智能制造中的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

馮帥

（湖北商貿(mào)學(xué)院 湖北省武漢市 430079）

在經(jīng)濟(jì)全球化大環(huán)境下，智能制造成為解決需求疲軟問(wèn)題的有效方向。2021年，我國(guó)工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、教育部、科技部、財(cái)政部、人力資源和社會(huì)保障部、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)等八部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，明確提出：到2025年，規(guī)模以上制造企業(yè)大部分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，智能制造時(shí)代正式到來(lái)。智能制造背景下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)獲得了更加廣闊的發(fā)展空間。因此，分析智能制造背景下工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展具有非常重要的意義。

1 智能制造背景分析

新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)經(jīng)歷了自力更生階段（1949年~1972年）、首開(kāi)國(guó)門(mén)階段（1972年~1978年）、全面開(kāi)放階段（1978年~2000年）、融入全球階段（2000年至今）四個(gè)階段，成為名副其實(shí)的“世界工廠”，產(chǎn)業(yè)配套全面完善、產(chǎn)業(yè)體系愈加完整。在融入全球階段，我國(guó)制造業(yè)受全球新一輪科技革命、國(guó)內(nèi)加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局轉(zhuǎn)變的雙重驅(qū)動(dòng)，新一代信息技術(shù)、材料能源與先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)加快融合，為制造業(yè)智能化發(fā)展提供了重要的歷史機(jī)遇。2021年12月31日，我國(guó)發(fā)布《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，明確了2025年重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)初步應(yīng)用智能化、2035年重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化的目標(biāo)，具體表現(xiàn)為智能制造裝備市場(chǎng)滿足率超過(guò)70%。在政策強(qiáng)化支持下，我國(guó)制造業(yè)智能化水平將進(jìn)一步提高，智能制造覆蓋面也將進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 工業(yè)機(jī)器人概述

工業(yè)機(jī)器人是以計(jì)算機(jī)為控制中樞，經(jīng)可編程序完成工件（或機(jī)械部件）搬運(yùn)、各種操作工作的多功能機(jī)械裝置，具有自動(dòng)控制操作、移動(dòng)功能。工業(yè)機(jī)器人本質(zhì)上是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手、多自由度機(jī)器裝置，包括搬運(yùn)機(jī)器人、焊接機(jī)器人、處理機(jī)器人、裝配機(jī)器人、拆捆機(jī)器人等。工業(yè)機(jī)器人可借助自身動(dòng)力、控制能力自動(dòng)依據(jù)預(yù)先編排的程序執(zhí)行任務(wù)，也可在人類(lèi)指揮下實(shí)現(xiàn)各種功能。從組成來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人包括控制部分、機(jī)械部分、傳感部分三個(gè)部分，各部分組成見(jiàn)表1。

由表1可知，從機(jī)械部分結(jié)構(gòu)來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人手臂活動(dòng)區(qū)域、手腕分別負(fù)責(zé)影響活動(dòng)空間、連接主體與工具；傳感部分則可以將機(jī)器人內(nèi)部狀態(tài)信息（速度、位移、力等）、外部環(huán)境信息（壓力、溫度、濕度等）轉(zhuǎn)換為可應(yīng)用的信號(hào)，調(diào)整位置、姿態(tài)，提高機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、智能化水平；控制部分則根據(jù)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)指令，結(jié)合傳感部分反饋信號(hào)，發(fā)出執(zhí)行指令，支配工業(yè)機(jī)器人手臂或夾持工具完成規(guī)定動(dòng)作。

表1：工業(yè)機(jī)器人組成

3 工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)

攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)主要是依據(jù)攝像機(jī)成像原理，將工件圖像像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為世界坐標(biāo)，為工件坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系之間位置關(guān)系的明確提供依據(jù)。攝像機(jī)成像原理主要指借助攝像機(jī)拍攝某物體時(shí)，攝像機(jī)鏡頭可采集相應(yīng)物體表面反射光，經(jīng)透鏡進(jìn)一步折射，實(shí)現(xiàn)感光器件上成像。此時(shí)，可以經(jīng)轉(zhuǎn)換電路將光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，獲得圖像信號(hào)。根據(jù)攝像機(jī)成像原理，結(jié)合拍攝圖像處理參數(shù)、攝像機(jī)參數(shù)，可確定攝像機(jī)、物體間位置關(guān)系，如距離關(guān)系、旋轉(zhuǎn)角度關(guān)系等。

