崔歡歡，劉紅，曾學(xué)淑

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

“中國制造2025”明確了成為制造強(qiáng)國的目標(biāo)。機(jī)器人技術(shù)具有工作精度高、穩(wěn)定性好、重復(fù)性好、能在有害環(huán)境下工作等顯著優(yōu)點(diǎn)。在我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程中，機(jī)器人技術(shù)在變革生產(chǎn)模式、提高生產(chǎn)質(zhì)量、提高管理效率，緩解用人壓力等方面發(fā)揮了巨大作用。生產(chǎn)模式的革新是制造業(yè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要內(nèi)容，機(jī)器人的使用優(yōu)化生產(chǎn)線和生產(chǎn)分工，合理配置資源，提高品質(zhì)和效率。產(chǎn)品規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)性與產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性是衡量制造業(yè)水平的重要指標(biāo)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，易受內(nèi)外部因素的影響，無法完全保障產(chǎn)品的高質(zhì)量和穩(wěn)定性，機(jī)器人技術(shù)很好的克服了這類問題。近年來，隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制、圖像識(shí)別、傳感器與信號(hào)處理等行業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也相應(yīng)得到了很大的提高，使制造生產(chǎn)不斷邁向高端層次，成為制造業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容與支撐。機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成為新一次的科技和產(chǎn)業(yè)革命的重要方向，標(biāo)志著一個(gè)國家的創(chuàng)造力和競爭力。

1 我國機(jī)器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀

世界上首個(gè)機(jī)器人專利于1954年產(chǎn)生于美國，我國機(jī)器人技術(shù)起步較晚，第一臺(tái)機(jī)器人1980年誕生于中科院自動(dòng)化研究所。1983年，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃的開展與實(shí)施將機(jī)器人發(fā)展推向高潮，許多機(jī)器人研究院正式成立，許多企業(yè)也加入機(jī)器人的研發(fā)與應(yīng)用中。近些年來，我國對(duì)機(jī)器人的重視也從教育科研層次上明顯提升，很多高校逐漸增加了機(jī)器人專業(yè)方向，進(jìn)行機(jī)器人知識(shí)的學(xué)習(xí)和研究。江蘇省有14所院校都開設(shè)了機(jī)器人專業(yè)，在開設(shè)機(jī)器人專業(yè)方向的高校省份中位居第一，很多院校在雙一流評(píng)選結(jié)果中成功將機(jī)器人相關(guān)專業(yè)評(píng)選為一流專業(yè)。第一代工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造簡單，功能少，只是機(jī)械性地完成同一個(gè)功能，重復(fù)同一個(gè)動(dòng)作，主要應(yīng)用于周圍環(huán)境固定、變化小的工作場(chǎng)景。隨后，隨著傳感器、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展成熟，工業(yè)機(jī)器人具有更加靈敏、高智慧的特點(diǎn)。

經(jīng)過40多年的努力，機(jī)器人技術(shù)從最初的作業(yè)方式單一、重復(fù)等簡單工序轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣ヂ?lián)的一個(gè)狀態(tài)，并滲入多個(gè)行業(yè)中。當(dāng)下已有很多企業(yè)開始用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作，從事各種實(shí)際生產(chǎn)加工。雖然我國機(jī)器人在相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)上有所進(jìn)展，但我國機(jī)器人的發(fā)展也面臨著較多問題，最根本問題在于缺乏整體的核心技術(shù)，特別在整體裝配與生產(chǎn)工藝方面，沒有高速、高精密與高效的減速機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、控制器等關(guān)鍵零件。

2 機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)器人是指有多關(guān)節(jié)機(jī)械手或自由度高的自動(dòng)裝置，可以自動(dòng)開展工作。由于其具備便捷和高效的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于機(jī)器人焊接、自動(dòng)化加工、物流等制造生產(chǎn)領(lǐng)域。

