工業機器人中的自動化生產技術分析

屈利齋

摘要：隨著科學技術的快速發展，工業機器人逐步進入人們視線，其向智能化方向逐步進行，這使得工業機器人技術逐步成為一種高新產業技術。本文主要介紹了工業機器人的相關特征優勢，并針對性地分析了工業機器人的控制系統及關鍵技術，同時也分析了工業機器人的應用現狀。

關鍵詞：工業機器人;自動化;應用

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0212-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著科學技術的飛速發展，工業機器人已經被廣泛應用于各個行業，成為航空、工業制造及自動化生產的重要機電設備。工業機器人，已被人們廣泛接受，其中一些高危行業更是希望工業機器人代替人類完成工作。就工業機器人而言，它是一種集中了機械、電子、計算機等技術的現代化設備，也是一種由操作機和控制器等共同構成的傳感裝置，可以實現自動控制的現代化設備。近些年來，該技術也在進一步突破，對生產制造方面有很大的積極作用，是工業生產中的重要技術之一。

1 工業機器人的發展及特征

通常來說，在工業發展的進程中，工業機器人主要分為具有高度自由的機器人和關節較多的機械手臂，后者可以依賴自身展開工作。兩種機器人的功能實現依靠人工智能技術，利用自身的動力和控制力實現。目前，國際上領先的工業機器人正逐步向高精、高速的方向發展，使其在工業生產中的作用也越來越明顯，工業機器人的使用不僅能有效的保證工業生產效率，還能提高生產質量。當前的工業機器人主要有以下幾大特征：

（1）具有較高的自由度。加強控制能力，需要增多伺服機構，并且會以自由度方式將伺服各個機構表現出來。因此，為了加強機器本身的控制能力，其必須具備有較高的自由度。通常上，簡單的機器人自由度僅有4個;越是復雜的機器人，自由度越是較高，目前最高自由度可達100以上。

（2）具有智能化的特點。工業機器人的發展運行過程需要計算機技術的參與，并對工業機器人進行有效的控制，使得整個系統能夠按照機器人的方式進行活動。

（3）具有精密化、柔性化特點。工業機器人在開發制造過程中需要使用精密先進的制造術，同時，工業機器人使用過程中也需要通過柔性化生產，增強制造企業的靈活性和應變能力，提高效率。

2 工業機器人的控制系統及控制方式

工業機器人由機械部分、傳感部分和控制部分三大部分組成，機械部分是機器人所需要的操作機械，這是構成機器人運行的主體。傳感部分主要功能是將計算機控制命令轉化成為機械語言，進而實現該命令。控制部分是按照輸入流程，對驅動程序、執行機構發出指令信息，并對其進行信息控制。根據控制原理可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統;根據控制運動的形式可分為點位控制和連續軌跡控制。而工業機器人的控制方式主要有以下幾種：

（1）點位控制：這是指工業機器人的執行器在操作過程中，只需要控制某些重要位點，這種控制方式中，不需要規定工業機器人到目標的工作軌跡，僅需指定工業機器人的運行速度與相鄰位點的位姿即可，但要求工業機器人在相鄰點之間準確的進行運動。

（2）智能控制：所謂智能化控制是指工業機器人具有一定的智能化效果，利用機器人本身的傳感器系統了解周圍環境，并結合自身的存儲知識，根據一定的算法將具體執行的決策做出來，其工業機器人具有一定的學習能力，且能更好地適應周圍環境。

（3）連續軌跡控制：工業機器人在進行作業時，不僅需要規定工業機器人的運動軌跡，還需要明確工業機器人的位姿精度和運行速度，同時，工業機器人需在規定的速度與運行軌跡中運動行進，可見工業機器人在完成指令的過程中，不僅要運動平穩、速度可控，且其軌跡也要光滑。

3 工業機器人發展的核心技術

目前，我國的工業機器人發展技術還不是特別成熟，創新性相對較差，許多重要零部件仍需借助進口資源，這就需要我們研發屬于自己的核心技術與部件，這樣才能更好地發展中國的工業機器人產業，從而提升工業生產效率。

（1）啟動控制技術

開發工業機器人最重要的是取代人力去做一些相對高危的工作，這就需要工業機器人具有一定的靈活性、可操作性。工業機器人手臂本身就是模仿人手所制造，需要一定的靈活性。通過一系列核心技術的開發，可以巧妙地完成復雜作業，提高工作效率。同時，在工業機器人的新結構設計和高效驅動方面，若改良相關的機械裝置和執行器，也可有效地提高工業機器人的精度和其他的系列性能。

