淺談工業機器人的技術發展與應用

黃文俊

摘 要：隨著科技的發展和計算機的普及，計算機技術被廣泛應用于各行各業中，為了更好地滿足工業生產的需求，工業機器人應運而生，其是計算機技術與工業生產活動的完美融合，為企業帶來了更大的利潤以及更強的市場競爭力。該文首先對機器人的國內外發展史進行了概述，然后對工業機器人的關鍵技術發展趨勢進行了探討，對工業機器人的技術進行了剖析，最后對工業機器人的產業化應用進行了分析，力求為今后工作提供一定的理論依據。

關鍵詞：工業機器人 發展趨勢 產業化應用

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0110-02

工業機器人的設計與制造是一個非常復雜的過程，涉及的技術與領域很多，如機電、電氣、計算機、工業設計等，其是多種先進技術的有機結合體，因此工業機器人的發展離不開所涉及的各項技術的支持。為了更好地滿足人們對使用功能的要求，工業機器人不斷地向標準化和網絡化發展，以下對工業機器人的技術發展與應用進行淺析。

1 工業機器人的國內外發展史

1.1 國內發展史

受核心技術的限制，我國在工業機器人領域起步較晚，直到20世紀70年代才有企業和高校開始進行工業機器人的研發，截止到目前，已經開展了近40年的研究，并取得了一定的成果。在早期的研究中，主要是解決國產化的問題，因為缺乏先進的技術和經驗，導致在研發過程中出現各種各樣的問題，致使進度相對緩慢，隨著我國對工業機器人重視程度的提升，并將其列入國家計劃當中，工業機器人的發展速度明顯提升，尤其是在數個五年計劃中均給予工業機器人足夠的支持，為其發展提供了良好的契機。近些年來，隨著科技的發展和社會的進步，工業機器人被廣泛應用于工業生產中，并為企業帶來高額的利潤，其需求量也在不斷擴大，因此，機器人的自動化生產開始被引進國內，與此同時，工業生產設備也在向自動化方向發展，這些都為工業機器人的發展提供了優質的條件，目前，北京、上海、廣州等一線城市已經具備了工業機器人的自主研發能力，并已經實現產業化， 在實際的應用中表現良好。

1.2 國外發展史

工業機器人技術最為先進的國家是日本，目前，日本占據了全球工業機器人市場份額的40%左右，日本具有最為先進可靠的技術，而且已經拓展出廣闊的市場，在全球工業機器人領域占有著舉足輕重的作用。日本于2004年將工業機器人的發展列入到國家發展戰略中，通過政府在經濟及技術方面的支持，為日本工業機器人的發展提供了良好的外部環境。機器人的發源地是美國，其對工業機器人的研究也是最早的，經過多年的發展，美國在工業機器人領域也具有更為先進的技術，并且相關的生產商在研發能力上較為突出，為工業機器人技術的更新和發展提供了理論與技術支持。歐洲等其他較為發達的國家，也都給予工業機器人足夠的重視，并為工業機器人技術的發展營造出良好的氛圍。

2 工業機器人技術分析

工業機器人通常包含兩個主要部件，分別為機械主體和控制系統，再加上其他輔助部件共同完成工業生產操作，很大程度的節省了人力和物力。控制與傳動系統是決定工業機器人性能的最為關鍵的部件，為了最大程度的提升工業機器人的準確性和可靠性，為企業創造更大的價值，需要選用優質的控制與傳動系統，并加強后期維護，及時進行相關部件的更新與升級。而在我國，對于工業機器人的核心技術還未完全掌握，很大程度上限制了我國工業機器人事業的發展。

2.1 高精度減速機

在我國工業機器人的發展歷程中，高精度減速機一直都是一道瓶頸，缺乏自主研發能力，要想制造高精度機器人就需要向國外進口高精度減速機，這樣就大大限制了我國工業機器人事業的發展。為了能盡早的實現高精度工業機器人的國產化，部分科研能力較強的高校開始致力于高精度減速機的研究和開發，并已經將部分研究成果轉變成了相關產品，但是在實際的應用過程中仍未取得理想的效果，制約高精度減速器研發的技術主要有以下幾個方面：第一，材料成型控制技術。為了更好地提升工業機器人的精確性和可靠性，需要保證減速機的減速齒輪具有足夠的耐磨性，這樣才能保證工業機器人性能的穩定，所以，這就對減速齒輪的成型技術提出了更高的要求，并且在成型過程中要控制好各種原輔材料的比例。第二，某些特殊部件的加工工藝。在減速機的結構中，最為復雜的部件當屬非標特殊軸承，在其生產過程中，間隙一定要控制在合理的范圍內，否則將會影響減速機的性能，需要采取特殊的加工工藝才能得以實現，但是在國內尚未找到合適的加工工藝，所生產的產品也達不到相關標準的要求。第三，裝配技術的精密性。在實際的應用過程中，工業機器人必須具有良好的減速效果，所以，在工業機器人的裝配過程中，需要引進高精度的裝配技術，通過精密安裝保證其具有足夠的減速性能。

2.2 電機和高精度伺服驅動器

要想實現高難度的操作，需要工業機器人具有足夠的控制精度，傳統的電機以及驅動器無法實現這一目標，所以需要采用專業的電機和驅動器來實現精準控制，國外相關的研究起步較早，目前已經研制出專業的電機和驅動器，在保證控制精度的同時，還能實現節能降噪的目標，而在國內，相關的研究才剛剛起步，尚未形成成型的產品，而且也缺乏專業電機和驅動器開發的關鍵技術。下面對相關的技術進行簡要的分析：第一，伺服控制器快速響應技術。現階段，工業機器人的電機驅動主要受三個方面的影響，任何一方面都占有著舉足輕重的作用，都是不可代替的，伺服控制器快速響應技術作為電機驅動的核心技術，很大程度上影響著電機的電流環，但是國內由于在補償算法等方面與國外存在著較大的距離，無法通過模型對閉環進行優化，大大影響了電機驅動的性能。第二，在線參數自整定技術。我國的自整定技術辨識功能較弱，使得工業機器人的電機和驅動的適應能力較差，最終會影響工業機器人操作的可靠性。

