肖小康

摘 要：機(jī)器人于上個(gè)世紀(jì)六十年代問(wèn)世，多年來(lái)，經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家的研究與實(shí)踐，獲得了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其中，工業(yè)機(jī)器人因?yàn)榫哂行矢叨夷芴岣呱a(chǎn)過(guò)程中的安全性等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)許多行業(yè)尤其是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文在對(duì)工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，對(duì)我國(guó)各個(gè)行業(yè)中工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的典型案例及工業(yè)機(jī)器人未來(lái)可能應(yīng)用的范圍進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;自動(dòng)化;技術(shù)

我國(guó)在過(guò)去的幾十年間因?yàn)榻邮樟税l(fā)達(dá)國(guó)家大量的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移且勞動(dòng)力充足、價(jià)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(guó)勞動(dòng)力成本逐漸上升，相比于其他國(guó)家在生產(chǎn)成本方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不是很明顯了，再加上現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家試圖通過(guò)制造業(yè)的回歸改善國(guó)內(nèi)就業(yè)、經(jīng)濟(jì)等形勢(shì)，我國(guó)制造業(yè)尤其是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)許多行業(yè)都積極用工業(yè)機(jī)器人來(lái)逐步替換人工作業(yè)方式，以達(dá)到效率的提升和成本的下降。

一、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的探討

（一）工業(yè)機(jī)器人概念

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

（二）工業(yè)機(jī)器人構(gòu)成

一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人由機(jī)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(xì)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等6個(gè)子系統(tǒng)。

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人按機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同可以分為串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人兩種類型。早期的工業(yè)機(jī)器人具有一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)造成影響的特點(diǎn)，被稱為串聯(lián)機(jī)器人，而與此相對(duì)的并聯(lián)機(jī)器人，它的軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)并不會(huì)對(duì)其他軸產(chǎn)生影響。因此，并聯(lián)機(jī)器人在承載力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強(qiáng)度等方面與串聯(lián)機(jī)器人相比優(yōu)勢(shì)比較突出，此外，在位置求解上相對(duì)串聯(lián)機(jī)器人來(lái)說(shuō)并聯(lián)機(jī)器人更加擅長(zhǎng)反解，正解對(duì)它而言很不容易。

2、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

就目前而言，工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要包括液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種。

液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)楣β蕟卧恐?、昂貴，以及有噪聲、泄露等問(wèn)題，性價(jià)比不是很高，目前只在大型載重機(jī)器人和一些特殊的工業(yè)機(jī)器人等機(jī)器人的系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用;氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有構(gòu)造簡(jiǎn)潔、維護(hù)方便、成本較低、速度較快等優(yōu)點(diǎn)，但是由于在工作時(shí)壓強(qiáng)太低，不容易進(jìn)行精確定位，所以一般被用來(lái)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器;電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)今的主要驅(qū)動(dòng)方式，可以細(xì)分為四種，每種又各有其特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。

3、感知系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)是機(jī)器人用來(lái)把檢測(cè)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(cè)與自身相關(guān)的數(shù)據(jù)（例如速度，距離，力等）外，機(jī)器人還可以通過(guò)視覺(jué)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(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)

機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人用來(lái)協(xié)調(diào)其自身與外部環(huán)境設(shè)備進(jìn)行工作的系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)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(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人與人進(jìn)行互動(dòng)的系統(tǒng)，人可以利用此系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)終端、控制臺(tái)等就屬于人機(jī)交互系統(tǒng)。

6、控制系統(tǒng)

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

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

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

（一）激光加工機(jī)器人

激光加工機(jī)器人是一種用于對(duì)工件進(jìn)行激光加工的機(jī)器人技術(shù)，利用離線方式編程或示教盒對(duì)激光機(jī)器人進(jìn)行控制，使其自動(dòng)檢測(cè)加工工件并對(duì)其進(jìn)行具體加工。無(wú)論是對(duì)工件進(jìn)行表面處理，還是進(jìn)行磨具修復(fù)，或者是打孔，激光加工機(jī)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(guò)程中大量應(yīng)用激光加工機(jī)器人來(lái)進(jìn)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(jī)器人

裝配機(jī)器人可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行配套使用，而且具有精度高和柔順性好等特點(diǎn)，經(jīng)常被作為核心設(shè)備應(yīng)用于柔性自動(dòng)化裝配系統(tǒng)中，幫助廠家進(jìn)行高效、高質(zhì)量的裝配工作。例如在手機(jī)及其他各種電器的裝配工作中經(jīng)?？梢钥吹窖b配機(jī)器人對(duì)各類組件進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)裝配速率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。

（三）噴涂機(jī)器人

噴涂工作會(huì)給人體帶來(lái)許多健康方面的問(wèn)題，而且噴涂工作往往強(qiáng)度較高，而機(jī)器人不僅不用擔(dān)心健康問(wèn)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(huì)利用噴涂機(jī)器人來(lái)進(jìn)行噴涂作業(yè)。而且采用密封設(shè)計(jì)手段制造的關(guān)節(jié)型噴涂機(jī)器人自由度很高，運(yùn)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(guó)家電網(wǎng)甘肅平?jīng)龇止驹诖罹€的過(guò)程中，首次使用噴涂機(jī)器人進(jìn)行絕緣材料的噴涂，在此過(guò)程中，噴涂機(jī)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(yùn)機(jī)器人

搬運(yùn)機(jī)器人在計(jì)算機(jī)的控制下具有移動(dòng)、導(dǎo)航、傳感器控制等功能，能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地將貨物快速運(yùn)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(jìn)步，搬運(yùn)機(jī)器人現(xiàn)在還常常在快遞行業(yè)、機(jī)場(chǎng)等進(jìn)行分揀和運(yùn)輸工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人的各項(xiàng)性能都在不斷提升，在未來(lái)將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用 。

三、工業(yè)機(jī)器人未來(lái)應(yīng)用情況探討

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

（一）醫(yī)用機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人具有穩(wěn)定性、續(xù)航性、精確性強(qiáng)等特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用在不久后或可以實(shí)現(xiàn)。比如說(shuō)外科手術(shù)方面，可以利用計(jì)算機(jī)或外科醫(yī)生來(lái)進(jìn)行主導(dǎo)，控制機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)，或者隨著科技的發(fā)展醫(yī)用機(jī)器人產(chǎn)生智能后，可擺脫對(duì)人的依賴，依靠數(shù)據(jù)庫(kù)等利用自身的優(yōu)勢(shì)自主進(jìn)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(jī)器人

未來(lái)工業(yè)機(jī)器人或許可以被應(yīng)用于復(fù)雜的水下環(huán)境，進(jìn)行能源勘探、地形勘探、沉船打撈、水下救援等活動(dòng)，比如說(shuō)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(jià)值，我們可以利用水下探測(cè)機(jī)器人去沉船多發(fā)地進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)到結(jié)果之后將打撈機(jī)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(yǔ)：由于人口眾多及制造業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)目前已經(jīng)成為世界上最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，但是巨大的市場(chǎng)利潤(rùn)大多數(shù)都被國(guó)外廠商所攫取，他們憑借著專利技術(shù)控制著工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格，賺取了巨額利潤(rùn)。因此，我國(guó)應(yīng)該加大在工業(yè)機(jī)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(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)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(jí)，并力爭(zhēng)在未來(lái)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。

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