工業(yè)機器人在制造業(yè)中的應用研究

張松林

（安徽信息工程學院，安徽 蕪湖 241000）

制造業(yè)的發(fā)展水平直接體現(xiàn)著國家整體的生產(chǎn)水平，因此不斷提高制造業(yè)生產(chǎn)能力以及創(chuàng)新水平，促進制造業(yè)走向科技化、自動化是達成制造強國目標的必經(jīng)渠道.目前，制造業(yè)正向高度智能化、自動化水平發(fā)展，其中智能、自動科技的典型代表非工業(yè)機器人莫屬.

目前，已經(jīng)投入使用的工業(yè)機器人通常擁有3～6個自由度，由傳動結構以及動力裝置作為工業(yè)機器人實時操作的驅動系統(tǒng)，工業(yè)機器人的操作系統(tǒng)則需對操作人員輸入的命令程序進行控制.工業(yè)機器人除在制造業(yè)中擔負重任之外，在科研任務中，也擔任著關鍵的攻堅任務，如深海探索科研任務以及登月計劃中，所應用到的機器人都是由工業(yè)機器人進一步發(fā)展而來的.

1 工業(yè)機器人應用現(xiàn)狀

作為機電一體化高度集成的代表物，工業(yè)機器人是當前我國制造業(yè)重點發(fā)展的領域之一，是推動工業(yè)制造領域實現(xiàn)自動化、智能化，進一步達到工業(yè)4.0的主要標志.實際操作過程中，工業(yè)機器人憑借多關節(jié)機械手臂來進行各項操作，不僅大幅度提升了制造、生產(chǎn)效率，同時還有效緩解了當前制造業(yè)人力、成本以及技術壓力.例如，當前日本日立公司憑借工業(yè)機器人與人工操作相結合的工作模式，提高了公司8%的生產(chǎn)效率.在2011-2016年間，工業(yè)機器人在全球的年均銷售率高達12%，同一時間，我國工業(yè)機器人的年均銷售率也快速增長到30%.以汽車工業(yè)機器人為例，國際社會上，美國、德國、意大利、法國等國家，其汽車工業(yè)機器人的密度已高達每萬人1000臺以上，我國因在此領域的起步較晚，因此我國工業(yè)機器人在各制造領域的使用水平距離國際上較為先進工業(yè)的國家還有一段距離.

近年來，工業(yè)機器人創(chuàng)新和應用技術發(fā)展迅速，其應用領域也出現(xiàn)了巨大改變.除上文提到的汽車制造業(yè)之外，機電、采礦、物流、造船以及航空等諸多領域都已經(jīng)展開對工業(yè)機器人的應用，單在搬運、打磨、焊接等環(huán)節(jié)中應用的機器人種類，就多達數(shù)千種.本文以搬運和焊接機器人為主展開探討，就工業(yè)機器人的應用現(xiàn)狀做簡要分析.

1.1 焊接機器人的應用

焊接過程中對于焊接精細度要求較為嚴格，對人工技能水平的要求較高，再加上焊接工作的環(huán)境較為惡劣，高強度的焊接工作對焊接人員的眼睛和皮膚都會造成嚴重損害.而焊接機器人的投入使用使得這些問題得到有效解決.目前，焊接機器人分類較多，不同應用場合所選取的焊接機器人也各有不同，其中多關節(jié)機器人因能夠任意調整姿態(tài)，并能以任意角度調整焊槍的位置，所以多關節(jié)機器人在當前使用作為廣泛.

調查表明，工業(yè)機器人中，焊接機器人的應用要占到其整體應用的一半左右，其主要分為弧焊和點焊兩大分類.通過在汽車行業(yè)的廣泛應用，使得焊接機器人在短時間內得到了迅速發(fā)展.當前，焊接機器人技術在汽車導軌、底盤和液力變矩器等部件的應用已經(jīng)非常成熟.如在本田車身的焊接生產(chǎn)線中，采用自動化技術進行焊接的環(huán)節(jié)已達85%以上，并且在其車體安全部件的焊接過程中，也完全使用機器人進行焊接，有效避免了人工操作失誤，提高了汽車整體的安全性能.再如，豐田公司在其國內外所有的電焊機器人上都裝備了電焊標準，這種技術能夠不服提高焊接精準度，保證焊接質量.汽車生產(chǎn)過程中，通過結合弧焊和點焊機器人，能夠實現(xiàn)在同一時間內對汽車上、下部件進行同時加工，實現(xiàn)了汽車焊接生產(chǎn)線的進一步精簡.