3 工業機器人的關鍵技術發展趨勢

作為一門復雜的交叉學科，工業機器人是極富科技含量的機電一體化產品，其涉及的技術主要有：自動化控制技術、機電技術、計算機技術、傳感器技術、電子通信技術、新材料技術、仿生技術等，由于其涵蓋的關鍵技術較多，以下選擇幾種具有代表性的關鍵技術的發展趨勢進行分析。

3.1 新材料技術

工業機器人的很多部件需要具有足夠的堅硬程度和耐磨程度，這樣才能保證自動控制的準確性，這就對這些部件的制造材料提出了更高的要求，尤其是在材料化學元、含量金相組織控制，以及超常規熱處理工藝方面須具有更優質的性能。

3.2 人工智能技術

為了更好地滿足工業自動化生產的需求，智能化和擬人化是工業機器人的一個重要發展方向。人工智能技術的核心就是模擬人類智能理論、方法與技術，但是以目前的科學技術水平，仍然無法徹底研究清楚人腦的運行機制，這也就給進一步提升工業機器人的智能化帶來阻礙，相信隨著科技的進一步發展，人工智能技術定能突破瓶頸，更好地應用于工業機器人中。

3.3 新型伺服器技術

伺服器是工業機器人中最為核心的部件，其能對受控物體所處的狀態進行判斷，然后準確無誤的控制機器人下一步的動作，可見伺服器的好壞將會直接影響機器人性能的好壞，影響其使用功能的發揮。

3.4 新型減速器技術

高精度、高可靠性、高靈敏度是工業機器人未來的發展方向之一，但是現行的減速器卻制約了這一方向的發展，因此，進行新型減速器的研制就顯得尤為重要，我國在工業機器人減速器的研究上仍處在起步階段，還有很大的上升空間。

3.5 新型控制器技術

隨著自動化水平的提高，工業機器人的復雜程度也在顯著增強，傳統的單核芯片構成以及計算方法已經無法滿足現行設計的需求，這就要求控制器向著多核并行的方向發展，算法也要更加的智能化。

4 工業機器人的產業化應用

隨著科技的發展，工業機器人被廣泛應用于工業生產中，改變了原有的生產方式，有效節省了人力和物力，以下對應用數量最多的幾種機器人進行簡要介紹。

4.1 焊接機器人

因為焊接過程中會產生毒煙和光輻射，工作環境較差，所以，很多大型工廠引進焊接機器人進行焊接操作，其工作原理較為簡單，而且成本也不高，可以進行機電設備整機和零部件的電焊作業，其主要的優勢體現在：可以保障焊接的準確性、可靠性與美觀性；大幅提升工作效率，可以實現24 h不間斷作業；有效改善工人的工作環境，避免長期在不良環境下工作給身體帶來傷害；可操作性強；降低人員雇傭費用，為企業節省成本；可以實現批量生產，節省工程占地。

4.2 裝配機器人

目前，工廠生產設備的自動化水平不斷提高，對生產速度和精度的要求也不斷攀升，這就使得傳統的手工裝配工藝愈發不能滿足現行生產狀態的需求，裝配機器人就是在這種背景下應運而生的，裝配機器人主要應用于工業流水線上產品的組裝，一次投資，多年受益，不僅大幅節省了人力的消耗，而且還能明顯提升生產效率。

4.3 搬運機器人

相對于傳統的搬運方式，比如人工、塔吊、叉車等，在同等的環境下，搬運機器人具有更高的精度、更快的速度，以及更大的安全度。

4.4 材料加工機器人

材料加工機器人被廣泛應用于材料加工領域，比如切割、打磨、拋光等，其具有良好的適用性，可用于多種材料的加工，比如銅、鐵等金屬、玻璃鋼、木材等。

4.5 噴涂機器人

噴涂機器人可以實現全方位無死角的噴涂，可以根據客戶需求自動生成最佳解決方案，其具有如下優點：靈活性強、自動化程度高；可以有效避免視覺誤差，保證噴涂的質量；可以實現一天24 h連續作業；提升工作效率，為企業大幅節省成本。

5 結語

在我國經濟技術快速發展進步的背影下，工業機器人的發展帶來了新的契機，尤其是國內企業對工業機器人的需求量正逐漸增大、相關技術的發展與成熟、國家的大力支持等，都在為國內的相關研發機構提供便利條件。然而我國的工業機器人相關研究工作開始較晚，大量的關鍵技術欠缺，這就需要有關部門重視人才的培養和引進，不斷攻克工業機器人研發過程的瓶頸，盡快實現工業機器人的國產化。

參考文獻

[1] 駱敏舟，方健，趙江海.工業機器人的技術發展及其應用[J].機械制造與自動化，2015（1）：1-4.

[2] 計時鳴，黃希歡.工業機器人技術的發展與應用綜述[J].機電工程，2015，32（1）：1-13.

[3] 李瑞峰.中國工業機器人產業化發展戰略[J].航空制造技術，2010（9）：32-37.

[4] 蔡自興，郭璠.中國工業機器人發展的若干問題[J].機器人技術與應用，2013（3）：9-12.

[5] 張紅霞.國內外工業機器人發展現狀與趨勢研究[J].電子世界，2013（12）：5.