工業機器人技術的應用及發展探析

林漢威

摘要：本文在對工業機器人技術的發展現狀進行闡述的基礎上，從機器人技術在自動裝配線中的應用、機器人技術在焊接領域的應用、搬運機器人的應用等方面對工業機器人的應用進行了探討。

關鍵詞：工業機器人；機器人技術；應用與發展

工業機器人具有工作效率高、穩定可靠、重復精度好、能在高危環境下作業等優勢，在傳統制造業，特別是勞動密集型產業的轉型升級中可發揮重要作用。目前，工業機器人的應用領域不斷得到拓展，所能夠完成的工作日趨復雜。其主要應用行業是汽車和摩托車制造、金屬冷加工、金屬鑄造與鍛造、冶金、石化、塑料制品等。工業機器人己經可替代人工完成裝配、焊接、澆鑄、噴涂、打磨、拋光等復雜工作。本文就目前工業機器人技術的應用及發展現狀進行探討。

1工業機器人技術的發展現狀

一般來說，工業機器人由3大部分6個子系統組成。3大部分是機械部分、傳感部分和控制部分。6個子系統可分為機械結構系統、驅動系統、感知系統、機器人-環境交互系統、人機交互系統和控制系統。

從機械結構來看，工業機器人總體上分為串聯機器人和并聯機器人。串聯機器人的特點是一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點，而并聯機器人所采用的并聯機構，其一個軸運動不會改變另一個軸的坐標原點。早期的工業機器人都是采用串聯機構。并聯機構定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。

工業機器人的驅動方式主要包括液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動。早期的工業機器人采用了液壓驅動。但液壓系統存在泄露、噪聲和低速不穩定等問題，并且功率單元笨重和昂貴，目前只有大型重載機器人、并聯加工機器人和一些特殊應用場合使用液壓驅動的工業機器人。氣壓驅動具有速度快、系統結構簡單、維修方便、價格低等優點。但是由于氣壓裝置的工作壓強低，不易精確定位，一般僅用于工業機器人末端執行器的驅動。氣動手抓、旋轉氣缸和氣動吸盤作為末端執行器可用于中、小負荷的工件抓取和裝配。電機驅動是現代工業機器人的一種主流驅動方式，分為4大類電機：直流伺服電機、交流伺服電機、步進電機和直線電機。直流伺服電機和交流伺服電機采用閉環控制，一般用于高精度、高速度的機器人驅動；步進電機用于精度和速度要求不高的場合，采用開環控制；直線電機及其驅動控制系統在技術上己日趨成熟，己具有傳統傳動裝置無法比擬的優越性能，例如適應非常高速和非常低速應用、高加速度，高精度，無空回、磨損小、結構簡單、無需減速器和齒輪絲杠聯軸器等。鑒于并聯機器人中有大量的直線驅動需求，因此直線電機在并聯機器人領域己經得到了廣泛應用。

2工業機器人技術的應用

2.1機器人技術在自動裝配線中的應用

根據臂部的運動形式不同，可以將裝配機器人分為旋轉關節型裝配機器人、直角坐標型裝配機器人和平面關節型裝配機器人。

垂直多關節型裝配機器人大都有6 個自由度，可以在空間上任意一點確定任意位姿； 直角坐標裝配機器人操作比較簡便，常被用于零部件的移送、簡單的插入、旋擰等作業。平面關節型裝配機器人是一種精密裝配機器人，具有速度快、精度高、柔性好等優點，它在裝配生產線上應用也十分普遍。雙臂裝配機器人可以完成比傳統的單臂裝配機器人更為復雜的裝配動作。日本YASKAWA公司MOTOMAN 系列雙臂裝配機器人目前已經投入生產。由于雙臂裝配機器人結構比較復雜，應用多集中于高精尖產業，目前尚未大面積普及應用。并聯機器人在高精度拾放料作業方面有著良好表現，也多用于裝配領域。

2.2機器人技術在焊接領域的應用

船舶制造中有大量的焊接工作目前仍需要人工作業，以焊接機器人替代人工完成焊接工作是未來船舶焊接的發展方向。由于船舶構件體積龐大，一般需使用移動焊接機器人進行焊接。Rail Runner機器人可在船體結構內部移動，并基于無線通訊實現PDA與機器人的通訊，以PDA替代了常規的示教盒實現了對焊機機器人路徑和焊接過程的無線示教，其優點在于：①對焊接空間沒有限制，可進入封閉空間無人化工作；②無需操作人員接近機器人和惡劣的焊接環境，確保人員安全；③無線通信減輕了連接電纜和機器人整機的重量。船體焊接作業正在從勞動密集型走向自動化，己經成為機器人應用的重要領域。

白車身的生產要在55到75個工位上大批量、快節奏的焊接而成，焊點多達4000到5000個。以焊接機器人為核心的白車身焊接生產線正朝著高度自動化，多品種混流生產以及大規模定制生產線的方向發展。德國KUKA公司為奔馳、大眾、寶馬、福特等整車企業研制的大型自動化白車身焊接生產線，生產線上的機器人占有率高達95%甚至98%以上；意大利COMAU公司在多車型混裝焊接生產線方面處于領先地位，研制的主焊接線合裝平臺可同時生產4種以上不同的車型，具有高度柔性化。

2.3搬運機器人的應用

為了提高自動化程度和生產效率，制造企業通常需要快速高效的物流線來貫穿整個產品的生產及包裝的過程，搬運機器人在物流線中發揮著舉足輕重的作用。

用于搬運的串聯機器人，一般有六軸機器人和四軸機器人。六軸機器人一般用于各行業的重物搬運，特別是重型夾具、重型零部件的起吊、車身的轉動等。四軸機器人的軸數較少，運動軌跡接近于直線，所以速度上較為優勢，適合于高速包裝、碼垛等工序。ABB公司的IRB7600六軸機器人，最大承重能力高達650 kg，適用于各行業的重載場合；IRB660機器人采用了四軸設計，具有3. 15 m到達距離和250 kg有效載荷，適合用于袋、盒、板條箱、瓶等包裝形式的物料堆垛。

3結束語

我國制造業自動化程度整體上說還處于較低水平，同時尚有大量低端勞動密集型產業需轉型升級，機器人應用市場的增長空間巨大。新型的機器人結構、機器人操作系統、視覺反饋等關鍵技術的進步，將促進工業機器人不斷進軍新的應用領域。應該引起重視的是，在機器人關鍵技術，特別是關鍵零部件技術方面，發達國家仍處于技術壟斷地位，我國工業機器人技術的發展，仍面臨歐美日等發達國家的重大挑戰。

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，2015，44（01）：1-4. [2017-08-28]. DOI：10.19344/j.cnki.issn1671-5276.2015.01.001

[2]計時鳴，黃希歡. 工業機器人技術的發展與應用綜述[J/OL]. 機電工程，2015，32（01）：1-13. （2015-01-13）[2017-08-28].endprint