3.2 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)即利用機(jī)器代替人眼進(jìn)行測(cè)量、判斷。一般機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品為圖像攝取裝置，在圖像攝取裝置順利抓取圖像后，將圖像傳輸?shù)綌?shù)字化處理單元，綜合考慮像素顏色、亮度、分布等信息，進(jìn)行顏色、形狀、尺寸等因素的判定，為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作控制提供依據(jù)。相較于計(jì)算機(jī)視覺(jué)而言，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)涉及了人工智能、圖像處理、模式識(shí)別等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，可以與工業(yè)自動(dòng)化相融合，在檢測(cè)工件缺陷的同時(shí)，輔助機(jī)器的高效率控制。

3.3 PLC編程技術(shù)

PLC編程技術(shù)是一種系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)依托一臺(tái)被嵌入操作系統(tǒng)的高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)，結(jié)合精深PLC編程語(yǔ)言，設(shè)計(jì)時(shí)序圖或順序控制，確定輸入輸出點(diǎn)與控制位，并書(shū)寫(xiě)指令表語(yǔ)言，完成整體控制程序。PLC編程是工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵，可以確保工業(yè)機(jī)器人精準(zhǔn)控制作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，完成工業(yè)流水線生產(chǎn)任務(wù)。

3.4 液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)

液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種與工業(yè)革命息息相關(guān)的技術(shù)，多包括油箱、電動(dòng)機(jī)、液壓泵幾個(gè)部分，液壓泵可以將電動(dòng)機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓力，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，包括液壓缸、液壓閥兩個(gè)部分，液壓缸負(fù)責(zé)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行元件開(kāi)展直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)），液壓閥則負(fù)責(zé)控制液壓能，確保工業(yè)機(jī)器人往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)傳動(dòng)間隙、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。

4 智能制造中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

4.1 攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)應(yīng)用

攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)高精度定位的關(guān)鍵。攝像機(jī)拍攝圖像基本單位為像素，根據(jù)像素平面內(nèi)圖像與像素點(diǎn)位置、圖像與攝像機(jī)內(nèi)成像平面位置、空間內(nèi)攝像機(jī)位置、圖像與攝像機(jī)之間位置關(guān)系，可以圖像左上角為坐標(biāo)系原點(diǎn)，與圖像平面兩邊平行建立橫軸、縱軸，以像素點(diǎn)為單位，建立像素平面坐標(biāo)系。進(jìn)而以攝像機(jī)光軸與相面交匯點(diǎn)為坐標(biāo)系遠(yuǎn)點(diǎn)，與圖像平面兩邊平行建立橫軸、縱軸，獲得像平面坐標(biāo)系。同時(shí)以相機(jī)鏡頭光心位置為遠(yuǎn)點(diǎn)，與像平面兩邊平行建立橫軸、縱軸，沿鏡頭光軸方向與像平面90°位置建立豎軸，獲得相機(jī)坐標(biāo)系。而世界坐標(biāo)系則是實(shí)際攝像機(jī)、待測(cè)物體之間位置關(guān)系自由確定的坐標(biāo)系，通過(guò)像素平面坐標(biāo)系、像平面坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換，可以確定世界坐標(biāo)系、像素坐標(biāo)系之間的關(guān)系，獲得圖像在世界坐標(biāo)系內(nèi)位置。一般可以借助MATLAB軟件中自帶的Camera Calibrator工具箱，制作黑白棋格樣式的平整標(biāo)定板（每格邊長(zhǎng)25mm），固定標(biāo)定板，并借助From camera工具從不同視角、位置攝取標(biāo)定板圖像，采集圖像數(shù)量在10張以上、20張以內(nèi)。在Camera Calibrator工具箱內(nèi)加載圖像建立相機(jī)模型，經(jīng)cameraParams函數(shù)，直接輸出攝像機(jī)參數(shù)。根據(jù)參數(shù)，在cameraParams.Intrinsic Matrix函數(shù)、cameraParams.Rotation Matrices、cameraParams.Translation Vectors函 數(shù) 內(nèi)分別求得相機(jī)內(nèi)參矩陣、旋轉(zhuǎn)矩陣、平移向量，為攝像機(jī)坐標(biāo)系下像素平面坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系的變換提供依據(jù)。

