機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

徐嵐 商麗　徐紫馨 李鳳

摘要： 隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，制造業(yè)機(jī)器人的智能化水平不斷提高。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，為企業(yè)提供了更多選擇和機(jī)會(huì)，也為制造業(yè)帶來了許多好處。運(yùn)用文獻(xiàn)資料法，重點(diǎn)梳理了機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)器人可以應(yīng)用在制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力成本和智能化管理設(shè)備的效果。機(jī)器人能和人類共同工作，在制造生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作，與人類共享工作空間；還可以與其他設(shè)備系統(tǒng)互聯(lián)來獲取和共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的自主決策和協(xié)同工作。未來，機(jī)器人將繼續(xù)朝著小型化、輕型化、柔性化和人機(jī)協(xié)作方向發(fā)展，這將為制造業(yè)帶來更高的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和創(chuàng)新能力，推動(dòng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)。

關(guān)鍵詞： 機(jī)器人技術(shù) 工業(yè)機(jī)器人 發(fā)展態(tài)勢(shì) 制造自動(dòng)化

中圖分類號(hào)： TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）24-0044-05

2015 年5 月，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，這是中國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)，其中明確提出：“推動(dòng)機(jī)器人和智能裝備的發(fā)展，加快實(shí)現(xiàn)智能制造的目標(biāo)?！?021 年12 月，工信部等十五部門印發(fā)《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，進(jìn)一步提高了我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度。數(shù)據(jù)顯示，2022 年，中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的全行業(yè)營業(yè)收入超過1 700 億元，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量44.3 萬套，裝機(jī)量超過全球總量的50%，連續(xù)9 年居世界首位［1］。

隨著科技的不斷進(jìn)步和人工智能的快速發(fā)展，機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)器人在制造業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量等多方面的優(yōu)勢(shì)，其在制造業(yè)中的應(yīng)用前景廣闊。

1 制造業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展

制造業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從傳統(tǒng)的汽車制造、電子制造等行業(yè)，逐漸延伸到食品加工、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域。此外，機(jī)器人還可以應(yīng)用于塑料制品、紡織品、家具制造、化工制造等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。

在這些行業(yè)中，機(jī)器人可以完成多個(gè)環(huán)節(jié)的制造任務(wù)。例如：裝配，目前的機(jī)器人可以通過準(zhǔn)確地定位、抓取和放置零部件來完成各種產(chǎn)品的裝配，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量；搬運(yùn)與物流，人工智能、數(shù)字化和自主系統(tǒng)等新技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)非接觸式配送，并可能有助于提高物流系統(tǒng)的效率，而機(jī)器人在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸成為了一種發(fā)展趨勢(shì)［2］；檢測(cè)，機(jī)器人可以通過傳感器或者攝像頭來實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的視覺檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、功能檢測(cè)和溫度檢測(cè)等，并且對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，再根據(jù)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)化修復(fù)。

1.2 技術(shù)突破

1.2.1 傳感技術(shù)

目前，制造業(yè)機(jī)器人已經(jīng)具備了高分辨率、高速度、三維視覺、深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多攝像頭系統(tǒng)和能夠進(jìn)行云計(jì)算的視覺傳感技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)器人能夠更好地感知和處理圖像信息，提高了機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用能力和效率。

1.2.2 自主導(dǎo)航與定位技術(shù)

目前，制造業(yè)機(jī)器人可以通過視覺導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、超聲波導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航與定位。移動(dòng)機(jī)器人的定位方式取決于所使用傳感器種類［3］。目前，在移動(dòng)機(jī)器人中使用的傳感器類型有視覺傳感器、激光雷達(dá)、陀螺儀、里程計(jì)和電子羅盤等。視覺傳感器可以獲取更豐富的環(huán)境信息，而受光線和視野范圍的影響，激光雷達(dá)傳感器可以提供更準(zhǔn)確的位置，但是對(duì)透明物體和反射面的探測(cè)能力不足。由此可見，不同的傳感器對(duì)機(jī)器人的影響是多方面的，需要綜合考慮不同的傳感器的使用情況。

1.2.3 人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)

現(xiàn)在的制造業(yè)機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用了監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)和遷移學(xué)習(xí)技術(shù)等。

