王浩

摘 要：工業(yè)機(jī)器人主要是指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)械裝置。它能夠借助自身動(dòng)力及控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能，可按照預(yù)設(shè)程序運(yùn)行，完成各種工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展及不斷成熟對傳統(tǒng)制造業(yè)等勞動(dòng)密集產(chǎn)業(yè)升級具有重要的意義?？梢哉f，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)解放了生產(chǎn)力，進(jìn)一步提升了工業(yè)生產(chǎn)效率及質(zhì)量，也在一定程度上降低了人力資源成本，有利于創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。基于此，本文對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了探討，并提出了相關(guān)觀點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概述

工業(yè)機(jī)器人是多種先進(jìn)技術(shù)共同結(jié)合所獲得綜合技術(shù)產(chǎn)物，所涉及的技術(shù)包括機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、傳感器、信息通信等等。工業(yè)機(jī)器人源于20世紀(jì)60年代，Victor Scheinman在1969年發(fā)明了斯坦福機(jī)械。這個(gè)全電動(dòng) 6 軸鉸接式機(jī)器人，能夠在可達(dá)空間內(nèi)完成任意運(yùn)動(dòng)路徑。至20世紀(jì)70年代初，ABB 與 KUKA公司將工業(yè)機(jī)器人全面推向市場，其中ABB公司所推出的IRB6是世界上第一款由微處理器控制的商業(yè)化工業(yè)機(jī)器人?，F(xiàn)階段，瑞典 ABB公司、德國 KUKA公司、日本 FANUC 公司及日本安川電機(jī)公司是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的標(biāo)桿，在全球市場范圍內(nèi)占據(jù)了極大的市場份額，是行業(yè)中的佼佼者。在相關(guān)技術(shù)不斷成熟的情況下，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，包括汽車、金屬加工、金屬鍛造、塑料制造、石化、電子等行業(yè)均有工業(yè)機(jī)器人涉足。工業(yè)機(jī)器人基本上能夠替代人工完成裝配、焊接、噴涂等多項(xiàng)工作，進(jìn)一步提升了工業(yè)生產(chǎn)效率及質(zhì)量。與歐美、日本等國家相比，我國工業(yè)機(jī)器人起步較晚，整體技術(shù)水平存在著一定差距。隨著工業(yè)4.0概念的提出，我國初步制定了《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，這標(biāo)志著未來一段時(shí)間內(nèi)我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將迎來巨大的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也將成為新的藍(lán)海。

2 工業(yè)機(jī)器人特點(diǎn)分析

工業(yè)機(jī)器人控制方式與數(shù)控機(jī)床有所相似，但也具備了一定特點(diǎn)，具體如下：（1）擬人化。擬人化是工業(yè)機(jī)器人最為顯著的特點(diǎn)之一。機(jī)械臂結(jié)構(gòu)具備了類似人類小臂、大臂、手腕等部分，通過計(jì)算機(jī)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)生物仿生，可模擬人類手臂的各種操作。另外，在工業(yè)機(jī)器人上加入各種傳感器如視覺傳感器、聲音傳感器、力傳感器等能夠進(jìn)一步強(qiáng)化工業(yè)機(jī)器人對外部環(huán)境的感知能力，有利于提升工業(yè)機(jī)器人對周圍環(huán)境的適應(yīng)力。（2）可編程。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，可根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)、生產(chǎn)環(huán)境，隨時(shí)對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)柔性啟動(dòng)化。也就是說，在工業(yè)機(jī)器人硬件設(shè)備變動(dòng)不大的情況下，通過軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化的任務(wù)，既保證了工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的靈活性，也有效節(jié)約了工業(yè)生產(chǎn)成本。（3）適用性廣。除了少數(shù)專業(yè)領(lǐng)域外，普通工業(yè)機(jī)器人在不同工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)中均能夠適用，具有良好的通用性。配合各類傳感器，能夠讓工業(yè)機(jī)器人具備圖像識別能力、語言理解能力，甚至是記憶能力，可以進(jìn)一步拓展工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。