（2）多傳感融合技術

傳感系統是工業機器人系統中的重要基礎，一臺擁有智能化性能的工業機器人必須擁有良好的感知系統，這樣工業機器人才可以通過感知能力了解周邊的環境信息，才能快速檢測部件和產品組件的生產情況，同時，侵入式的生物傳感器可以評估出操作者的情緒，并根據操作者的行為做出相應的判斷，以此來配合操作人員，并安全完成操作任務。因此，這就需要工業機器人本身需要擁有極其精密的傳感器，這樣才能實現智能化操作。目前許多工作流程復雜、工種較多的生產線需要的工業機器人具有一定的通用性，這就需要提高工業機器人的靈敏性和智能化程度，可在未知環境中工作，并且可與人協同工作，這就增加了工業機器人環境感知的難度。因此，傳感融合技術是工業機器人發展的重中之重。

（3）人機交互技術

工業機器人主要是協同工業操作人員完成一些笨重枯燥和相對危險、人力難以完成的工作，因此，這就需要工業機器人擁有良好的人機交互技術，才能實現人機協作。這也就需要研究人員多了解人機交互技術中的一些關鍵技術。例如，機器人與人、環境之間的絕對安全共存技術，目標環境的自適應技術等等。人機交互技術實現方式從最開始的命令行格式，逐步發展到觸摸屏圖形界面，現在VR虛擬現實技術也在工業機器人中得以應用。在實際操作中，還必須保證人機交互的安全性，為此，工業機器人已經向協作型機器人演變。

（4）路徑規劃技術

目前，許多智能化的工業機器人在復雜環境中工作時，若沒有固定的導軌，就需要工業機器人能夠自主的檢測周邊環境，且能自主避免障礙物，并完成最優的路徑規劃。例如搬運機器人能夠自主避開行進道路上的障礙，這就需要工業機器人擁有良好的路徑規劃技術，不過這一技術仍需要深入研發。

4 工業機器人在實際中的應用研究

目前，工業機器人已經被廣泛應用于工業生產中，在與操作工的嚴密配合下，不僅能有效地完成單一作業，也可以多機聯合，實現復雜工作的操作。

（1）搬運機器人

搬運機器人目前比較常見，在生產制造過程中，企業為提升自身的生產效率會采用搬運機器人進行工作，這樣不僅能有效地提高生產效率，也可以減少操作人員的作業勞動強度，從而降低部分成本。常見的搬運機器人主要有六軸和四軸兩種串聯關節型機器人。相比較而言，六軸機器人的可操作性更強，主要被應用于較大較重的貨物搬運過程中。

（2）自動化裝配線

許多大型化生產企業均采用流水線生產，這樣不僅能提高生產效率，還能降低工作人員的勞動強度，節約生產成本。而自動化裝配線上的機器人也因操作手臂的運動情況水平被分為旋轉關節型和直角坐標型等多種裝配機器人。垂直多關節型裝配機器人在運行過程中能夠實現任意一定的工作姿勢，而直角坐標裝配機器人因在生產過程中的操作簡單而應用在零件的移送等簡單操作。對于雙臂裝配機器人而言，其性能較佳，可以實現較為復雜的裝配工作。

（3）焊接機器人

許多的大型設備在制造過程中需要大量的焊接工作，但仍主要采用人工焊接，相當費時、費力。焊接機器人主要是在工業機器人上安裝焊接工具，代替焊工從事焊接工作。這樣不僅能順利完成工作，提高生產效率，還能減輕勞動負擔。目前，點焊機器人主要應用汽車的焊接，但是隨著科技技術和制造業的快速發展，焊接智能化技術也突飛猛進，激光焊接技術在汽車焊接領域已全面推廣。焊接機器人應用更加普及化成為國內外焊接技術的發展趨勢以及焊接生產發展的新需求和新動向。實現焊接產品的自動化、柔性化與智能化已成為發展的必然趨勢。

5 結論

隨著科學技術的飛速發展，工業機器人在技術和功能方面已經有了很大的提升，基本實現自動化、智能化控制。同時，基于工業機器人自身的優點，其已經被廣泛應用于生產制造行業，不僅有效地提高了生產效率，還減輕了勞動人員的勞動負擔。但是工業機器人仍存在許多的不足之處，這就要求我們要提升核心競爭力，發展核心關鍵技術，才能實現工業機器人的價值，造福人類。

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【通聯編輯：光文玲】