工業機器人的技術發展及其應用

邢恩奎

摘 要：工業機器人是機器人的一種。它可以仿造人類的操作，自動重復編程、控制等完成各種機電一體化的循環作業。它是廣泛應用于現代制造業的自動化裝備，對穩定提高自動化產品的質量和生產效率、節省勞動力具有重要作用。實現現代化建設，工業機器人只是一個起步，將來必將蓬勃發展。高科技不僅對制造業，還會對軍事、經濟等方面產生重大影響。

關鍵詞：工業機器人；發展現狀；實際應用

引言

隨著國民經濟與機器人技術的快速發展，機器人在我國工業化發展過程中的地位越來越重要。工業機器人可以在機械加工、焊接、運輸、裝配、噴涂等各個領域完成相應的工作，甚至也逐漸開始應用于醫療衛生與家政服務等方面。目前，應用最為廣泛的主要是工業機器人，工業機器人具有高精度、高負載、高效率、可靠性強等一系列優點。工業機器人對提高產品質量和優化產品生產過程等方面具有非常重要的作用，是當前工業生產中較為重要的技術之一。

1工業機器人技術概述以及發展原因

1.1工業機器人技術概述

工業機器人技術是一種仿人操作，通過計算機編程，可以實現自動控制，在三維空間內完成各種作業，實現機電一體化以及生產設備的自動化，達到批量生產，提高產品質量與生產效率的目的。調查研究發現，工業機器人主要是由操作機、驅動系統、控制器、檢測傳感裝置等構成，具有顯著的優勢，首先，可以實現自動化生產，提高生產效率與質量，降低人為誤差，提高生產的標準性以及生產質量；其次，可以提高產品的更新換代速度，提高產品質量，增加產品的多樣化，促進產品的發展。機器人技術是一種綜合型技術，包括計算機技術、信息和傳感技術、控制技術以及機構學等，除此之外，還涵蓋了仿生學、人工智能以及傳感技術等，發揮了重要的作用，不夸張的說，機器人應用情況是一個國家發展的重要標志，代表了國家的科技發展狀況，工業機器人技術是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。

1.2工業機器人技術發展原因

工業機器人技術發展的原因主要體現在以下幾個方面，第一，可以安排機器人做一些人不愿意做或者無法做的事情，例如，面對一些危險事情，抗震救災，在一些危險地段救人等，面對一些惡劣環境，如高溫、有害、有毒環境等，還有一些人類工作效率低，容易受到傷害的工作，如汽車生產工作等，一方面，人的工作效率很低，工作質量不佳，另一方面，人容易受到磕碰損傷，產生危險。由此可見，安排機器人做一些人不愿意做或者無法做的事十分重要，是發展工業機器人的主要原因；第二，對未知的探索，隨著科技的不斷發展，信息技術發展迅速，對未知領域的探索成為發展的關鍵，在一些未知的，不確定的內容上，如對太空的認識，無法將人送上去，以免產生危險，只能將機器送上天，利用其收集數據，探索外太空。

2工業機器人在實際中的應用研究

對于工業機器人在工業生產中的應用，其不僅能夠完成單一作業，同時還能夠通過多臺工業機器人的合作實現復雜工作內容。

2.1 噴涂機器人

噴涂機器人作為特殊工業機器人，具有以下特點（1）軌跡靈活，位置控制精確，涂膜厚度均勻：（2）容易操作和維護可以離線編程，大大縮短了現場調試時間；（3）柔性大，適用范圍廣；（4）設備的利用率高。在國外機器人噴涂已經成為一項比較成熟的技術，已有三十多的研究和發展歷史。目前國外尤以噴槍的建模分析和軌跡優化的研究居多。國內的噴涂機器人近年來也有了長足的發展，國內的哈爾濱工業大學、上海交通大學、天津大學、南京理工大學等高校都都開發出了噴涂機器人，但未形成批量生產的能力。國內的噴涂機器人研究成果主要集中在兩個方面：（1）噴涂機器人的構型、運動學和動力分析。（2）噴涂機器人的軌跡規劃和運動仿真等問題。