監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以在給定的標(biāo)記數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)高精度的預(yù)測(cè)，缺點(diǎn)是需要大量的標(biāo)記數(shù)據(jù)，而對(duì)于未見過的數(shù)據(jù)可能會(huì)產(chǎn)生較大誤差；無監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以從未標(biāo)記的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱藏的模式和結(jié)構(gòu)，并且可以在沒有標(biāo)記數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行學(xué)習(xí)，缺點(diǎn)是預(yù)測(cè)精度較低且對(duì)模型的解釋性不足；強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以在沒有標(biāo)記數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且可以在一些復(fù)雜的情況中實(shí)現(xiàn)自主決策，缺點(diǎn)是需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行試錯(cuò)訓(xùn)練，并且在初始階段可能會(huì)產(chǎn)生較大誤差；遷移學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以在新任務(wù)上實(shí)現(xiàn)更快學(xué)習(xí)、更好的泛化能力，并且可以減少對(duì)大量標(biāo)記數(shù)據(jù)的需求，缺點(diǎn)是可能會(huì)受到源任務(wù)和目標(biāo)任務(wù)之間的差異的限制，并且在某些情況下可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)遷移的問題。

不同的學(xué)習(xí)技術(shù)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行選擇，通過使用這些技術(shù)能使機(jī)器人更加智能化和自主化，具備學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，提高了機(jī)器人在工業(yè)制造中的應(yīng)用能力和效率。

1.2.4 柔性機(jī)器人技術(shù)

現(xiàn)在的制造業(yè)機(jī)器人柔性技術(shù)主要是基于柔性末端執(zhí)行器，即一種能夠適應(yīng)多種工作場(chǎng)景和任務(wù)的機(jī)器人手部裝置。它通常由柔性材料和傳感器組成，可以靈活地調(diào)整形狀和力量，以適應(yīng)不同的抓取和操作需求。柔性傳感器是一種可以彎曲和變形的傳感器，它可以被集成到機(jī)器人的身體或末端執(zhí)行器中，用于感知和測(cè)量環(huán)境和物體的力量、壓力、形狀等信息；柔性控制技術(shù)是一種可以根據(jù)任務(wù)需求和環(huán)境變化進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整的控制系統(tǒng)，它可以根據(jù)傳感器反饋和任務(wù)要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、力量和速度等參數(shù)，以適應(yīng)不同的工作場(chǎng)景和任務(wù)。

1.3 與人類的協(xié)作

目前，制造業(yè)機(jī)器人已經(jīng)能夠通過傳感器來測(cè)量機(jī)器人與人類之間的力量和壓力，實(shí)現(xiàn)安全合作。這些機(jī)器人可以根據(jù)傳感器反饋的力量信息，調(diào)整自身的力量和壓力，以避免對(duì)人員造成傷害。通過攝像頭和圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境和人員的感知和識(shí)別。機(jī)器人可以通過視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人員的位置和動(dòng)作，以確保安全合作和避免碰撞。目前的機(jī)器人已經(jīng)能夠較好地與人類進(jìn)行交互了，它們可以通過語言識(shí)別技術(shù)來理解指令，并通過語音合成技術(shù)來進(jìn)行回復(fù)，還可以通過視覺技術(shù)來識(shí)別人類的手勢(shì)、表情和姿態(tài)，然后進(jìn)行交互。

1.4 靈活性與重構(gòu)性

目前，制造業(yè)機(jī)器人可以通過模塊化設(shè)計(jì)將機(jī)器人系統(tǒng)分解為多個(gè)獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊都具有特定的功能和接口，可以根據(jù)不同的工作需求，選擇和組合不同的模塊進(jìn)行組裝或升級(jí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的靈活配置和重構(gòu)。通過可編程控制器根據(jù)不同的任務(wù)要求，編程調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、力量和速度等參數(shù)。這樣，機(jī)器人可以根據(jù)任務(wù)的變化，靈活地調(diào)整自身的行為和策略。制造業(yè)機(jī)器人具備的靈活性與可重構(gòu)性能使其適應(yīng)不同的工作任務(wù)和場(chǎng)景，并能夠快速調(diào)整和重新配置，提高生產(chǎn)效率和靈活性。

1.5 與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合

1.5.1 云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析

通過將機(jī)器人與云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的監(jiān)控、管理和優(yōu)化。云計(jì)算可以提供存儲(chǔ)和計(jì)算能力，將機(jī)器人通過傳感器等設(shè)備采集大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括機(jī)器人的狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等，再上傳至云端進(jìn)行分析和處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

大數(shù)據(jù)分析可以對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，提供實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和性能評(píng)估，預(yù)測(cè)機(jī)器人的故障和維護(hù)需求。提前進(jìn)行維護(hù)可避免機(jī)器人的停機(jī)時(shí)間和維修成本，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的瓶頸和問題，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，減少不合格品的產(chǎn)生。

