淺談工業機器人的發展現狀

嚴子淇

摘 要：隨著機械工程、電子工程、信息傳感、計算機科學等相關技術的發展，工業機器人已經成為現代制造業的重要設備，在汽車制造、機械加工、食品加工、物流運輸等諸多生產領域發揮著重要作用。工業機器人也因此成為衡量一個國家科技水平和工業水平的重要標志。本文介紹了工業機器人的原理與分類，并總結分析了國內外的工業機器人發展現狀，希望能夠幫助社會公眾了解工業機器人，促進我國工業機器人技術的進步和發展。

關鍵詞：工業機器人；工作原理；產品分類；發展現狀

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0209-01

歷史的發展歸根結底就是人類生產力的進步。近年來，隨著我國人口紅利的下降，企業的勞動力成本逐年攀升。在許多勞動密集型行業，工人的角色已經逐步由機器所取代。這種能自動控制、可重復編程、能夠代替工人完成特定任務的自動化機電設備就是機器人。而工業機器人則通常被定義為面向工業領域的多關節機械手或者多自由度的機器裝置，可以通過自身動力和控制力來實現工業操作[1]。經過多年發展，工業機器人技術已經趨于成熟，但普通民眾對其仍不甚了解，很多人對機器人的印象還停留在某些影視作品的藝術化呈現中。作為高中生，我們需要理清藝術與現實，關注具體的技術形式，這樣也能夠方便我們對未來的職業規劃。

1 工業機器人的簡介

1.1 工業機器人的工作原理

工業機器人系統主要由人機界面、運動控制器、驅動器以及機械本體等四部分組成，各部分之間存在著緊密的信息交流和聯系，共同形成閉環系統[2]。人機界面，顧名思義，就是操作人員向機器人發送指令、查看機器人狀態的窗口；運動控制器是工業機器人的“大腦”，可以根據任務計算各關節的位姿，并按照規定控制機器人的啟動、工作和停止；驅動器是為工業機器人的執行機構提供動力的裝置；機械本體即工業機器人的“身體”，是完成任務動作的最直接部件，比如機械手等執行機構。

1.2 工業機器人的產品分類

科技發展迅速，工業機器人的種類也越來越多。根據自動化程度的高低，可以將工業機器人分為三類[3]。首先是最早出現的示教再現工業機器人，它包括示教盒、運動控制器以及機械本體三個部分。工作前，需要使用示教盒對任務進行在線示教編程；工作時，運動控制器解析并執行示教指令，完成相應動作。該類工業機器人控制結構簡單、技術難度低，在生產領域應用較廣。第二類工業機器人為離線編程機器人，采用了離線式計算機模型仿真技術。使用時，需要建立待加工零件的計算機實體模型，然后使用正逆解理論對實體模型進行路徑規劃與三維動畫仿真，驗證無誤后將仿真結果以代碼的形式傳遞給機器人控制柜，完成離線編程工作。第三類工業機器人為智能機器人，該類機器人具有自主的感知、判斷、控制、執行能力，能夠利用各種傳感器獲取外部環境信息，做出相應的判斷和應對策略。目前，物流、弧焊等領域已有智能機器人的實際應用。

除了按照自動化程度對工業機器人進行分類，還可以根據動力源類型將工業機器人分為液動、氣動以及電動機器人[2]。液動驅動能夠提供給機器人很大的動力，適合重載搬運，但是這種動力類型對密封性要求較高，稍有不慎就會發生泄漏，污染油液；氣動驅動同樣能夠獲得較大的驅動力，但是由于氣體的可壓縮性，運動過程的平穩性和工作精度很難得到保證；與前兩種方式相比，電力驅動不需要油泵或空氣壓縮機，結構設計簡單、工作精度較高，是當前工業機器人大多采用的驅動方式，但這種機器人造價較高，能夠提供的驅動力有限。

此外，還可以根據應用領域、承載能力、任務性質對工業機器人進行分類。由于篇幅限制，就不在此處贅述了。

2 工業機器人的發展現狀

2.1 國外工業機器人的發展現狀

國外對工業機器人的研究起步較早。美國在1954年就生產了世界上首臺工業機器人，用于貨物搬運。經過六十多年的發展，以美國、日本、德國為代表的發達國家的工業機器人技術日趨成熟，工業機器人已經成為一種標準設備被工業界廣泛應用。科學技術的進步使得機器人的標準化、智能化程度不斷提高，應用范圍也逐步拓展到汽車生產、機械加工、電子電氣、食品工業、物流運輸等領域[4]。在世界范圍內，知名的工業機器人公司有瑞典的ABB公司，德國的KUKA、CLOOS公司，意大利的COMAU公司，奧地利的IGM公司以及日本的安川、OTC、FANUC公司。這些世界級公司具備大規模生產工業機器人的能力，可以根據工廠需求定制先進的自動化生產線，基本上壟斷了世界的工業機器人市場。目前，它們生產的工業機器人已經朝著結構模塊化、可重構化、人機交互功能更強、智能化程度更高等方向發展。

2.2 國內工業機器人的發展現狀

我國對工業機器人的研究較晚，始于上世紀七十年代。發展歷程可以分為理論研究、樣機研發、示范應用和初步產業化階段[5]。

我國對工業機器人的前期理論研究開始于二十世紀七十年代，主要由國內部分高校進行。這一階段主要從事工業機器人基礎理論的研究，所取得的運動學、機構學進展為后續工業機器人的研究奠定了基礎。進入二十世紀八十年代，工業機器人的研究得到政府的重視和支持。這一階段開展了工業機器人基礎技術、基礎元器件以及部分機器人型號樣機的攻關，研制出能夠進行弧焊、噴漆、點焊、搬運等任務的機器人，形成中國工業機器人發展的第一次高潮。二十世紀九十年代，我國開始工業機器人的示范應用。這一階段共研制出裝配機器人、自動引導車等多個工業機器人型號，實施了100余項機器人應用工程，為發展我國機器人產業奠定了基礎。進入二十一世紀，國內企業為擺脫勞動力成本過高的困境，開始自主研制或者與科研院所合作，使得工業機器人的應用得到推廣，我國工業機器人進入了初步產業化階段。

但是，我國工業機器人的總體發展水平仍然較低，僅相當于發達國家上世紀九十年代中期的水平[5]。隨著經濟的高速增長，我國對工業機器人的需求量急劇增大。很多世界知名企業開始在中國建廠，進一步壓低了工業機器人的市場價格，也在一定程度上制約了我國工業機器人產業的規模化發展。目前，我國工業機器人新裝機量近90%仍依賴進口。

3 結語

科學技術是第一生產力。工業機器人的發展給我們的生活、工作帶來了巨大的便利，極大地促進了社會文明的發展。但是與國外相比，我國的工業機器人技術水平仍有一定差距。本文介紹了工業機器人的原理、分類以及國內外發展現狀，希望能夠促進我國工業機器人產業的發展。

參考文獻

[1]李彬.我國工業機器人發展現狀與措施[J].科技經濟市場，2017，（3）：194-195.

[2]田濤，鄧雙城，楊朝嵐，等.工業機器人的研究現狀與發展趨勢[J].新技術新工藝，2015（3）：92-94.

[3]杜欣悅.淺談我國工業機器人技術現狀與產業化發展[J].西部資源，2015，（6）：123-123.

[4]雒潔.我國工業機器人的現狀與發展趨勢[J].現代國企研究，2015，（12）.

[5]趙杰.我國工業機器人發展現狀與面臨的挑戰[J].航空制造技術，2012，408（12）：26-29.