陳文強(qiáng)

（內(nèi)蒙古君正能源化工集團(tuán)股份有限公司，內(nèi)蒙古烏海 016000）

0 引言

在工業(yè)革命的大背景下，各種新的科學(xué)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，特別是20 世紀(jì)中葉以來，電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，是為人類社會的變革產(chǎn)生很多積極影響。我國自改革開放以來，工業(yè)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平明顯提高，社會生產(chǎn)力也取得了長足進(jìn)步，很多新的科學(xué)技術(shù)成果廣泛應(yīng)用到人們生活的各個領(lǐng)域，為國家的興旺發(fā)達(dá)注入了強(qiáng)勁的動力。除了電腦、電冰箱、電視機(jī)、汽車、手機(jī)等工程產(chǎn)品外，工業(yè)機(jī)器人作為一種新型高精尖技術(shù)的代表，也逐漸出現(xiàn)在工業(yè)、民用及軍事等各個領(lǐng)域，對現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生了積極和深刻的影響。

黨中央、國務(wù)院高度重視先進(jìn)技術(shù)研究開發(fā)，不僅在政策、項(xiàng)目、財(cái)力等方面給予了大力支持，投入了大量的資金與技術(shù)支持，更重要的是在人才隊(duì)伍建設(shè)方面也給予高度支持，在高科技領(lǐng)域也產(chǎn)生了很多新的先進(jìn)技術(shù)。特別是工業(yè)機(jī)器人研發(fā)水平也得到了長足進(jìn)步，逐步在國民經(jīng)濟(jì)及國家安全事務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮了明顯作用，也在很多層面反映出國家的科技發(fā)展水平。

1 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及主要類型

1.1 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人作為借助現(xiàn)代高新技術(shù)研發(fā)出來的一個系統(tǒng)工程，其主要結(jié)構(gòu)包括有人機(jī)操作界面、運(yùn)動控制器及驅(qū)動器，同時還包括機(jī)器人機(jī)械本體。其中，人機(jī)界面的作用是指揮系統(tǒng)功能，負(fù)責(zé)將操作人員意志轉(zhuǎn)化為機(jī)器人實(shí)際操作動作，也就是命令指揮中心；運(yùn)動控制器的功能是在接到人機(jī)界面發(fā)出指令后，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個構(gòu)件執(zhí)行具體動作，確保機(jī)器人正確按照人機(jī)界面發(fā)出的指令和要求工作，是執(zhí)行運(yùn)動機(jī)構(gòu)；驅(qū)動器的功能主要是為運(yùn)動控制器提供動力的裝置，也就是動力源；機(jī)械本體就是動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)執(zhí)行人機(jī)界面發(fā)出的指令是完成各種動作的最直接部件，包括各種動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。另外，還有傳感器等一些能夠協(xié)助機(jī)器人機(jī)械本體檢測機(jī)位、受力、溫度、光照等周邊工作環(huán)境的輔助裝置[1]。這些部件之間是緊密聯(lián)系、相互協(xié)作，最終形成一個閉環(huán)的系統(tǒng)工程。因此，工業(yè)機(jī)器人在完成相關(guān)指令操作時，各個構(gòu)件之間就是一個相互協(xié)調(diào)配合的復(fù)雜系統(tǒng)，最終通過人機(jī)協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)操作人員意愿，共同發(fā)揮出應(yīng)有的功能。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的分類