1.5.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將機(jī)器人與其他設(shè)備、傳感器和系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和共享。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，企業(yè)可以隨時(shí)隨地監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，以及遠(yuǎn)程調(diào)整機(jī)器人的工作模式和參數(shù)。機(jī)器人可以與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與集成，幫助企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化生產(chǎn)過程。

1.5.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作

網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。工程師可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查看機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和操作情況。當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，工程師可以通過遠(yuǎn)程診斷技術(shù)進(jìn)行故障分析，并通過遠(yuǎn)程操作技術(shù)進(jìn)行維修和調(diào)整，從而減少維修時(shí)間和成本。同時(shí)，這也可以減少人員的現(xiàn)場(chǎng)操作和風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率和安全性。

1.5.4 數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)

在機(jī)器人與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合的過程中，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)是一個(gè)重要的問題。制造業(yè)需要采取相應(yīng)的安全措施，保護(hù)機(jī)器人和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全與隱私，防止數(shù)據(jù)泄露和攻擊。

在傳輸過程中，對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密可確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。常用的加密技術(shù)包括對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密，這些技術(shù)可以保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。對(duì)于未經(jīng)授權(quán)的訪問和操作，機(jī)器人會(huì)進(jìn)行訪問控制和身份認(rèn)證，通過使用用戶賬號(hào)和密碼、雙因素認(rèn)證、數(shù)字證書等技術(shù)，可以確保只有授權(quán)用戶才能對(duì)機(jī)器人進(jìn)行訪問和操作。通過記錄用戶操作日志、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通信等方式，對(duì)機(jī)器人的安全性進(jìn)行監(jiān)控和審計(jì)。通過定期備份數(shù)據(jù)、建立冗余存儲(chǔ)等方式，可以保證數(shù)據(jù)的可靠性和可恢復(fù)性。通過數(shù)據(jù)脫敏、權(quán)限控制、合規(guī)性審查等措施，可以保護(hù)用戶隱私和遵守相關(guān)法規(guī)。

通過綜合技術(shù)、管理和法律等方面的要求，可采取需要的措施來保護(hù)機(jī)器人系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和用戶隱私。

2 制造業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 組裝和裝配

機(jī)器人可以根據(jù)預(yù)設(shè)程序，將零部件按照正確的順序和位置組裝在一起，應(yīng)用在各種產(chǎn)品的組裝上，如電子產(chǎn)品、汽車零部件、家電產(chǎn)品等。使用機(jī)器人進(jìn)行產(chǎn)品組裝，可以提高組裝速度和準(zhǔn)確性，減少人為錯(cuò)誤，并且可以適應(yīng)不同產(chǎn)品的組裝需求。

2.2 加工和制造

機(jī)器人可以根據(jù)預(yù)設(shè)的程序完成各種加工和制造過程，如銑削、車削、鉆孔、切割、焊接、組裝等，機(jī)器人可以完成精確的運(yùn)動(dòng)控制和工具操作，實(shí)現(xiàn)高精度和高效率的加工和制造。在制造和加工過程中，機(jī)器人的應(yīng)用范圍非常廣泛，可以用于焊接汽車車身零部件，提高焊接質(zhì)量和效率；可以用于汽車涂裝過程，實(shí)現(xiàn)精確的涂裝操作；還可以使用機(jī)器人處理復(fù)雜形狀零件的銑削和研磨。它可以實(shí)現(xiàn)高精度和高效率的加工。

2.3 質(zhì)量檢測(cè)

機(jī)器人可以通過搭載各種傳感器或者感知測(cè)量系統(tǒng)來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，以確保產(chǎn)品符合質(zhì)量要求。機(jī)器人可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理不良品，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

通過視覺系統(tǒng)或傳感器進(jìn)行圖像分析和比對(duì)，機(jī)器人可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出外觀缺陷；通過配備激光測(cè)量系統(tǒng)或機(jī)械臂測(cè)量系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高精度的尺寸測(cè)量；通過傳感器或非接觸式檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的缺陷情況；機(jī)器人還可以通過控制和操縱產(chǎn)品，模擬實(shí)際使用情況，進(jìn)行功能測(cè)試和性能評(píng)估。

2.4 包裝和分揀

目前，制造業(yè)機(jī)器人已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的產(chǎn)品裝箱、包裝、標(biāo)簽貼附和包裝密封等功能了，機(jī)器人的應(yīng)用提高了包裝速度和準(zhǔn)確性，減少了人為錯(cuò)誤，并且可以適應(yīng)不同產(chǎn)品和包裝容器的需求。

2.5 物料處理和搬運(yùn)