隨著焊接作業(yè)越加復雜，焊接過程中，對焊縫精準度的要求也在不斷提高.通過在焊接機器人上安裝速度傳感器，同時在系統(tǒng)結合電弧傳感器技術的基礎上，能夠有效達到焊縫自動跟蹤效果，該技術在德國汽車制造業(yè)中應用較為普遍，如在奧迪、奔馳等轎車車身生產(chǎn)過程中，就采用了機器人激光焊接工藝.除此以外，焊接機器人在造船業(yè)、工程以及鐵路機械中的應用也較為普遍.如在造船以及鐵路機械的板材焊接中，就有著德國KUKA焊接機器人的“身影”.與人工焊接方式相比，焊接機器人無論在焊接質量還是焊接速度層面上，都具有明顯優(yōu)勢，投入適量的焊接機器人能夠有效改善焊接條件，縮短焊接周期，不斷提高焊接效率以及產(chǎn)品生產(chǎn)效率.

當前，由于數(shù)字化電壓技術的發(fā)展，焊接機器人再利用數(shù)字化電壓技術的基礎上，能夠有效保障焊接工作的持續(xù)穩(wěn)定，并且焊縫成形與人工焊接相差無幾.隨著計算機控制技術、人工智能等技術的快速發(fā)展，焊接機器人正快速向多樣化、自動化、智能化等方向發(fā)展.目前，焊接機器人焊接過程的智能控制技術、自動焊接系統(tǒng)的柔性控制以及焊接機器人傳感技術等都是當前學術研究的熱點，也是進一步推動焊接機器人突破發(fā)展瓶頸而急需解決的技術難關，可以肯定的是，科研技術的不斷發(fā)展和應用，必然會不斷推動焊接機器人技術走向更高境界.

1.2 搬運機器人的應用

作為能夠自動執(zhí)行工作命令的裝置，機器人不僅能夠實時接受人們發(fā)出的指令，還能有效運行編排人員預先編排下的程序，同時又能運行人工智能技術所指定的動作，所以，能夠自動化進行搬運的機器人在物流業(yè)中的各個環(huán)節(jié)都有著廣泛應用，如在貨物包裝、運輸以及貨物儲存等都有著搬運機器人的身影.從1960年，首臺搬運機器人投入使用開始，到目前為止，世界上已經(jīng)有超過20萬臺的搬運機器人被投入到各個領域這種，其中最為常見的搬運機器人要屬適用于大中型重物搬運的IRB4400.目前，搬運機器人技術無論是在機械制造還是汽車、電子等領域，其技術應用以十分成熟.而在化工行業(yè)中，因涉及能源、石油以及各類涂料等，在采用人工搬運時具備一定的危險性，而通過將搬運機器人應用其中，不僅能有效提高搬運效率，同時還能一定程度地避免安全事故的發(fā)生.

當前，四軸搬運機器人以及六軸搬運機器人是交叉多學科領域中研究最多的兩種高新技術，其中四軸搬運機器人的特點在于其搬運速度，因其運動軌跡接近直線，因此可實現(xiàn)高速搬運，通常應用在高速碼垛以及包裝中.而六軸搬運機器人的特點在于其善于進行重物搬運，如KUKA公司研發(fā)的高負載搬運機器人，最大負荷能力可達1300kg，最高作業(yè)高度為5m，被廣泛應用與建材、汽車以及鑄造業(yè)等.

目前，國際上多采用多個高速并聯(lián)機器人，Delta機械手就是其典型代表.Delta機械手能夠在任意角度下進行物品擺放，并且其重復定位的準確度為±0.1mm.我國由于對搬運機器人的研究起步較晚，與國際上較為先進的搬運機器人技術相比，缺乏能夠穩(wěn)定應用于實際搬運操作的產(chǎn)品.尤其在涉及精度以及速度的電子制造業(yè)中，我國所應用的搬運機器人在速度以及精度要求上仍舊有較大的發(fā)展空間.

