機(jī)器人的方式進(jìn)行活動。

（3）具有精密化、柔性化特點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人在開發(fā)制造過程中需要使用精密先進(jìn)的制造術(shù)，同時，工業(yè)機(jī)器人使用過程中也需要通過柔性化生產(chǎn)，增強(qiáng)制造企業(yè)的靈活性和應(yīng)變能力，提高效率。

2 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)及控制方式

工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械部分、傳感部分和控制部分三大部分組成，機(jī)械部分是機(jī)器人所需要的操作機(jī)械，這是構(gòu)成機(jī)器人運(yùn)行的主體。傳感部分主要功能是將計算機(jī)控制命令轉(zhuǎn)化成為機(jī)械語言，進(jìn)而實現(xiàn)該命令。控制部分是按照輸入流程，對驅(qū)動程序、執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信息，并對其進(jìn)行信息控制。根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng);根據(jù)控制運(yùn)動的形式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制。而工業(yè)機(jī)器人的控制方式主要有以下幾種：

（1）點(diǎn)位控制：這是指工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行器在操作過程中，只需要控制某些重要位點(diǎn)，這種控制方式中，不需要規(guī)定工業(yè)機(jī)器人到目標(biāo)的工作軌跡，僅需指定工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行速度與相鄰位點(diǎn)的位姿即可，但要求工業(yè)機(jī)器人在相鄰點(diǎn)之間準(zhǔn)確的進(jìn)行運(yùn)動。

（2）智能控制：所謂智能化控制是指工業(yè)機(jī)器人具有一定的智能化效果，利用機(jī)器人本身的傳感器系統(tǒng)了解周圍環(huán)境，并結(jié)合自身的存儲知識，根據(jù)一定的算法將具體執(zhí)行的決策做出來，其工業(yè)機(jī)器人具有一定的學(xué)習(xí)能力，且能更好地適應(yīng)周圍環(huán)境。

（3）連續(xù)軌跡控制：工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行作業(yè)時，不僅需要規(guī)定工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，還需要明確工業(yè)機(jī)器人的位姿精度和運(yùn)行速度，同時，工業(yè)機(jī)器人需在規(guī)定的速度與運(yùn)行軌跡中運(yùn)動行進(jìn)，可見工業(yè)機(jī)器人在完成指令的過程中，不僅要運(yùn)動平穩(wěn)、速度可控，且其軌跡也要光滑。

3 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的核心技術(shù)

目前，我國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展技術(shù)還不是特別成熟，創(chuàng)新性相對較差，許多重要零部件仍需借助進(jìn)口資源，這就需要我們研發(fā)屬于自己的核心技術(shù)與部件，這樣才能更好地發(fā)展中國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，從而提升工業(yè)生產(chǎn)效率。

（1）啟動控制技術(shù)

開發(fā)工業(yè)機(jī)器人最重要的是取代人力去做一些相對高危的工作，這就需要工業(yè)機(jī)器人具有一定的靈活性、可操作性。工業(yè)機(jī)器人手臂本身就是模仿人手所制造，需要一定的靈活性。通過一系列核心技術(shù)的開發(fā)，可以巧妙地完成復(fù)雜作業(yè)，提高工作效率。同時，在工業(yè)機(jī)器人的新結(jié)構(gòu)設(shè)計和高效驅(qū)動方面，若改良相關(guān)的機(jī)械裝置和執(zhí)行器，也可有效地提高工業(yè)機(jī)器人的精度和其他的系列性能。

（2）多傳感融合技術(shù)

傳感系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)，一臺擁有智能化性能的工業(yè)機(jī)器人必須擁有良好的感知系統(tǒng)，這樣工業(yè)機(jī)器人才可以通過感知能力了解周邊的環(huán)境信息，才能快速檢測部件和產(chǎn)品組件的生產(chǎn)情況，同時，侵入式的生物傳感器可以評估出操作者的情緒，并根據(jù)操作者的行為做出相應(yīng)的判斷，以此來配合操作人員，并安全完成操作任務(wù)。因此，這就需要工業(yè)機(jī)器人本身需要擁有極其精密的傳感器，這樣才能實現(xiàn)智能化操作。目前許多工作流程復(fù)雜、工種較多的生產(chǎn)線需要的工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性，這就需要提高工業(yè)機(jī)器人的靈敏性和智能化程度，可在未知環(huán)境中工作，并且可與人協(xié)同工作，這就增加了工業(yè)機(jī)器人環(huán)境感知的難度。因此，傳感融合技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的重中之重。

