［摘 要］面向智能制造的工業(yè)機(jī)器人具有核心優(yōu)勢(shì)，能夠替代絕大多數(shù)人工操作，實(shí)現(xiàn)智能化搬運(yùn)、組裝、拆捆、測(cè)溫取樣等工序。工業(yè)機(jī)器人是集成了各類現(xiàn)代科技發(fā)展而來的全過程控制技術(shù)，具有自動(dòng)化程度高、精度高等優(yōu)勢(shì)，由此得到了大范圍的推廣應(yīng)用。文章探討了工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)和構(gòu)成以及智能制造行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，分析了工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］智能制造；工業(yè)機(jī)器人；應(yīng)用

［中圖分類號(hào)］TP29 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）03–0027–03

工業(yè)機(jī)器人是具有自動(dòng)控制的可移動(dòng)可編程操作機(jī)器，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)關(guān)節(jié)自由度與多種功能，并替代人工。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過控制技術(shù)提高了信息處理的精確程度和處理速度，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人后，能夠?yàn)橹悄苤圃祛I(lǐng)域提供進(jìn)一步的可能，提高智能化、自動(dòng)化的水平，并降低能耗和材料損耗，實(shí)現(xiàn)綠色化發(fā)展目標(biāo)。

工業(yè)機(jī)器人主要有3 個(gè)特點(diǎn)：①具有高自由度，可在一定范圍內(nèi)任意運(yùn)動(dòng)；②具有適應(yīng)性，能夠在復(fù)雜的工作環(huán)境下執(zhí)行命令；③具有可編程的特點(diǎn)，利用可編程邏輯控制器和智能控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機(jī)器人編程行動(dòng)等功能。

利用可編程邏輯控制器，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化工作，在當(dāng)代信息技術(shù)的支撐下，還能夠?yàn)榭刂葡到y(tǒng)賦予智能化演算的能力。以承擔(dān)裝載和卸載任務(wù)的機(jī)器人為例，自動(dòng)化工廠中，機(jī)器人多為固定路線，或者固定機(jī)械臂，當(dāng)出現(xiàn)意外狀況時(shí)，機(jī)械臂依然會(huì)按照原先設(shè)定的工序執(zhí)行。但集成了智能化控制后，機(jī)器人的行進(jìn)路線則依靠算法演算得來，不需要按照定死的工序執(zhí)行工作，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)意外狀況時(shí)，機(jī)器人具有邏輯判斷和行為能力，提高了智能化水平，從而降低了錯(cuò)誤率。

1 工業(yè)機(jī)器人概述

目前工業(yè)機(jī)器人的主要研究方向依然為精確、可靠、高速，在3C 電子及半導(dǎo)體行業(yè)、汽車零部件制造等方面發(fā)揮出了智能化的顯著優(yōu)勢(shì)。

機(jī)械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)，共同構(gòu)成了智能化的工業(yè)機(jī)器人。

機(jī)械系統(tǒng)主要分為并聯(lián)和串聯(lián)兩類，在并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，軸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其他軸坐標(biāo)原點(diǎn)不會(huì)發(fā)生變化，而在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，所有軸都相互關(guān)聯(lián)。大部分早期工業(yè)機(jī)器人所使用的結(jié)構(gòu)都是串聯(lián)的，雖然確實(shí)能夠降低在機(jī)械系統(tǒng)上的大部分難題，但隨著工業(yè)要求的提高，串聯(lián)結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了很多弊端，給智能化制造帶來了更多問題。由此并聯(lián)結(jié)構(gòu)得到了大力發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人能夠得到更大的自由度，從而得到更高的生產(chǎn)進(jìn)度。目前最普通的工業(yè)機(jī)器人也能夠完成3～6 個(gè)動(dòng)作。

感知系統(tǒng)是智能化的基礎(chǔ)，依托于當(dāng)下機(jī)器人視覺技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人大多能夠?qū)崿F(xiàn)工件識(shí)別、工序識(shí)別、工作質(zhì)量檢測(cè)等方面內(nèi)容，提高了機(jī)器人工作質(zhì)量。在結(jié)構(gòu)上，感知系統(tǒng)可劃分為外部感知和內(nèi)部感知模塊，是提高智能化程度和運(yùn)動(dòng)性能的關(guān)鍵。此外，依托于感知系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人能夠精確查詢到人工容易忽略的危險(xiǎn)點(diǎn)，從而提高工作的精度，降低失誤率。

