馬超凡

(吉林商務(wù)旅游學(xué)校，吉林 吉林 132013)

0 引言

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，制造業(yè)已經(jīng)開始向著實(shí)現(xiàn)智能制造的模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。在這一背景下，我國(guó)也適時(shí)出臺(tái)了《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃，各地政府也相繼制定了配套政策和區(qū)域內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。而在這些政策文件和發(fā)展規(guī)劃中，工業(yè)機(jī)器人都被視作智能制造模式中不可或缺的關(guān)鍵組成要素，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)引起了社會(huì)的高度重視和廣泛關(guān)注。

智能制造的顯著特點(diǎn)就是降低制造活動(dòng)對(duì)人為的依賴，通過以機(jī)代人的方式來提升制造過程管控的智能性。而工業(yè)機(jī)器人正是解決以機(jī)代人問題的關(guān)鍵所在，它不僅可以降低對(duì)人為的依賴，而且能夠顯著提升工作效率，同時(shí)在人力成本不斷上漲的當(dāng)下，推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用還可以解決制造企業(yè)勞動(dòng)力不足的困境。本文對(duì)智能制造時(shí)代下當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步就其發(fā)展的新趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)探討，希望對(duì)推動(dòng)相關(guān)工作的前進(jìn)能夠有所借鑒。

1 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國(guó)家和各地政府都在倡導(dǎo)推動(dòng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)和提質(zhì)增效，同時(shí)也伴著《中國(guó)制造2025》等戰(zhàn)略規(guī)劃的提出，高端數(shù)控基礎(chǔ)、工業(yè)機(jī)器人、載人航天器、基礎(chǔ)工藝和裝備等領(lǐng)域均取得了一定程度的創(chuàng)新和突破，工業(yè)機(jī)器人的研制能力和技術(shù)水平等方面均取得了較大改善?？偟膩碚f，我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)形成了較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，從機(jī)器人的本體到關(guān)節(jié)減速器、伺服電機(jī)等關(guān)鍵零部件，基本都可以進(jìn)行自主生產(chǎn)，而且產(chǎn)品在汽車生產(chǎn)等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用(見圖1)。此外，還有一小部分科研單位和生產(chǎn)企業(yè)對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)中涉及到的全部技術(shù)環(huán)節(jié)和要素均實(shí)現(xiàn)了完全掌握，在工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及其關(guān)鍵零部件等核心技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)和國(guó)外縮小了差距，這些都表明我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)從早前模仿和追趕國(guó)外的階段向著自主研發(fā)的階段進(jìn)行邁進(jìn)。

圖1 汽車生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人

雖然我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)步迅速，但這還遠(yuǎn)未達(dá)到徹底完善的地步。比如很多高精端領(lǐng)域使用的工業(yè)機(jī)器人依然依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行軌跡精度、末端定位精度以及重復(fù)定位精度等方面還存在一定程度的落后；工業(yè)機(jī)器人在硬件制造方面進(jìn)步明顯，但在控制系統(tǒng)、編程語言以及標(biāo)定校準(zhǔn)方法等方面還存在發(fā)展滯后；工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及其關(guān)鍵零部件在性能測(cè)試、精度檢測(cè)以及誤差補(bǔ)償?shù)确矫孢€存在不少空白領(lǐng)域需要填補(bǔ)。所以，必須對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究做進(jìn)一步深化，要與當(dāng)前智能制造的發(fā)展理念相互協(xié)調(diào)，使工業(yè)機(jī)器人能夠在智能制造模式中發(fā)揮出關(guān)鍵作用。

2 智能制造時(shí)代工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)

2.1 提高仿生性和系統(tǒng)整體性，適用范圍更廣

在智能制造模式下，很多傳統(tǒng)的人工操作環(huán)節(jié)都會(huì)被自動(dòng)化裝備取代，比如工業(yè)機(jī)器人，所以工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化程度會(huì)顯著增強(qiáng)。而伴隨著科技水平和制造能力的提升，工業(yè)機(jī)器人的成本會(huì)不斷下降，而使用性能卻不斷增強(qiáng)。目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人大多是以機(jī)械臂的形式存在，其原理是通過對(duì)人手的模仿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)人工操作的替代，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這種工業(yè)機(jī)器人也是制造業(yè)乃至未來智能制造系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的，所以機(jī)械臂形式已經(jīng)成為了工業(yè)機(jī)器人的主要發(fā)展方向。同時(shí)，考慮到智能制造系統(tǒng)中廣泛采用了人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，再加上物聯(lián)網(wǎng)的支持，所以工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展也更呈現(xiàn)出軟、硬集成的系統(tǒng)性特點(diǎn)，而且軟件層面的控制系統(tǒng)和各個(gè)功能應(yīng)用模塊的重要性正在不斷提升。因工業(yè)機(jī)器人無論是在手臂外形結(jié)構(gòu)上還是在控制程序的編程開發(fā)上，都高度呈現(xiàn)出仿真擬人化的特點(diǎn)，所以其整體性能不斷得到提升優(yōu)化，在各種工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用可靠性也越來越高，適用范圍明顯更加廣泛。

