工業機器人技術的發展與應用綜述

王浩

摘 要：工業機器人主要是指面向工業領域的多關節機械手或多自由度機械裝置。它能夠借助自身動力及控制能力來實現各種功能，可按照預設程序運行，完成各種工業生產活動。工業機器人技術的快速發展及不斷成熟對傳統制造業等勞動密集產業升級具有重要的意義。可以說，工業機器人技術解放了生產力，進一步提升了工業生產效率及質量，也在一定程度上降低了人力資源成本，有利于創造更多的經濟效益?；诖?，本文對工業機器人技術發展及應用進行了探討，并提出了相關觀點，以供參考。

關鍵詞：工業機器人；技術；發展

中圖分類號：TP242 文獻標志碼：A

1 工業機器人發展概述

工業機器人是多種先進技術共同結合所獲得綜合技術產物，所涉及的技術包括機械、電子、計算機、傳感器、信息通信等等。工業機器人源于20世紀60年代，Victor Scheinman在1969年發明了斯坦福機械。這個全電動 6 軸鉸接式機器人，能夠在可達空間內完成任意運動路徑。至20世紀70年代初，ABB 與 KUKA公司將工業機器人全面推向市場，其中ABB公司所推出的IRB6是世界上第一款由微處理器控制的商業化工業機器人?，F階段，瑞典 ABB公司、德國 KUKA公司、日本 FANUC 公司及日本安川電機公司是工業機器人領域的標桿，在全球市場范圍內占據了極大的市場份額，是行業中的佼佼者。在相關技術不斷成熟的情況下，工業機器人的應用領域也在不斷拓展，包括汽車、金屬加工、金屬鍛造、塑料制造、石化、電子等行業均有工業機器人涉足。工業機器人基本上能夠替代人工完成裝配、焊接、噴涂等多項工作，進一步提升了工業生產效率及質量。與歐美、日本等國家相比，我國工業機器人起步較晚，整體技術水平存在著一定差距。隨著工業4.0概念的提出，我國初步制定了《機器人產業“十三五”發展規劃》，這標志著未來一段時間內我國工業機器人技術將迎來巨大的發展，工業機器人產業也將成為新的藍海。

2 工業機器人特點分析

工業機器人控制方式與數控機床有所相似，但也具備了一定特點，具體如下：（1）擬人化。擬人化是工業機器人最為顯著的特點之一。機械臂結構具備了類似人類小臂、大臂、手腕等部分，通過計算機控制，能夠實現生物仿生，可模擬人類手臂的各種操作。另外，在工業機器人上加入各種傳感器如視覺傳感器、聲音傳感器、力傳感器等能夠進一步強化工業機器人對外部環境的感知能力，有利于提升工業機器人對周圍環境的適應力。（2）可編程。在實際工業生產過程中，可根據生產目標、生產環境，隨時對工業機器人進行編程，實現柔性啟動化。也就是說，在工業機器人硬件設備變動不大的情況下，通過軟件編程能夠實現多樣化的任務，既保證了工業生產作業的靈活性，也有效節約了工業生產成本。（3）適用性廣。除了少數專業領域外，普通工業機器人在不同工業生產任務中均能夠適用，具有良好的通用性。配合各類傳感器，能夠讓工業機器人具備圖像識別能力、語言理解能力，甚至是記憶能力，可以進一步拓展工業機器人的應用范圍。

3 工業機器人技術應用情況

目前，工業機器人技術應用范圍十分廣泛，在工業、醫療、軍事、科研等領域均有所應用。特別是在制造業當中，工業機器人具有良好的適用性。借助工業機器人，人們可以完成一些單調且繁重的重復性作業。大多數情況下，工業機器人并不會受到外部環境所約束，即便外部環境較為惡劣，依然能夠作業。在進行搬運、噴涂等加工制造時，采取工業機器人，有利于降低相關化學材料對人體的危害。汽車制造業是工業機器人重要的應用領域之一。相關統計表明，全球范圍內接近40%的工業機器人都被應用于汽車制造當中，為汽車工業發展奠定了良好的設備基礎與技術基礎。將工業機器人與數控機床結合起來，能夠進一步提升數控機床的加工性能，可滿足數字柔性化制造需求。在熱加工生產中，工業機器人可用于鑄造、噴砂、清理、鑄件運輸等環節；在冷加工設備生產當中，工業機器人可用于曲柄壓力機、模壓曲柄彎管機、螺旋壓力機等；在裝配生產當中，工業機器人不僅能夠進行自動化裝配，還能夠完成批量化零件裝配作業?？傮w上來看，工業機器人技術已經十分成熟，未來隨著傳感器技術、信息通信技術、仿生技術等不斷發展，工業機器人將具備更強大的性能，也將具備更為廣闊的應用空間。

4 工業機器人核心制造技術分析

在工業機器人制造過程中，需要一些核心技術作為支持：（1）靈巧操作技術。靈巧操作技術主要體現在機械手及機械臂領域。在感知、高精度、高可靠性、控制性等方面進行關鍵技術研發，借助獨立關節、多元化傳感器、創新機構等，最終實現人手級別的觸覺感知陣列。具備良好動力學性能的機械臂，能夠在各種生產、加工環境中進行靈活作業。在驅動器方面及創新機構方面，對機械裝置機執行機構進行改良，能夠進一步提升工業機器人作業精度。（2）感知系統。工業機器人感知系統能夠將內部信息及環境信息轉變為機器人自身或機器人之間可理解的數據或信息。同時，在各種傳感器的作用下，工業機器人能夠對速度、位移、力等進行感知，甚至具備視覺感知能力。工業機器人的視覺感知能力主要是通過視覺伺服系統實現等。該系統可將傳感器獲得的視覺信息化為反饋信號，從而對機器人位置及狀態進行調整。（3）運動規劃。為了保證工業機器人的工作效率，讓工業機器人能夠在盡可能短的時間周期內完成指定任務，必然要對其進行合理的運動規劃。運動規劃主要包括軌跡規劃，軌跡規劃主要是讓機器人關節空間移動時間盡可能短或能量盡量減少；路徑規劃主要是讓路徑盡量遠離障礙物，并縮短路徑長度。在路徑規劃的基礎上加入時間序列信息，便能夠對機器人速度及加速度進行有效規劃，從而滿足光滑性及速度可控性要求。對關節空間路徑進行規劃，其效果要優于操作空間路徑規劃。對關節路徑進行規劃，可有效避免機器人在操作空間中奇異性問題，也可避免大量逆運動學與正運動學計算。（4）在線參數自整定技術?，F階段，伺服系統均具備該功能，可實現工業機器人參數辨識，包括關節轉動慣量、PID參數自整定等。通過對相關辨識算法進行優化，能夠讓伺服驅動器對工況進行自動判斷，從而實現智能化參數控制。

5 工業機器人技術未來展望

在工業機器人未來發展過程中，會逐漸朝著民生方向發展。也就是說，工業機器人會逐漸蔓延到民用生產行業當中，這對于提升社會整體生產力而言具有重要的意義。一方面，需要加強工業機器人模擬人類智能行為的程度；另一方面，需要不斷提升工業機器人的邏輯推理能力。除了智能化以外，多機協調及標準化也是工業機器人發展的重要方向。多機協調意味著不同的工業機器人能夠相互協調，共同完成生產作業，有利于提升整體工作效率；標準化則有利于工業機器人擴大生產規模，便于維護及維修。綜合來看，工業機器人技術水平已經到達了一個相當的高度，但在部分環節上依然具備改善空間，具有極大的發展潛力。

參考文獻

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