根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，制造業(yè)機(jī)器人可以將原材料、半成品和成品進(jìn)行自動(dòng)化的搬運(yùn)和處理，以減少人工勞動(dòng)和提高生產(chǎn)效率；還可以根據(jù)不同的物料特性和要求，進(jìn)行精確搬運(yùn)和堆垛操作。目前，機(jī)器人可以通過視覺系統(tǒng)或傳感器，識(shí)別和分揀不同顏色、形狀、尺寸的物料，提高分揀效率和準(zhǔn)確性。通過引入深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等先進(jìn)算法，物料搬運(yùn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高水平的自主決策與自適應(yīng)調(diào)整，提高系統(tǒng)的智能化水平［4］。

2.6 倉儲(chǔ)和物流

制造業(yè)機(jī)器人可以用于倉儲(chǔ)和物流過程，包括貨物的存儲(chǔ)、裝卸和分揀。機(jī)器人可以通過自動(dòng)導(dǎo)航和路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)高效的貨物搬運(yùn)和分揀操作；還可以與其他物流設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)物流過程的自動(dòng)化和優(yōu)化。目前，機(jī)器人已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)庫存管理、貨物追蹤和管理、貨架管理等功能，還能通過智能算法和路徑規(guī)劃，優(yōu)化倉儲(chǔ)布局，提高倉庫的空間利用率和物料流動(dòng)效率。

3 制造業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓寬，生產(chǎn)環(huán)境對(duì)機(jī)器人的體積、重量、靈活度提出了更高的要求。工業(yè)機(jī)器人正向著小型化、輕型化、柔性化的方向發(fā)展，“人機(jī)協(xié)作”成為工業(yè)機(jī)器人研發(fā)的重要方向之一［5］。

3.1 小型化

小型化的發(fā)展是制造業(yè)機(jī)器人不可忽視的一個(gè)發(fā)展方向。首先，小型化機(jī)器人具有更高的靈活性和適應(yīng)性，能夠適應(yīng)更多的工作場(chǎng)景和工件尺寸。其次，小型化機(jī)器人能節(jié)約資源，相對(duì)于大型的機(jī)器人小型機(jī)器人的能耗更低、占用空間更小，也更加不容易發(fā)生安全事故，更加容易維護(hù)。所以小型化機(jī)器人將以靈活性、低成本、便攜性為發(fā)展重點(diǎn)。

采用輕量化的材料和緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加輕巧和緊湊，從而減少機(jī)器人的體積和重量。同時(shí)，小型機(jī)器人的功耗、電池技術(shù)和能源管理系統(tǒng)也需要進(jìn)行優(yōu)化，從而延長機(jī)器人的工作時(shí)間，使其能夠進(jìn)行長時(shí)間工作。

小型化機(jī)器人可以代替人工進(jìn)行生產(chǎn)線上的重復(fù)性、繁瑣或危險(xiǎn)的工作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；還可以應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)中，適應(yīng)不同產(chǎn)品和工藝的變化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的快速轉(zhuǎn)換和靈活生產(chǎn)。小型化機(jī)器人可以完成對(duì)工廠環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維修的工作，提高設(shè)備的可靠性和生命周期。

3.2 輕型化

隨著市場(chǎng)需求的不斷變化，制造業(yè)需要更加靈活和多功能的機(jī)器人來適應(yīng)不同的任務(wù)和環(huán)境，所以機(jī)器人的輕型化發(fā)展是很有必要的。輕型化機(jī)器人可以更容易進(jìn)行搬運(yùn)、裝配、包裝等輕型任務(wù)。輕型化機(jī)器人具有較小的慣性和較高的加速度，能夠快速移動(dòng)和響應(yīng)指令，從而提高生產(chǎn)效率。為了更好地滿足不同的任務(wù)需求，輕型化機(jī)器人材料和結(jié)構(gòu)的輕量化和緊湊設(shè)計(jì)、靈活性和多功能性都是重要的發(fā)展方向。

通過采用智能化和自適應(yīng)控制算法來優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作，從而減小機(jī)器人的能耗；采用高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來提高機(jī)器人的能量利用效率，以此來減輕機(jī)器人能源系統(tǒng)方面的重量；采用模塊化設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同的任務(wù)來調(diào)整和組裝機(jī)器人，可以減少機(jī)器人部分不必要裝置的重量。

3.3 柔性化

如今的制造業(yè)發(fā)展迅速，工作環(huán)境和任務(wù)需求變化很快，機(jī)器人的柔性化發(fā)展能夠根據(jù)這些變化智能調(diào)整和適應(yīng)，提高工作效率、工作靈活性和工作多樣性。柔性化機(jī)器人與人類的協(xié)同性更好，能夠適應(yīng)人類的工作習(xí)慣和需求。柔性化機(jī)器人具有可編程和可配置能力，能夠根據(jù)需求進(jìn)行定制，更能適應(yīng)日新月異的社會(huì)發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)柔性化，柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、柔性感知和控制能力、協(xié)作能力、智能化和自適應(yīng)化都是不可忽視的重點(diǎn)方向。