2.1 機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用

焊接是國民生產(chǎn)中必不可少的基礎(chǔ)制造加工工藝，常因一些精度要求高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差（煙塵、弧光、噪聲）等實(shí)際情況對(duì)焊接人員的專業(yè)水平和身體素質(zhì)要求高。焊接機(jī)器人的出現(xiàn)，能夠自動(dòng)完成工件的傳送和焊接，解決了傳統(tǒng)焊接技術(shù)的問題，更好地提升了焊接品質(zhì)，保證了生產(chǎn)效能，保護(hù)了勞動(dòng)者的健康，很好的應(yīng)用于汽車零部件制造、鍋爐壓力容器件、國防兵器等方面。焊接機(jī)器人指擁有三個(gè)或者三個(gè)以上可自由編程的運(yùn)動(dòng)軸，依靠程序使機(jī)器人能夠按照預(yù)先規(guī)定的路徑及速度，把焊接工具送到指定位置的機(jī)器。目前，焊接機(jī)器人主要研究焊接追蹤技術(shù)、路徑規(guī)劃及離線編程技術(shù)、多機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)，還有專用弧焊電源、焊接工藝方法、特種機(jī)器人焊接、遙控焊接技術(shù)等方向。焊接機(jī)器人包含有視覺傳感器、聲音傳感器、觸覺傳感器等，使機(jī)器人在焊接時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管控，對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行精準(zhǔn)定位，且運(yùn)動(dòng)靈活性更高。焊接機(jī)器人系統(tǒng)能夠很好的兼容錯(cuò)誤代碼，數(shù)據(jù)處理的效能及準(zhǔn)確性都得到了改善。另外，基于VR的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，能將圖形技術(shù)與3D場(chǎng)景進(jìn)行有機(jī)融合，在焊接機(jī)器人生產(chǎn)監(jiān)控工作過程中加入仿真、鉆孔、開發(fā)等，從而實(shí)現(xiàn)虛擬遙控的功能，工作人員通過遠(yuǎn)程監(jiān)控確可以達(dá)到真實(shí)操作焊接機(jī)器人的感覺，進(jìn)行人機(jī)交互，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作。焊接機(jī)器人目前還缺乏高端產(chǎn)品，主要向集成化、智能化控制、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制、柔性化等方向發(fā)展。

2.2 機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

機(jī)器人在制造業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，廣泛應(yīng)用于鑄造、銑削加工、打磨、切割、裝配等，很多工廠、車間已基本全面解放人力，實(shí)現(xiàn)了無人化和全自動(dòng)化。機(jī)器人技術(shù)在鑄造生產(chǎn)時(shí)，利用3D打印技術(shù)原理，使金屬在較少時(shí)間內(nèi)形成快速成型，制造出的產(chǎn)品不光精度滿足要求，降低了傳統(tǒng)金屬熔化過程中，對(duì)工作人員身體造成的傷害，保證了鑄造生產(chǎn)的安全可靠。傳統(tǒng)依靠人力的打磨和拋光，需耗費(fèi)大量的精力和財(cái)力，還不能保障成品質(zhì)量。去除材料是機(jī)器人的強(qiáng)項(xiàng)技術(shù)，完善了傳統(tǒng)工藝的缺陷，適用于各種金屬材料，擴(kuò)大使用范圍，還保證了材料拋光表面的精度。銑削機(jī)器人應(yīng)用于柔性自動(dòng)化零件加工生產(chǎn)線，且能夠?qū)λ庸さ漠a(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)不合格產(chǎn)品進(jìn)行篩選，構(gòu)建了一條完整的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線。在科技的不斷發(fā)展下，阻尼控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使切割機(jī)器人發(fā)揮了很大的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化定位性能，完善切割流程，使切割工藝中的切削流越來越細(xì)。在自動(dòng)化制造生產(chǎn)過程中，裝配機(jī)器人使用柔性自動(dòng)化的組裝系統(tǒng)，發(fā)揮了其高精度的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人操作機(jī)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)的科學(xué)配合，保證了產(chǎn)品制造效率與質(zhì)量。裝配機(jī)器人包含了機(jī)械、光學(xué)、微電子、自動(dòng)控制等多種先進(jìn)技術(shù)，相較于焊接機(jī)器人更為靈活，處理細(xì)致工作更為精準(zhǔn)，能借助可動(dòng)關(guān)節(jié)、科學(xué)程序，實(shí)現(xiàn)精細(xì)工作的裝配，避免了傳統(tǒng)人工拆裝的缺點(diǎn)和受限性。