（3）人機(jī)交互技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人主要是協(xié)同工業(yè)操作人員完成一些笨重枯燥和相對危險、人力難以完成的工作，因此，這就需要工業(yè)機(jī)器人擁有良好的人機(jī)交互技術(shù)，才能實現(xiàn)人機(jī)協(xié)作。這也就需要研究人員多了解人機(jī)交互技術(shù)中的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，機(jī)器人與人、環(huán)境之間的絕對安全共存技術(shù)，目標(biāo)環(huán)境的自適應(yīng)技術(shù)等等。人機(jī)交互技術(shù)實現(xiàn)方式從最開始的命令行格式，逐步發(fā)展到觸摸屏圖形界面，現(xiàn)在VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)也在工業(yè)機(jī)器人中得以應(yīng)用。在實際操作中，還必須保證人機(jī)交互的安全性，為此，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)向協(xié)作型機(jī)器人演變。

（4）路徑規(guī)劃技術(shù)

目前，許多智能化的工業(yè)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中工作時，若沒有固定的導(dǎo)軌，就需要工業(yè)機(jī)器人能夠自主的檢測周邊環(huán)境，且能自主避免障礙物，并完成最優(yōu)的路徑規(guī)劃。例如搬運(yùn)機(jī)器人能夠自主避開行進(jìn)道路上的障礙，這就需要工業(yè)機(jī)器人擁有良好的路徑規(guī)劃技術(shù)，不過這一技術(shù)仍需要深入研發(fā)。

4 工業(yè)機(jī)器人在實際中的應(yīng)用研究

目前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，在與操作工的嚴(yán)密配合下，不僅能有效地完成單一作業(yè)，也可以多機(jī)聯(lián)合，實現(xiàn)復(fù)雜工作的操作。

（1）搬運(yùn)機(jī)器人

搬運(yùn)機(jī)器人目前比較常見，在生產(chǎn)制造過程中，企業(yè)為提升自身的生產(chǎn)效率會采用搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行工作，這樣不僅能有效地提高生產(chǎn)效率，也可以減少操作人員的作業(yè)勞動強(qiáng)度，從而降低部分成本。常見的搬運(yùn)機(jī)器人主要有六軸和四軸兩種串聯(lián)關(guān)節(jié)型機(jī)器人。相比較而言，六軸機(jī)器人的可操作性更強(qiáng)，主要被應(yīng)用于較大較重的貨物搬運(yùn)過程中。

（2）自動化裝配線

許多大型化生產(chǎn)企業(yè)均采用流水線生產(chǎn)，這樣不僅能提高生產(chǎn)效率，還能降低工作人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本。而自動化裝配線上的機(jī)器人也因操作手臂的運(yùn)動情況水平被分為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)型和直角坐標(biāo)型等多種裝配機(jī)器人。垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人在運(yùn)行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)任意一定的工作姿勢，而直角坐標(biāo)裝配機(jī)器人因在生產(chǎn)過程中的操作簡單而應(yīng)用在零件的移送等簡單操作。對于雙臂裝配機(jī)器人而言，其性能較佳，可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的裝配工作。

（3）焊接機(jī)器人

許多的大型設(shè)備在制造過程中需要大量的焊接工作，但仍主要采用人工焊接，相當(dāng)費(fèi)時、費(fèi)力。焊接機(jī)器人主要是在工業(yè)機(jī)器人上安裝焊接工具，代替焊工從事焊接工作。這樣不僅能順利完成工作，提高生產(chǎn)效率，還能減輕勞動負(fù)擔(dān)。目前，點(diǎn)焊機(jī)器人主要應(yīng)用汽車的焊接，但是隨著科技技術(shù)和制造業(yè)的快速發(fā)展，焊接智能化技術(shù)也突飛猛進(jìn)，激光焊接技術(shù)在汽車焊接領(lǐng)域已全面推廣。焊接機(jī)器人應(yīng)用更加普及化成為國內(nèi)外焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢以及焊接生產(chǎn)發(fā)展的新需求和新動向。實現(xiàn)焊接產(chǎn)品的自動化、柔性化與智能化已成為發(fā)展的必然趨勢。

5 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在技術(shù)和功能方面已經(jīng)有了很大的提升，基本實現(xiàn)自動化、智能化控制。同時，基于工業(yè)機(jī)器人自身的優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造行業(yè)，不僅有效地提高了生產(chǎn)效率，還減輕了勞動人員的勞動負(fù)擔(dān)。但是工業(yè)機(jī)器人仍存在許多的不足之處，這就要求我們要提升核心競爭力，發(fā)展核心關(guān)鍵技術(shù)，才能實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的價值，造福人類。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】