控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的核心，依托于可編程控制組件以及網(wǎng)卡、通信等重要模塊構(gòu)成，能夠依據(jù)算法、指令向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下達(dá)指令，開展工序。控制系統(tǒng)使機(jī)器人能夠依據(jù)傳感器和芯片間的信號(hào)互動(dòng)，驅(qū)動(dòng)作業(yè)。目前控制系統(tǒng)有3 大類別，分別是人工智能、自適應(yīng)、程序。

人機(jī)交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器人交互的重要系統(tǒng)，其融合了當(dāng)代的人工智能技術(shù)、信息技術(shù)等，幫助人類能夠更加自然地和機(jī)器人進(jìn)行互動(dòng)，極大地提高了人機(jī)協(xié)同的適應(yīng)性，提高了工業(yè)機(jī)器人的可操作性和靈活程度。工作人員能夠通過終端設(shè)備以及在工業(yè)機(jī)器人上集成的控制屏幕等硬件設(shè)備，設(shè)定機(jī)器人的多種操作，確保機(jī)器人能夠順利執(zhí)行各類任務(wù)，這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的人機(jī)互動(dòng)，幫助工作人員發(fā)揮出主觀能動(dòng)性。

2 智能制造行業(yè)趨勢(shì)

2.1 智能化

智能制造行業(yè)是較為新興的行業(yè)，其主要在自動(dòng)化制造的基礎(chǔ)上，集成智能化算法，賦予工業(yè)機(jī)器人智能化工作的能力。目前實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展的無人工廠僅只有幾家在實(shí)驗(yàn)性運(yùn)行。智能化依然是此行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。

智能制造行業(yè)的智能化還體現(xiàn)在管理上，機(jī)器人技術(shù)是智能制造行業(yè)的底層應(yīng)用，利用5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳遞到工廠的SAP 云端服務(wù)器，使得現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人能和控制中心以100Mb/s 的速率確保動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的無差錯(cuò)實(shí)時(shí)傳輸。實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳遞過程中的零丟失，以及智能化的管理。

利用云端服務(wù)器能夠讓操作人員使用共享的軟硬件資源調(diào)用云端信息，高效將網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)整合為動(dòng)態(tài)共享信息資源池，幫助管理層正確決策和迅速響應(yīng)。

目前，我國智能制造行業(yè)的普遍狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人的智能化應(yīng)用，利用機(jī)器人視覺系統(tǒng)及智能控制算法，讓機(jī)器人具有邏輯判斷的能力，自適應(yīng)、自修正的面對(duì)問題。能夠?qū)崿F(xiàn)智能制造的自感知、高柔性要求，替代人工，提高工作效率。

2.2 自動(dòng)化

工業(yè)機(jī)器人能夠極大程度取代人工進(jìn)行工作，在面對(duì)如高溫、低溫、高壓、蒸汽等復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境仍能正常精確執(zhí)行工序。在一些危險(xiǎn)的工業(yè)制造環(huán)境下，人類難以長期進(jìn)行工作，也易受到傷害，而工業(yè)機(jī)器人能夠替代人工執(zhí)行危險(xiǎn)度較高、工作環(huán)境較為惡劣，容錯(cuò)率小的工作。例如，核電站中的各類維修、送料等工作。目前工業(yè)機(jī)器人的廣泛使用已經(jīng)極大推動(dòng)我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。

自動(dòng)化是智能制造行業(yè)的基礎(chǔ)，工業(yè)機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化發(fā)展的前提，其能夠依托預(yù)設(shè)程序以及人工智能演算來執(zhí)行重復(fù)性高、內(nèi)容單一的工作，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，可以24 h 不斷執(zhí)行重復(fù)工作，且僅需要做好機(jī)器人養(yǎng)護(hù)工作就可以，降低了工人的工作強(qiáng)度，提高了工作精確度。