在完成攝像機(jī)標(biāo)定后，可以將工件圖像坐標(biāo)自由轉(zhuǎn)化為世界坐標(biāo)，確保工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)定位精度。比如，在工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行對(duì)螺母工件抓取任務(wù)時(shí)，需確定機(jī)器人末端坐標(biāo)系、螺母工件坐標(biāo)系之間位置關(guān)系，通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定可以為兩者關(guān)系求解提供依據(jù)。因在工業(yè)機(jī)器人單目視覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)攝像機(jī)位于工業(yè)機(jī)器人外部（工作空間頂部），相對(duì)于工業(yè)機(jī)器人基座位置固定，攝像視野極易被工業(yè)機(jī)器人移動(dòng)位置遮擋?；诖?，可以隨機(jī)選擇工業(yè)機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中的任意2個(gè)位置姿態(tài)，借助標(biāo)定板坐標(biāo)系相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣，將機(jī)器人基坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為末端執(zhí)行器坐標(biāo)系，促使攝像機(jī)由空間頂部轉(zhuǎn)換為機(jī)器人內(nèi)部空間末端，隨機(jī)器人移動(dòng)攝像，確保工業(yè)機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程視覺(jué)無(wú)遮擋。再如，智能制造中，借助攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)，協(xié)調(diào)不同負(fù)載能力、作業(yè)空間的工業(yè)焊接機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)作。如根據(jù)表2不同焊接機(jī)器人功效，經(jīng)攝像機(jī)標(biāo)定機(jī)器人位置并協(xié)調(diào)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)垂直方向上大范疇并聯(lián)焊接。

表2：不同焊接機(jī)器人負(fù)載與作業(yè)空間

4.2 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人精準(zhǔn)識(shí)別工件的關(guān)鍵，主要用于機(jī)器人檢測(cè)工件。在工業(yè)機(jī)器人檢測(cè)工件并在攝像機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)定工件位置后，需要借助機(jī)器視覺(jué)技術(shù)中的圖像預(yù)處理，綜合應(yīng)用降噪、變換、增強(qiáng)、濾波操作方式，去除干擾、噪聲，確保原圖像適用于計(jì)算機(jī)特征提取。一般在預(yù)處理環(huán)節(jié)，需要先面向涵蓋若干顏色向量的像素點(diǎn)矩陣，結(jié)合光學(xué)原理，對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理，獲得可反映圖像形態(tài)特征的灰度圖像。進(jìn)而借助二值化處理方法，凸顯主要目標(biāo)工件輪廓。同時(shí)利用鄰域均值濾波法、高斯濾波法，去除高斯噪聲、椒鹽噪聲，避免目標(biāo)工件背景內(nèi)噪聲對(duì)圖像目標(biāo)大小、形狀或特定幾何結(jié)構(gòu)特征造成干擾。在這個(gè)基礎(chǔ)上，利用直方圖均衡化方法，以灰度級(jí)為橫坐標(biāo)，以頻率為縱坐標(biāo)，精準(zhǔn)描述圖像灰度級(jí)，分割工件圖像邊緣輪廓與背景圖像，為工件邊緣檢測(cè)提供參考。最終借助Canny邊緣檢測(cè)法，對(duì)圖像中工件邊緣進(jìn)行檢測(cè)，獲得清晰的工件邊緣，為工業(yè)機(jī)器人高精度視覺(jué)識(shí)別與定位提供依據(jù)。而通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用，可以為工業(yè)機(jī)器人提供精確的目標(biāo)工件導(dǎo)航，解除最開(kāi)始位置姿態(tài)的干擾，為工業(yè)機(jī)器人的強(qiáng)適應(yīng)、高精度、大范圍應(yīng)用提供依據(jù)，為工業(yè)機(jī)器人智能化發(fā)展提供動(dòng)力。

以機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用為例，其機(jī)器視覺(jué)板塊主要由工業(yè)相機(jī)、監(jiān)視顯示器、視覺(jué)控制器三個(gè)部分組成，可以實(shí)現(xiàn)物料顏色、數(shù)量、形狀等特征與工件裝配效果的精準(zhǔn)、正確檢測(cè)。即由工業(yè)相機(jī)采集傳送帶上物料圖像信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理物料圖像信息，在目標(biāo)物料坐標(biāo)系內(nèi)確定物料位置，經(jīng)坐標(biāo)系與工業(yè)機(jī)器人自身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，引導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人精準(zhǔn)分揀傳送帶中物料，并將其分類(lèi)放入物料放置槽，為工業(yè)流水生產(chǎn)線高速、平穩(wěn)運(yùn)行提供依據(jù)。