從傳統(tǒng)實(shí)踐來看，工業(yè)機(jī)器人的分類主要依據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和承載力的高低。從關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)方面來劃分，通常將工業(yè)機(jī)器人劃分為3 代機(jī)器人：智能機(jī)器人、示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人和離線編程機(jī)器人。不斷更新?lián)Q代的工業(yè)機(jī)器人能夠帶來更多功能方面的豐富和優(yōu)化，從而在生產(chǎn)、生活中為人們提供更多優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。針對工業(yè)機(jī)器人能夠承擔(dān)工作能力來劃分，可以將其劃分為超大型機(jī)器人、大型機(jī)器人、中型機(jī)器人、小型機(jī)器人和微型機(jī)器人。在使用過程中，要正確分析工作中需要承擔(dān)的最大標(biāo)稱重量，再根據(jù)說明書載明的最大荷載力來選取合適型號的機(jī)器人，避免造成資源浪費(fèi)或者是機(jī)器損傷。在當(dāng)前國家對智能機(jī)器人的研發(fā)高度重視的背景下，工業(yè)機(jī)器人即將迎來更多發(fā)展的好政策和機(jī)遇，也會給智能機(jī)器人的推廣應(yīng)用帶來很大的發(fā)展空間，能夠給各領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展注入新動能。在研究發(fā)展工業(yè)機(jī)器人時，應(yīng)重點(diǎn)從其基本屬性方面考慮，比如分析應(yīng)用范圍、關(guān)鍵核心技術(shù)、最大承擔(dān)工作載荷能力等，這些都是應(yīng)該用作劃分參考依據(jù)的。如果把應(yīng)用領(lǐng)域作為劃分工業(yè)機(jī)器人的依據(jù)，就不難發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人在社會經(jīng)濟(jì)生活等諸多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，比如醫(yī)學(xué)、采礦、裝卸等[2]。在軍事領(lǐng)域其應(yīng)用更為廣泛，在戰(zhàn)場上可以代替軍人完成一些危險的軍事任務(wù)。

2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

追溯工業(yè)機(jī)器人的歷史淵源，最初主要是用于汽車制造領(lǐng)域。早在20 世紀(jì)60 年代，美國的汽車制造企業(yè)就已經(jīng)開始在生產(chǎn)環(huán)節(jié)運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人。這也是工業(yè)機(jī)器人正式為人類生產(chǎn)活動提供服務(wù)的標(biāo)志，在機(jī)器人的發(fā)展歷史中具有里程碑式的意義。在隨后較長一段時期范圍內(nèi)，通過科研人員不斷改進(jìn)和完善，促使美國成為當(dāng)今具有最為成熟機(jī)器人技術(shù)的國家，奠定了美國在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，這也為長期鞏固美國工業(yè)強(qiáng)國的地位提供了技術(shù)支撐。20 世紀(jì)80 年代以來，日本、俄羅斯和眾多西方發(fā)達(dá)國家的工業(yè)機(jī)器人研發(fā)工作也取得長足進(jìn)步，很多工業(yè)機(jī)器人水平在某些領(lǐng)域也具有與美國相當(dāng)?shù)膶?shí)力，呈現(xiàn)出了多極化發(fā)展、百花齊放的局面，也促使了工業(yè)機(jī)器人向著更加智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向努力，也更有利于促進(jìn)世界工業(yè)化良性快速發(fā)展。

2.2 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r

工業(yè)機(jī)器人具有降低制造成本、減輕勞動強(qiáng)度和安全性高的顯著特點(diǎn)。我國作為世界上第一工業(yè)制造大國，對于工業(yè)機(jī)器人需求和市場推廣有更加迫切的要求。為了在工業(yè)機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域搶占一席陣地，國內(nèi)在20 世紀(jì)70 年代就已經(jīng)開展工業(yè)機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用工作。在第七個五年計(jì)劃期間，重點(diǎn)加強(qiáng)了對電子技術(shù)、智能技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、基礎(chǔ)元器件和工業(yè)機(jī)器人研究開發(fā)工作，走出了一條具有中國特色的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展新路子。90 年代期間，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人已逐步進(jìn)入了生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)。特別是在第九個五年計(jì)劃期間，國家依托“863”項(xiàng)目的支持，先后建立了新松機(jī)器人和北京機(jī)械工業(yè)自動化所等9 家智能機(jī)器人研發(fā)基地，并在20 世紀(jì)末期就進(jìn)入了的市場流通，使工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了加速發(fā)展的快車道。21 世紀(jì)以來，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場需求呈火爆趨勢，每年的增長率在15%～20%，主要應(yīng)用在汽車裝配領(lǐng)域，可以從事焊接、檢測、裝配、搬運(yùn)、打磨、拋光等工種。從市場領(lǐng)域來看，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人主要面向國內(nèi)市場，也有少量出口國外。從市場前景來看，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人仍有十分廣闊的市場空間與發(fā)展前景。不過，在技術(shù)手段方面我國的機(jī)器人研發(fā)與美國、日本等有一定差距，但這差距也在逐步縮小，甚至在某些領(lǐng)域要領(lǐng)先于這些國家。特別是我國在量子技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域，也有了自己比較成熟的技術(shù)體系，在當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域走在了同類產(chǎn)品前列。