3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用情況

目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，在工業(yè)、醫(yī)療、軍事、科研等領(lǐng)域均有所應(yīng)用。特別是在制造業(yè)當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人具有良好的適用性。借助工業(yè)機(jī)器人，人們可以完成一些單調(diào)且繁重的重復(fù)性作業(yè)。大多數(shù)情況下，工業(yè)機(jī)器人并不會(huì)受到外部環(huán)境所約束，即便外部環(huán)境較為惡劣，依然能夠作業(yè)。在進(jìn)行搬運(yùn)、噴涂等加工制造時(shí)，采取工業(yè)機(jī)器人，有利于降低相關(guān)化學(xué)材料對人體的危害。汽車制造業(yè)是工業(yè)機(jī)器人重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，全球范圍內(nèi)接近40%的工業(yè)機(jī)器人都被應(yīng)用于汽車制造當(dāng)中，為汽車工業(yè)發(fā)展奠定了良好的設(shè)備基礎(chǔ)與技術(shù)基礎(chǔ)。將工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床結(jié)合起來，能夠進(jìn)一步提升數(shù)控機(jī)床的加工性能，可滿足數(shù)字柔性化制造需求。在熱加工生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人可用于鑄造、噴砂、清理、鑄件運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)；在冷加工設(shè)備生產(chǎn)當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人可用于曲柄壓力機(jī)、模壓曲柄彎管機(jī)、螺旋壓力機(jī)等；在裝配生產(chǎn)當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人不僅能夠進(jìn)行自動(dòng)化裝配，還能夠完成批量化零件裝配作業(yè)?？傮w上來看，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)十分成熟，未來隨著傳感器技術(shù)、信息通信技術(shù)、仿生技術(shù)等不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人將具備更強(qiáng)大的性能，也將具備更為廣闊的應(yīng)用空間。

4 工業(yè)機(jī)器人核心制造技術(shù)分析

在工業(yè)機(jī)器人制造過程中，需要一些核心技術(shù)作為支持：（1）靈巧操作技術(shù)。靈巧操作技術(shù)主要體現(xiàn)在機(jī)械手及機(jī)械臂領(lǐng)域。在感知、高精度、高可靠性、控制性等方面進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，借助獨(dú)立關(guān)節(jié)、多元化傳感器、創(chuàng)新機(jī)構(gòu)等，最終實(shí)現(xiàn)人手級別的觸覺感知陣列。具備良好動(dòng)力學(xué)性能的機(jī)械臂，能夠在各種生產(chǎn)、加工環(huán)境中進(jìn)行靈活作業(yè)。在驅(qū)動(dòng)器方面及創(chuàng)新機(jī)構(gòu)方面，對機(jī)械裝置機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改良，能夠進(jìn)一步提升工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度。（2）感知系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人感知系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)部信息及環(huán)境信息轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人自身或機(jī)器人之間可理解的數(shù)據(jù)或信息。同時(shí)，在各種傳感器的作用下，工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)λ俣取⑽灰?、力等進(jìn)行感知，甚至具備視覺感知能力。工業(yè)機(jī)器人的視覺感知能力主要是通過視覺伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等。該系統(tǒng)可將傳感器獲得的視覺信息化為反饋信號，從而對機(jī)器人位置及狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。（3）運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。為了保證工業(yè)機(jī)器人的工作效率，讓工業(yè)機(jī)器人能夠在盡可能短的時(shí)間周期內(nèi)完成指定任務(wù)，必然要對其進(jìn)行合理的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃主要包括軌跡規(guī)劃，軌跡規(guī)劃主要是讓機(jī)器人關(guān)節(jié)空間移動(dòng)時(shí)間盡可能短或能量盡量減少；路徑規(guī)劃主要是讓路徑盡量遠(yuǎn)離障礙物，并縮短路徑長度。在路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上加入時(shí)間序列信息，便能夠?qū)C(jī)器人速度及加速度進(jìn)行有效規(guī)劃，從而滿足光滑性及速度可控性要求。對關(guān)節(jié)空間路徑進(jìn)行規(guī)劃，其效果要優(yōu)于操作空間路徑規(guī)劃。對關(guān)節(jié)路徑進(jìn)行規(guī)劃，可有效避免機(jī)器人在操作空間中奇異性問題，也可避免大量逆運(yùn)動(dòng)學(xué)與正運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算。（4）在線參數(shù)自整定技術(shù)。現(xiàn)階段，伺服系統(tǒng)均具備該功能，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人參數(shù)辨識，包括關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、PID參數(shù)自整定等。通過對相關(guān)辨識算法進(jìn)行優(yōu)化，能夠讓伺服驅(qū)動(dòng)器對工況進(jìn)行自動(dòng)判斷，從而實(shí)現(xiàn)智能化參數(shù)控制。

5 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)未來展望

在工業(yè)機(jī)器人未來發(fā)展過程中，會(huì)逐漸朝著民生方向發(fā)展。也就是說，工業(yè)機(jī)器人會(huì)逐漸蔓延到民用生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)中，這對于提升社會(huì)整體生產(chǎn)力而言具有重要的意義。一方面，需要加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人模擬人類智能行為的程度；另一方面，需要不斷提升工業(yè)機(jī)器人的邏輯推理能力。除了智能化以外，多機(jī)協(xié)調(diào)及標(biāo)準(zhǔn)化也是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的重要方向。多機(jī)協(xié)調(diào)意味著不同的工業(yè)機(jī)器人能夠相互協(xié)調(diào)，共同完成生產(chǎn)作業(yè)，有利于提升整體工作效率；標(biāo)準(zhǔn)化則有利于工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，便于維護(hù)及維修。綜合來看，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)相當(dāng)?shù)母叨?，但在部分環(huán)節(jié)上依然具備改善空間，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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