4.3 PLC編程技術(shù)應(yīng)用

PLC編程技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮著協(xié)調(diào)、傳導(dǎo)作用，也是工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)、診斷、拆捆、裝配等功能實(shí)現(xiàn)的前提。比如，在搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人制造過(guò)程中，需要利用PLC編程技術(shù)，編制計(jì)算機(jī)主操作控制程序，促使主操作控制程序內(nèi)實(shí)時(shí)獲取搬運(yùn)機(jī)器人在空間上位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)而結(jié)合狀態(tài)穩(wěn)定下達(dá)指令，指揮機(jī)器人手臂、取樣貼標(biāo)夾具、平頭退出機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)柔性化操作；再如，在自動(dòng)化裝配機(jī)器人制造過(guò)程中，可以根據(jù)不同零件裝配模式設(shè)計(jì)PLC操作控制程序。進(jìn)而與坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、機(jī)器人搭載的視覺(jué)傳感系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，設(shè)定契合現(xiàn)裝配部件的三維動(dòng)態(tài)化操作控制機(jī)制，高精度模擬視覺(jué)，確定組裝階段部件受力特點(diǎn)，在受力參數(shù)大于部件可承受最大壓力值時(shí)自動(dòng)調(diào)整壓力值參數(shù)，避免壓力值過(guò)大對(duì)部件造成損壞，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線中零部件的精準(zhǔn)裝配；拆捆機(jī)器人是鋼鐵行業(yè)冷軋帶鋼智能制造的關(guān)鍵，需要借助PLC編程技術(shù)，編制鋼卷制作前拆捆作業(yè)程序，完成自動(dòng)化捆帶、剪斷操作，并在操作中自動(dòng)測(cè)定卷邊機(jī)器捆帶位置，根據(jù)測(cè)定結(jié)果完成機(jī)頭旋轉(zhuǎn)、橫向位移，自動(dòng)壓實(shí)剪裁完畢的捆帶，在確保整體尺寸、體積被壓縮到最小水平后自動(dòng)廢棄材料，縮短冷軋帶鋼制作周期。除搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、拆捆機(jī)器人以外，診斷機(jī)器人制造過(guò)程中也需要利用PLC編程技術(shù)，診斷機(jī)器人與智能操作控制體系內(nèi)的專(zhuān)家診斷系統(tǒng)類(lèi)似，需要分析設(shè)備運(yùn)行中呈現(xiàn)的不正常狀態(tài)，與基準(zhǔn)參數(shù)對(duì)比后完成運(yùn)行故障的精準(zhǔn)定位。即借助PLC編程技術(shù)，以故障本身特征為核心，將噪聲參數(shù)、振動(dòng)參數(shù)、溫度軌跡、運(yùn)行軌跡納入操作控制程序，在本地監(jiān)測(cè)設(shè)備故障，并將故障信息同步反饋至主系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)輸出結(jié)果以及故障處理指令，實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程中故障的自動(dòng)檢測(cè)、智能處理。

4.4 液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是智能制造中工業(yè)機(jī)器人重要部分，從動(dòng)力源來(lái)看，可以劃分為氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)三種類(lèi)型，液壓驅(qū)動(dòng)是一種高度成熟的技術(shù)，在工業(yè)機(jī)器人中較為常用。因液壓驅(qū)動(dòng)具有力矩大、動(dòng)力大、慣量比大、易于實(shí)現(xiàn)、快速響應(yīng)的特點(diǎn)，多應(yīng)用于大慣量、高承載（負(fù)荷為100kg及以上）、防焊環(huán)境。比如，大跨度承載達(dá)2000kg、活動(dòng)半徑達(dá)6m的全液壓重載機(jī)器人可以在鍛鑄行業(yè)發(fā)揮良好作用。再如，利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升的三自由度液壓傳動(dòng)型工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人，可以將貨箱從貨架運(yùn)輸?shù)搅硗庵付ㄎ恢?，并借助雙作用液壓缸復(fù)位。雙作用液壓缸除傳統(tǒng)活塞、缸蓋、缸筒、活塞桿外，還包括排氣裝置、密封裝置、緩沖裝置，作用模式為單活塞桿單雙作用式。在單活塞桿單雙作用模式下，液壓缸控制回路由發(fā)動(dòng)機(jī)為出發(fā)點(diǎn)，經(jīng)液壓缸、液壓控制及調(diào)節(jié)裝置、執(zhí)行組件液壓缸，最終達(dá)到被驅(qū)動(dòng)件。在液壓回路運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能、液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能幾個(gè)變化。部分情況下，也可以將電力驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)需要將電能轉(zhuǎn)換為液壓能，利用節(jié)流調(diào)速方式控制速度。此時(shí)，液壓系統(tǒng)需要選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且散熱條件較佳的開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)與節(jié)流調(diào)速裝置相連，在定量泵穩(wěn)定供應(yīng)油源的基礎(chǔ)上，借助溢流閥進(jìn)行液體驅(qū)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，確保液體驅(qū)動(dòng)壓力處于恒定狀態(tài)。而油泵輸出油液則在三位四通換向閥中位自動(dòng)進(jìn)行荷載卸除，確保壓力長(zhǎng)時(shí)期處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