實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可以考慮采用具有良好彈性和可塑性的材料，讓機(jī)器人具備良好的恢復(fù)能力，同時(shí)采用可伸縮的連桿和可變形的關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的形狀變化和尺寸調(diào)節(jié)。柔性機(jī)器人需要具備多種感知能力，可以使用集成化的傳感器來獲取更全面、更準(zhǔn)確的環(huán)境信息，同時(shí)對(duì)得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析，得到關(guān)鍵的環(huán)境特征并以此建立模型而實(shí)現(xiàn)智能的決策和規(guī)劃。將多個(gè)機(jī)器人組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，并進(jìn)行合理的分工，通過網(wǎng)絡(luò)通信來實(shí)現(xiàn)信息共享和任務(wù)分配，使機(jī)器人間能夠理解其他機(jī)器人的意圖和行為，然后進(jìn)行更好的合作。機(jī)器人團(tuán)隊(duì)可以通過數(shù)據(jù)共享和融合來協(xié)同感知和決策，從而進(jìn)行更加靈活的任務(wù)規(guī)劃和任務(wù)執(zhí)行。通過升級(jí)傳感器技術(shù)、提升感知和決策算法以及自主學(xué)習(xí)優(yōu)化等手段來使機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)不同的工作任務(wù)和工作環(huán)境的要求，提升制造生產(chǎn)的靈活性和生產(chǎn)效率。

進(jìn)行了學(xué)習(xí)和算法優(yōu)化的機(jī)器人可以對(duì)自身的工具、姿態(tài)和參數(shù)等進(jìn)行更復(fù)雜的調(diào)整從而適應(yīng)更多的生產(chǎn)需求，還可以通過更優(yōu)的感知和決策能力來自主地進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，并且能與人類產(chǎn)生更多的交互來進(jìn)行更好的協(xié)作。

3.4 可持續(xù)性

在能源成本不斷上升的情況下，能源效率是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。在當(dāng)前全球推進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略的大背景下，采用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)來減少能源消耗、降低運(yùn)營成本是大勢(shì)所趨［6］。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制算法，機(jī)器人完成任務(wù)的效率變高、設(shè)計(jì)更加節(jié)能，從而能夠達(dá)到能耗降低、材料消耗減少的效果。采用更加清潔的能源和更加環(huán)保的材料是可持續(xù)性機(jī)器人發(fā)展的必經(jīng)之路。未來，綠色機(jī)器人、具有自主能源供應(yīng)的機(jī)器人和智能能源管理的機(jī)器人必然會(huì)成為人們的首選。

4 結(jié)語

目前，機(jī)器人在制造過程中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，涵蓋了加工和制造、包裝和裝配、檢測(cè)和質(zhì)量控制、物料處理和搬運(yùn)、倉儲(chǔ)和物流等多個(gè)領(lǐng)域。機(jī)器人在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線，能夠完成重復(fù)、危險(xiǎn)和高強(qiáng)度的工作，制造業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還降低了人力成本和風(fēng)險(xiǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的變化，機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大，并且呈現(xiàn)出小型化、輕型化、柔性化和可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)。隨著社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的要求不斷提高，機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用也越來越注重能源效率、材料循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)。這些趨勢(shì)將為制造業(yè)帶來更高效、智能和可持續(xù)的生產(chǎn)方式，并推動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡畔“. 機(jī)器人+”正重新定義制造業(yè)[N]. 中國經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào)，2023-07-14（4）.

[2] 吳忠秀，薛文瓏，陳力.一種物流配送機(jī)器人路徑搜索啟發(fā)式算法研究[J/OL]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造：1-9[2023-09-19].https：//doi.org/10.19356/j.cnki.1001-3997.20230905.017.

[3] 邵明志，何濤，朱永平，等.基于多傳感器信息融合移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位研究[J]. 機(jī)床與液壓， 2023， 51（5）：8-13.

[4] 劉生承，馬超，陳京宇.工業(yè)4.0背景下物料搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化策略[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2023（16）：71-76.

[5] 崔興毅. 機(jī)器人總動(dòng)員：瞧瞧它們的新絕活[N]. 光明日?qǐng)?bào)，2023-08-31（16）.

[6] 傅翠曉，李航褀. 工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局與創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)[J]. 張江科技評(píng)論，2023（2）：54-57.