2.3 綠色化

企業(yè)發(fā)展的根本目的是盈利，智能制造行業(yè)的發(fā)展也離不開這點(diǎn)，不同企業(yè)具有不同的發(fā)展目標(biāo)和自身情況，但是綠色化發(fā)展目標(biāo)是我國的號(hào)召，每個(gè)企業(yè)都需要依據(jù)自身的發(fā)展模式，迎合綠色化的發(fā)展任務(wù)。智能制造是實(shí)現(xiàn)綠色化的重點(diǎn)手段，能夠降低生產(chǎn)成本，提高資源利用率，改進(jìn)管理方式。利用自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化的技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，能夠通過終端實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的監(jiān)控，降低資源浪費(fèi)以及人力成本。

管理模式是實(shí)現(xiàn)綠色化生產(chǎn)的關(guān)鍵之一，在傳統(tǒng)制造上，要實(shí)現(xiàn)綠色化就必須在監(jiān)督和巡檢上創(chuàng)建完備的體系。而引入工業(yè)機(jī)器人后，這種管理模式可被終端控制的方法取代，推動(dòng)企業(yè)實(shí)施數(shù)字化管理，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，提高管理的靈活性和科學(xué)性。

3 工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用

3.1 降低成本

在各領(lǐng)域中，工業(yè)機(jī)器人都發(fā)揮出了舉足輕重的功用。例如，在焊接方面，大量工業(yè)制造都需要開展焊接工作，不僅對(duì)焊工的專業(yè)技術(shù)以及身體素質(zhì)有要求，還對(duì)各類防護(hù)裝置具有高要求，且焊接對(duì)人類具有一定程度的危險(xiǎn)性，焊接人工成本也較高。

由此，焊接機(jī)器人能極大地降低焊接工作的生產(chǎn)成本，依托于自身的智能化控制系統(tǒng)，承擔(dān)焊接工作，在特定的區(qū)域內(nèi)自由調(diào)整焊接姿勢(shì)，使用點(diǎn)焊及弧焊兩種方式完成焊接工作。

目前，大部分工廠中都開展了焊接機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，例如，車輛生產(chǎn)過程中座位骨架、底盤和消音器的焊接，利用焊接機(jī)器人相比常規(guī)的技術(shù)工人具有精確度高、不易疲勞、成本較低的顯著特點(diǎn)，且焊接機(jī)器人的焊接具有穩(wěn)定性，能夠控制整個(gè)焊接流程的時(shí)長，從而極大縮短流水線的長度。

3.2 提高資源利用率

基于工業(yè)4.0 的概念，提高資源利用率是建造工業(yè)強(qiáng)國當(dāng)下需要完成的重要目標(biāo)，我國制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)等提出了“智能制造”，即基于信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)創(chuàng)造智慧優(yōu)化、自適應(yīng)自決策、高感知、精確控制的智能制造行業(yè)。

技術(shù)落后、成本較高、市場(chǎng)需求較少是我國工業(yè)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域應(yīng)用的3 個(gè)制約因素。而打破制約，就要發(fā)揮出工業(yè)機(jī)器人極大地提高資源利用率的優(yōu)勢(shì)。

利用工業(yè)機(jī)器人，能從市場(chǎng)需求方面推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，迎合我國在人工智能、大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的發(fā)展政策要求。積極創(chuàng)設(shè)圍繞資源利用率的一系列工業(yè)機(jī)器人工序流程，響應(yīng)政策的激勵(lì)措施，有助于降低企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)的一定成本。

利用工業(yè)機(jī)器人能夠極大提高工業(yè)流程中的資源利用效率，在響應(yīng)綠色發(fā)展號(hào)召的同時(shí)，能夠以更低的成本實(shí)現(xiàn)多方面的流程優(yōu)化。利用少數(shù)人工，就能完成對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的監(jiān)督與管理，進(jìn)而降低人工成本，提高生產(chǎn)效率。

當(dāng)下，我國制造業(yè)正在向著智能制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，這意味著未來制造業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)以及服務(wù)模式很可能趨近于個(gè)性化、多功能、平臺(tái)化的發(fā)展方向，利用工業(yè)機(jī)器人能夠直接省去人工需要培訓(xùn)的學(xué)習(xí)成本，增加快速變更工序生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需求。并且在智能控制算法的控制下，工業(yè)機(jī)器人具有處理復(fù)雜生產(chǎn)任務(wù)的能力，將不同的工序有序串接起來，精細(xì)化控制生產(chǎn)材料的使用，進(jìn)而顯著提升資源利用率。