智能制造背景下，電機(jī)傳動(dòng)智能化為智能液壓元件發(fā)展提供了更多的機(jī)遇，加快了工業(yè)機(jī)器人液壓傳動(dòng)的現(xiàn)代化進(jìn)程。比如，利用若干仿生執(zhí)行單元、液壓供油循環(huán)系統(tǒng)、CPU（中央處理器）控制器，搭建工業(yè)機(jī)器人仿生液壓系統(tǒng)。若干仿生執(zhí)行單元與液壓供油循環(huán)系統(tǒng)相連接，液壓供油循環(huán)系統(tǒng)與CPU中央控制器相連接并受其控制。機(jī)器人以液壓為驅(qū)動(dòng)源，可以借助液壓驅(qū)動(dòng)非剛性連接、耐用的優(yōu)勢(shì)，在確保機(jī)器人移動(dòng)速度的同時(shí)，滿足機(jī)器人柔性動(dòng)作開(kāi)展要求，如模擬人體跳躍等。

5 智能制造中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展及建議

5.1 發(fā)展現(xiàn)狀

5.1.1 高端產(chǎn)品缺位

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代，在近幾年政策支持、產(chǎn)業(yè)升級(jí)驅(qū)動(dòng)下，智能制造中的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展。但是，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人仍然存在低端產(chǎn)品過(guò)熱、高端產(chǎn)品缺位的情況，多數(shù)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)缺乏核心技術(shù)，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)方面存在較大差距。加之工業(yè)機(jī)器人編程接口與通信協(xié)議無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、硬件規(guī)格不一，無(wú)法滿足高度精密的工業(yè)機(jī)器人部件生產(chǎn)需要，且存在工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。

5.1.2 智能思維缺失

傳感器是工業(yè)機(jī)器人至關(guān)重要的部件，也是工業(yè)機(jī)器人接收外界信息、對(duì)外界進(jìn)行智能反饋的關(guān)鍵。智能制造對(duì)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)感知、聽(tīng)覺(jué)感知、觸覺(jué)感知均具有較高要求。但是，當(dāng)前我國(guó)制造的工業(yè)機(jī)器人僅具有一定的視覺(jué)感知能力，缺乏獨(dú)立的判斷、決策、推理能力，不具備智能思維，與真正意義上的智能化制造仍然具有較遠(yuǎn)距離。具體表現(xiàn)為：以往工業(yè)機(jī)器人需借助大量編程設(shè)計(jì)方可集成到生產(chǎn)線，執(zhí)行集成過(guò)程的企業(yè)面臨著微小更新生產(chǎn)線的問(wèn)題，致使工業(yè)機(jī)器人相對(duì)不靈活問(wèn)題較為顯著。而相對(duì)不靈活的工業(yè)機(jī)器人僅可應(yīng)用于大型制造企業(yè)的大批量生產(chǎn)，在生產(chǎn)批次低、產(chǎn)品品類(lèi)多的中小型制造企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。特別是輕型機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人，存在有效負(fù)荷低、工作速度慢的問(wèn)題。