2.2白車身焊接機器人

白車身焊接是汽車制造中的一個重要環節，對整個車的質量起決定性作用。對于白車身的生產，其一般情況下需要大概70個左右的焊接工序，焊接點超過4000個，為了提高生產效率，當前的白車身焊接工作正在逐漸向著自動化生產的方向發展，像德國的KU-KA公司，其為大眾和奔馳等多個汽車企業提供了自動化白車身焊接工藝生產線，其中超過95%的生產線都是由工業機器人組成的。

2.3機器人自動化裝配線

對于自動化裝配線，其在大多數的流水線生產作業內容都是由應用較為廣泛的工業機器人完成的，在進行自動化裝配時，機器人能夠根據機械手臂的運動情況分為旋轉關節型和直角坐標型等多種裝配機器人，對于垂直多關節型裝配機器人，其在運行過程中有6個自由度。因此，其在進行工作時能夠實現任意一定的工作姿勢，而對于直角坐標裝配機器人，其在生產的過程中操作較為簡單，大部分應用在零件的移送等簡單操作中。對于平面關節型裝配機器人，其是一種精密度較高的裝配機器人，在工作過程中具有速度快和柔性好等特點，因此，這一機器人在工業生產中的應用也是最為廣泛的。然后是雙臂裝配機器人，這一機器人在進行工作時能夠實現較為復雜的裝配動作，性能要更強于傳統的單臂裝配機器人，在當前的國際雙臂機器人研究中，其正在逐漸解決運動軌跡和雙臂之間的協調控制等問題，像日本的MOTOMAN系列，這一機器人目前已經能夠投入到正常的生產中。由于雙臂裝配機器人在使用時大部分是應用在較為復雜的工序中，因此，該機器人目前并沒有在工業生產中得到普及，大部分應用是在一些高精細尖端產業中。

2.4搬運機器人

在制造業中，企業為了能夠提高自身的生產效率，其一般情況下會采用高效的物流線來對整個產品進行包裝和搬運等操作，這樣一方面能夠提高生產效率，同時還能減少工作作業勞動強度，降低企業的生產成本。對于搬運機器人，其一般采用的是串聯機器人，主要是六軸和四軸這兩種機器人，對于六軸機器人，其在制造業中主要是應用在重物搬運工作中，像重型夾具和車身的轉動等。而對于四軸機器人，其本身結構中的軸數量較少，因此，其運動軌跡相對較為簡單，一般情況下只能進行直線運動，但其運動速度卻較高，對此，這種機器人在工業生產中比較適用于高速包裝等工序中。

2.5 協作機器人

每年都會有工人因為機器人運行誤傷的情況。而“人機協作”機器人功耗很低，不易對人產生傷害，可以和人一起完成一些輕量化的工作。“人機協作”機器人本身體積較小，每個軸采用的馬達功率都是低于80W的；并且采用內骨骼設計方式，外面包裹了軟質材料，就算碰到人時不容易產生傷害。從安全性的角度為人機互動提供了安全保障。 伴隨著3C行業機器換人的快速發展，協作機器人呈現高速增長態勢。2014年前后，ABB、FUNAC、安川等國外著名機器人企業紛紛推出了各自的協作機器人產品。

結語

目前，機器人的發展趨勢非常的迅猛，機器人可以替代人類去從事高危險的工作，減輕了人類的勞動強度。對于我國的發展而言，工業機器人起步較晚，我國正處于工業化進程的關鍵時期，將來的高強度、高危險行業的工人數量將會急劇的下降，機器人將會迎來新的“春天”，所以機器人仍擁有巨大的發展空間。同時，由于我國各機器人制造廠商對于機器人的研發與金錢投資的不同，在我國機器人市場上的競爭也會愈演愈烈，這最終也會促進我國工業機器人技術的發展。

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