1.3 其他領域中工業(yè)機器人的應用

當前，工業(yè)機器人出應用于汽車、采礦、石油等制造業(yè)之外，在航天、生化、船舶等領域也有著較為廣泛的應用，如高壓線作業(yè)機器人、深海作業(yè)機器人等.再如，就海底種植來講，其不僅費時費力，對種植人員的種植技能要求較高，并且還具備一定的危險因子.而采用水下機器人，不僅能夠有效節(jié)省人工精力，還能大幅提高海地種植效率，避免安全事故的發(fā)生.另外，高壓巡線也是一項危險性較高的工種，工作人員需攀爬高壓線設備進行安全巡視，具有一定危險性.而通過借助高壓線作業(yè)機器人來幫助工作人員進行高壓線巡視，不僅省時省力，還能有效保障工作人員的生命安全.在醫(yī)藥領域，工業(yè)機器人具備良好的發(fā)展前景.隨著藥品質檢標準不斷提升，藥品生產(chǎn)過程中對于生產(chǎn)環(huán)境的要求也越來越高，為確保藥品質量，所有藥品都需在無菌的環(huán)境中進行生產(chǎn)，衛(wèi)生型機器人的投入使用有效降低了藥品生產(chǎn)過程中，人工活動對藥品衛(wèi)生造成的影響，在提高藥品生產(chǎn)效率的同時，有效促進藥品生產(chǎn)更加符合制藥衛(wèi)生標準.航天領域中使用的機器人代表了機器人最為高薪的科技，在歷經(jīng)多批科學家的通力研制后，最新問世的智能機器人已經(jīng)能夠實現(xiàn)在其他星球進行收集以及各類科研任務.

2 工業(yè)機器人的未來

隨著科學技術以及人工智能技術的不斷發(fā)展，各類形制特異的新材質逐漸逐漸被應用到實踐生產(chǎn)過程當中，國際上各發(fā)達國家已經(jīng)將機器人研發(fā)技術列到重點發(fā)展領域之中，特別是在結合互聯(lián)網(wǎng)信息技術以及自動化技術的背景下，促進機器人實現(xiàn)高精度智能操作以及全自動化操作將指日可待.工業(yè)機器人的投入使用，雖然會一定程度的加劇社會就業(yè)壓力，然而從在職員工和企業(yè)管理者層面來講，工業(yè)機器人的投入使用還是帶來了諸多益處的.對企業(yè)管理者來講，以低成本、高效率的生產(chǎn)方式才是實現(xiàn)企業(yè)運營效益最大化的有效方式，工業(yè)機器人的使用，不僅能有效降低人工成本，同時還能有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，實現(xiàn)企業(yè)效益的最大化.對于在職員工來講，一方面，工業(yè)機器人的使用能夠使得員工避免參與對人體造成危害的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，保證了員工身體健康；另一方面，在就業(yè)壓力不斷加劇的今天，工業(yè)機器人的使用對于在職員工來講，相當于一種變相的激勵，員工只有在不斷學習的過程中，掌握更多技術，才能保證不被社會所淘汰.對于企業(yè)自身來講，工業(yè)機器人的應用，無論是在提高產(chǎn)品質量還是提高在職員工工作技能層面上，都有著一定促進效果.

3 結束語

綜上所述，工業(yè)機器人在制造業(yè)中起著不可替代的作用.在現(xiàn)代制造業(yè)不斷發(fā)展的背景下，人們對工業(yè)機器人，尤其是全自動、智能化的先進型工業(yè)機器人的要求將會越來越高.企業(yè)生產(chǎn)過程中，利用全自動化、智能化的工業(yè)機器人實現(xiàn)高效率、標準化的生產(chǎn)模式將是企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化的未來追求.

〔1〕顧凱．工業(yè)機器人——中國制造業(yè)的“救世主”[J]．技術與市場,2017(04)：309-310+312．

〔2〕李丫丫,潘安．工業(yè)機器人進口對中國制造業(yè)生產(chǎn)率提升的機理及實證研究[J]．世界經(jīng)濟研究,2017(03)：87-96+136．

〔3〕殷俊．智能工業(yè)機器人在航空制造業(yè)的應用[J]．制造業(yè)自動化,2016(10)：105-107．