5.2 建議

5.2.1 發(fā)展高端產(chǎn)品

借鑒安川電機(jī)、波音、IBM等核心企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)可以選擇強(qiáng)強(qiáng)合作方式，鼓勵(lì)兩個(gè)及以上企業(yè)合作開(kāi)發(fā)工業(yè)機(jī)器人，或者企業(yè)形成專(zhuān)利池，在明確劃分工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品研發(fā)權(quán)責(zé)的同時(shí)，整合多企業(yè)技術(shù)資源，增強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品配置效率。部分非核心企業(yè)可以并購(gòu)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、前沿技術(shù)的企業(yè)，利用其內(nèi)部研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)際化專(zhuān)利布局。同時(shí)從工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)入手，與高校合作，并加強(qiáng)專(zhuān)利保護(hù)，為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)人才提供良好的發(fā)展空間，鼓勵(lì)研發(fā)人員參與工業(yè)機(jī)器人研發(fā)，確保工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品研發(fā)人員充足。

需要注意的是，為了避免大量企業(yè)重復(fù)研究工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品，應(yīng)借鑒中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，建立企業(yè)工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品研發(fā)聯(lián)盟共同體，結(jié)合專(zhuān)利公開(kāi)傳播新技術(shù)特征，允許工業(yè)機(jī)器人行業(yè)聯(lián)盟提供專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)內(nèi)優(yōu)先權(quán)、提前公開(kāi)信息。并根據(jù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展情況舉行技術(shù)研討會(huì)，相互交流、分享工業(yè)技術(shù)人員研究成果，降低工業(yè)機(jī)器人研發(fā)成本。同時(shí)立足知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，對(duì)工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，形成工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品專(zhuān)利壁壘，合法獲取技術(shù)收益，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人高端產(chǎn)品的可持續(xù)研發(fā)。

5.2.2 賦予智能思維

機(jī)器人是多種技術(shù)領(lǐng)域的集成，必須涵蓋視頻處理/聲音識(shí)別、多硬件元素輸入/輸出控制等復(fù)雜的辨識(shí)能力，并通過(guò)多元素巧妙組合實(shí)現(xiàn)智能化動(dòng)作任務(wù)處理。未來(lái)的工業(yè)智能是人機(jī)混合智能，智能思維是智能制造中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的主要方向，需要搭建發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-感知數(shù)據(jù)-算法-執(zhí)行的快速閉環(huán)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人小閉環(huán)、小場(chǎng)景、集群智能。在研發(fā)控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理、焊接、機(jī)械手、組合加工等技術(shù)的基礎(chǔ)上，企業(yè)應(yīng)從程序控制著手，在確保工業(yè)機(jī)器人根據(jù)外界信息及時(shí)反饋的同時(shí)，強(qiáng)化其智能性與自我調(diào)節(jié)能力，并結(jié)合行業(yè)知識(shí)庫(kù)，賦予工業(yè)機(jī)器人在不同環(huán)境下的語(yǔ)音、動(dòng)作、表情以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能思維，打造卓越的機(jī)器人與人共融的柔性產(chǎn)線。比如，在傳統(tǒng)位置傳感器、加速度傳感器、速度傳感器應(yīng)用的基礎(chǔ)上，根據(jù)力矩、視覺(jué)、位置、力等信息反饋需求，合理應(yīng)用視覺(jué)伺服控制、柔順控制、方位混合控制方法，滿足復(fù)雜工業(yè)鎖螺絲、點(diǎn)膠、雙臂協(xié)調(diào)、PCB檢測(cè)等作業(yè)需求。同時(shí)借助工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)/離線編程思維，綜合應(yīng)用傳感器觸合、人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)等智能化技術(shù)，建立人機(jī)交互式工業(yè)機(jī)器人仿真環(huán)境，促使人機(jī)交互能力增強(qiáng)，從根本上解決工業(yè)機(jī)器人示教難問(wèn)題。再如，立足5G時(shí)代，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用要求，開(kāi)發(fā)類(lèi)人手的冗余自由度機(jī)器人，在高性能、低成本總線技術(shù)支持下，完成類(lèi)似于人手臂的系列動(dòng)作，同步強(qiáng)化工業(yè)機(jī)器人群體協(xié)調(diào)作業(yè)能力，滿足工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)流水線上與操作人（或其他機(jī)器人）混合作業(yè)需求。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能制造中，工業(yè)機(jī)器人具有重復(fù)精度高、工作效率高、可靠性好的優(yōu)良特點(diǎn)，將在勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)格局轉(zhuǎn)換中發(fā)揮重要驅(qū)動(dòng)作用。因此，作為全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)，我國(guó)應(yīng)立足智能制造目標(biāo)，朝著機(jī)器換人的大趨勢(shì)，擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用范圍，發(fā)展高端產(chǎn)品，賦予機(jī)器人智能思維，充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，確保智能制造目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。