3.3 實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化、智能化

在各類高強(qiáng)度、高重復(fù)度的工作中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人是良好的選擇，如搬運(yùn)機(jī)器人、自動(dòng)拆捆機(jī)器人、自動(dòng)取樣機(jī)器人。

在冶金工作中，鋼卷的拆捆工作勞動(dòng)強(qiáng)度高，利用工業(yè)機(jī)器人替代人工能夠極大地提高工序自動(dòng)化水準(zhǔn)，降低拆捆過程中的安全隱患，減少拆捆過程中由于斷帶等問題導(dǎo)致的傷害危險(xiǎn)。在融合了人工智能，提高智能化水平后，利用機(jī)器人視覺系統(tǒng)能夠使用激光掃描實(shí)現(xiàn)和鋼卷的位置測(cè)量，并使用測(cè)距技術(shù)進(jìn)行相位校準(zhǔn)，精確完成工序。

在冶煉工序中，溫度會(huì)極大影響到成材的性能，因此在冶煉全過程中都要進(jìn)行測(cè)溫、取樣實(shí)驗(yàn)工作。此工作具有復(fù)雜的工作環(huán)境，人工方式會(huì)受采樣位置、工作強(qiáng)度等因素的制約，然而使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行測(cè)溫取樣，能夠極大地降低安全隱患，在高溫環(huán)境下正常工作，避免環(huán)境對(duì)工序的影響，極大地提高測(cè)溫取樣過程中的安全性能。

由此可見，在智能制造領(lǐng)域，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人能夠全面提高自動(dòng)化、智能化水平。而依托以下3 種技術(shù)可使得工業(yè)機(jī)器人更好地應(yīng)用在制造行業(yè)中。

（1）機(jī)器視覺處理技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人的人工智能核心技術(shù)，利用機(jī)器人視覺系統(tǒng)能夠賦予工業(yè)機(jī)器人識(shí)別環(huán)境、調(diào)整相位、自動(dòng)修正等功能。機(jī)器人視覺技術(shù)一直是人工智能的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。

（2）智能控制理論算法是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無人生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其中融合了深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能核心技術(shù)，幫助工業(yè)機(jī)器人得到行為邏輯指令。

（3）機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理是幫助人工智能算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器運(yùn)動(dòng)的重要技術(shù)，由此開發(fā)出可變機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)是未來智能制造領(lǐng)域亟需發(fā)展的方向之一。

4 結(jié)束語

伴隨智能制造行業(yè)的推廣和發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為我國重點(diǎn)研發(fā)的科學(xué)技術(shù)之一，其需要新的管理系統(tǒng)、人才團(tuán)隊(duì)等配套設(shè)置來實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。智能制造行業(yè)的發(fā)展是多元化的，工業(yè)機(jī)器人在該領(lǐng)域中的應(yīng)用，融合了機(jī)器人視覺技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、5G 技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，這些先進(jìn)技術(shù)能夠提高工業(yè)機(jī)器人的智能化、自動(dòng)化水平，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率、資源利用率，以在未來激烈的市場(chǎng)競爭中，獲得更大的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇立國，李濤. 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用趨勢(shì)探討與實(shí)踐[J]. 智能制造，2023（6）： 12-17.

[2] 陳奎，朱曉瑛. 智能制造背景下工業(yè)機(jī)器人CNC 機(jī)床上下料工作站設(shè)計(jì)[J]. 電子制作，2023，31（22）： 83-88.

[3] 鄭嘉賢. 智能制造領(lǐng)域中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用[J]. 造紙裝備及材料，2023，52（11）： 25-27.

[4] 張華瑾，郭山國. 工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用[J]. 集成電路應(yīng)用，2023，40（11）： 322-323.

[5] 陳家樂. 工業(yè)機(jī)器人在鋼鐵行業(yè)智能制造中的應(yīng)用研究[J]. 冶金管理，2023（18）： 53-55.

[6] 孫魯琪. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用[J]. 造紙裝備及材料，2023，52（9）： 29-31.