3 工業(yè)機(jī)器人未來發(fā)展趨勢

3.1 進(jìn)一步找準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展定位

21 世紀(jì)是知識爆炸的時代。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程不斷加快，人工勞動力成本逐年增加，機(jī)器人自身的顯著特征決定了其在未來工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。按照時代發(fā)展規(guī)律，工業(yè)機(jī)器人在未來工業(yè)應(yīng)用中要滿足靈活、價低、安全可靠基本要求。機(jī)器人研發(fā)機(jī)構(gòu)應(yīng)圍繞這些要求，著力在科學(xué)劃分各功能模塊方面下功夫，以滿足不同客戶的個性需求，并可通過優(yōu)化部分配件結(jié)構(gòu)使其功能得到更加全面的發(fā)揮。此外，由于機(jī)器人特有的精密屬性，要重點(diǎn)防止其在運(yùn)輸和使用過程中的損壞。因?yàn)槠渚S修和更新成本將會導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本增加。因此，在研發(fā)工業(yè)機(jī)器人時，其應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性也應(yīng)作為一個重要因素來重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 改進(jìn)和優(yōu)化機(jī)器人機(jī)體結(jié)構(gòu)

隨著世界各種文化思潮的共生交融，很多常用的電子產(chǎn)品也充分迎合人們的個性需求，做了相應(yīng)的變革和優(yōu)化，實(shí)用性、便攜式往往成為主要潮流。比如，計(jì)算機(jī)越來越趨向于便攜式，手機(jī)也是從最初笨重的大哥大時代演化而來，彰顯了鮮明的時代特征。針對工業(yè)機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的變化，研發(fā)和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)把研究中心側(cè)重于能夠滿足更多惡劣極端環(huán)境的深潛機(jī)器人、排爆機(jī)器人、空天機(jī)器人、搜救機(jī)器人等不同類型，甚至還可以研發(fā)出借助人力實(shí)施醫(yī)療手術(shù)的醫(yī)用機(jī)器人。針對不同用途的機(jī)器人，在設(shè)計(jì)其機(jī)體結(jié)構(gòu)時要有所側(cè)重，如：搜救機(jī)器人要考慮其是否能夠在復(fù)雜環(huán)境下通行；而醫(yī)用手術(shù)機(jī)器人則可以結(jié)合微創(chuàng)手術(shù)的特征來進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量做到小之又小，盡量減少對人體組織的創(chuàng)傷?？傊?，個性化需求也必將是未來工業(yè)機(jī)器人的一個重點(diǎn)方向。

3.3 高科技應(yīng)用機(jī)器人將成為重要研發(fā)方向

機(jī)器人能夠成為“人”，其最關(guān)鍵的特征就是能夠具有思維能力。未來機(jī)器人的一個重要研發(fā)方向應(yīng)該是融合更多的人工智能。如果機(jī)器人缺乏了人工智能，其與傳統(tǒng)生產(chǎn)車間里普通作業(yè)機(jī)械沒有本質(zhì)上的差別[3]。隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω咧悄芑臋C(jī)器人需求更加旺盛。在未來研究方向，機(jī)器人應(yīng)該是十八般武藝樣樣精通。從當(dāng)前能夠看到的除險機(jī)器人、深潛機(jī)器人等應(yīng)用領(lǐng)域來分析，人工智能的嵌入要保證機(jī)器人具有一定的獨(dú)立思考能力，能應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的工作需要。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷深入，各個國家之間的競爭主要是科技和人才的競爭。在此背景下，工業(yè)機(jī)器人主要向智能化和高精尖技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人要想在激烈的國際競爭中占有重要地位，應(yīng)該要充分查找自身存在的短板所在，切實(shí)加強(qiáng)國際間科學(xué)技術(shù)交流合作，掌握尖端核心技術(shù)，從而推動工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。