2.3 機(jī)器人在物流領(lǐng)域的應(yīng)用

機(jī)器人在物流行業(yè)中主要應(yīng)用于包裝分揀、裝卸、搬運(yùn)環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)包裝作業(yè)中，反復(fù)抓取工作一般由人工操作，人工和管理成本高，且包裝合格率不高。在現(xiàn)代化物流體系中，機(jī)器人作業(yè)柔性好、承重大、速率高，搭載識(shí)別圖象系統(tǒng)和功能多樣的機(jī)械手。每到一種物品前可以依靠識(shí)別系統(tǒng)來分辨物品屬性，采用與之設(shè)置好的機(jī)械手進(jìn)行抓取，可以有效提高物流工作的成效。近幾年，貨物品種的辨認(rèn)、位置確定等方面也隨著傳感技術(shù)的發(fā)展取得了極大的進(jìn)步，特別適用于貨物種類多、訂單批量小、產(chǎn)品批次多等方面的要求，實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)化操作。AGV與物流系統(tǒng)相配合，不僅提高了工作環(huán)境空間的使用率，增大物品搬運(yùn)重量，減少了裝卸、搬運(yùn)過程中的非必要停留時(shí)間，提高了整體工作效率，還減輕了繁重的體力勞動(dòng)。比較典型的AMR、料箱機(jī)器人、叉車AGV、揀選機(jī)器人、復(fù)合型機(jī)器人、無人駕駛技術(shù)等應(yīng)用徹底顛覆了物料與人的交互模式，突破了多貨箱隨時(shí)裝卸。如AMR自主導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人增設(shè)了感知四周環(huán)境、自主導(dǎo)航、智能避開障礙物等模塊，免去了繁重的人工貼地標(biāo)線、鋪設(shè)導(dǎo)引線等環(huán)節(jié)，如果實(shí)際生產(chǎn)中，作業(yè)流程有變動(dòng)，只要讓機(jī)器人從新構(gòu)造生成地圖，不需要人工重新布置環(huán)境，減少成本、提高成效。還有料箱機(jī)器人創(chuàng)造性地改變了傳統(tǒng)的從貨物到人的作業(yè)形式，實(shí)現(xiàn)了從貨架到人以及貨箱到人的形式，縮小了目標(biāo)范圍，從而提高了揀選速度，完成訂單的全自動(dòng)無人揀選作業(yè)流程。復(fù)合型機(jī)器人是一種新興的物流機(jī)器人，主要應(yīng)用智能導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了物品的智能揀選、自動(dòng)裝卸，尤其適合柔性化程度高的生產(chǎn)線。無人叉車實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物品搬運(yùn)，還完成了多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互連接的物流運(yùn)輸服務(wù)，尤其適用于倉庫位置比較高、不同生產(chǎn)線間相互運(yùn)轉(zhuǎn)、倉庫外自由裝卸物品等，而且在物品重量大、特殊物品搬運(yùn)等場(chǎng)合發(fā)揮著很實(shí)用。無人駕駛技術(shù)包含無人駕駛物流車、智能駕駛平臺(tái)、智能仿真系統(tǒng)互動(dòng)體驗(yàn)等也是當(dāng)下機(jī)器人發(fā)展的新技術(shù)新方向。未來的物流機(jī)器人更注重AI算法的應(yīng)用，使用AI技術(shù)幫助機(jī)器人進(jìn)一步提高自動(dòng)化作業(yè)效率，從而提升產(chǎn)業(yè)效能。物流機(jī)器人技術(shù)提升更重視安全性和柔性，利用先進(jìn)的傳感器、軟件和相機(jī)等，辨認(rèn)四周環(huán)境，很好地避開操作人員和障礙物品。

3 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及存在問題

（1）智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和研究已成為國家制造業(yè)發(fā)展的主要方向。但智能機(jī)器人技術(shù)存在開發(fā)難度大、周期長以及資金投入高等特點(diǎn)。機(jī)器人技術(shù)涉及導(dǎo)航技術(shù)、定位技術(shù)、傳感器信息技術(shù)、視覺技術(shù)等多交叉多技術(shù)領(lǐng)域。相關(guān)學(xué)科技術(shù)的研究較為分離，沒有統(tǒng)一整合，技術(shù)創(chuàng)新型人才缺口大。（2）我國機(jī)器人市場(chǎng)還處于起步時(shí)期，存在著市場(chǎng)規(guī)范性低，同質(zhì)化產(chǎn)品競爭激烈，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尤其核心技術(shù)以及關(guān)鍵性功能還未完善等問題。國家應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化政策扶持及加大投資力度，打造一批機(jī)器人相關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域的具有較強(qiáng)研究實(shí)力的高校及企業(yè)，強(qiáng)化解決細(xì)節(jié)問題，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。如加強(qiáng)針對(duì)高強(qiáng)度輕質(zhì)材料的探索，重視控制技術(shù)以及多傳感系統(tǒng)等核心技術(shù)的發(fā)展，研究模糊技術(shù)與神經(jīng)控制的有機(jī)結(jié)合，擴(kuò)大機(jī)器人作業(yè)的范圍，提高執(zhí)行的精度。（3）隨著機(jī)器人技術(shù)在焊接、自動(dòng)化、物流等多個(gè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域中的不斷應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)會(huì)越發(fā)向更先進(jìn)、便捷的方向發(fā)展，并滲入醫(yī)療、教育、軍事以及服務(wù)等多領(lǐng)域。機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)對(duì)勞動(dòng)人員帶來較大的影響，勞動(dòng)力被代替的速度和規(guī)模會(huì)越來越大。積極開展技能培訓(xùn)，提高勞動(dòng)人員的工作能力和適應(yīng)性，解決機(jī)器人技術(shù)發(fā)展對(duì)于社會(huì)產(chǎn)生的影響。

4 結(jié)語

機(jī)器人技術(shù)具有良好的前景和強(qiáng)大的應(yīng)用需要，發(fā)達(dá)國家的機(jī)器人技術(shù)已快速發(fā)展，我國機(jī)器人技術(shù)起步緩慢，目前發(fā)展較慢，很多企業(yè)也沒有足夠重視。應(yīng)注重智能機(jī)器人技術(shù)的研究，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，完善管理、升級(jí)產(chǎn)能，提高我國機(jī)器人技術(shù)水平，不斷縮小我國機(jī)械制造的發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國家的差距。