2.2 加強(qiáng)與制造裝備、系統(tǒng)的自動(dòng)化集成應(yīng)用

在智能制造時(shí)代，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展要融入到智能制造的體系當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)與各種制造裝備的協(xié)調(diào)應(yīng)用。智能制造系統(tǒng)是1個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且涉及要素較多的系統(tǒng)，既有各種硬件設(shè)施，還包括海量的信息數(shù)據(jù)以及各種軟件程序。工業(yè)機(jī)器人作為該體系下的1個(gè)組成要素，要從硬件和軟件2個(gè)層面接入到系統(tǒng)當(dāng)中。硬件體系設(shè)計(jì)要結(jié)合具體的生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行科學(xué)布局，將工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、物料轉(zhuǎn)運(yùn)裝置按照生產(chǎn)邏輯進(jìn)行合理配置，確保生產(chǎn)路徑規(guī)劃的科學(xué)性與合理性。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)及通信模塊開發(fā)要考慮與制造系統(tǒng)兼容，既能正確接收并理解上位控制端發(fā)來的信息，又能進(jìn)一步將其解析轉(zhuǎn)化為執(zhí)行端的操作指令，通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)配合，完成預(yù)期動(dòng)作。總之，工業(yè)機(jī)器人作為制造系統(tǒng)中的生產(chǎn)執(zhí)行單元之一，其未來發(fā)展必將更加強(qiáng)調(diào)與系統(tǒng)的集成應(yīng)用特性，凸顯整個(gè)系統(tǒng)的“渾然一體”及對(duì)各個(gè)部分的“如臂使指”。

2.3 完善控制系統(tǒng)的功能，標(biāo)準(zhǔn)化程度更高

如果將工業(yè)機(jī)器人比作人，那么控制系統(tǒng)就相當(dāng)于“大腦”，是發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人具體功能的核心所在。目前工業(yè)機(jī)器人和外部的通信連接以及運(yùn)行控制都有賴于控制系統(tǒng)支持。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，尤其是人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的滲入，為工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化完善提供了強(qiáng)大動(dòng)力，控制系統(tǒng)的工作性能和控制精度正在逐步提升。比如在控制器方面，就由早前的專用封閉式向著開放式的方向發(fā)展，這使得工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)突破了專供束縛，更加顯現(xiàn)出通用特性，標(biāo)準(zhǔn)化程度大大提升?；诖?，工業(yè)機(jī)器人的部署應(yīng)用也顯得更為快捷，只需針對(duì)其在智能制造系統(tǒng)中的應(yīng)用情景進(jìn)行針對(duì)性的功能調(diào)整和模塊配置即可，無需再投入大量資源進(jìn)行完整系統(tǒng)的從頭開發(fā)，同時(shí)也為工業(yè)機(jī)器人的操作使用和管理維護(hù)帶來了極大便利。

2.4 傳感器融合配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)制造的智能感知與決策

人有多種感知器官，可以對(duì)感知到的信息進(jìn)行思維處理，并據(jù)此進(jìn)行各種操作決策。而將多傳感器技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)二者的融合配置，可以使機(jī)器人從思維和行動(dòng)決策等層面上對(duì)人類進(jìn)行仿生，進(jìn)而為高品質(zhì)的以機(jī)代入途徑的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。比如焊接機(jī)器人就朝著多傳感器融合配置的方向發(fā)展，通過視覺等傳感器的支持，可以對(duì)焊接中的焊炬等信息進(jìn)行有效獲取，以此為基礎(chǔ)采取優(yōu)化控制措施就能保住焊接的精確性。

3 結(jié)語

多傳感器集成技術(shù)的進(jìn)步及其與工業(yè)機(jī)器人的融合配置，使得工業(yè)機(jī)器人可以對(duì)操控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行多角度和全方位的感知，在此基礎(chǔ)上利用信息融合技術(shù)和智能信息處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)基于感知結(jié)果的智能決策控制，這對(duì)提升制造裝備的自動(dòng)化水平乃至整合系統(tǒng)的智能化水平意義重大。