工業機器人的研究現狀與發展趨勢

陳文強

（內蒙古君正能源化工集團股份有限公司，內蒙古烏海 016000）

0 引言

在工業革命的大背景下，各種新的科學技術不斷涌現，特別是20 世紀中葉以來，電子信息技術的迅猛發展，是為人類社會的變革產生很多積極影響。我國自改革開放以來，工業經濟和科學技術水平明顯提高，社會生產力也取得了長足進步，很多新的科學技術成果廣泛應用到人們生活的各個領域，為國家的興旺發達注入了強勁的動力。除了電腦、電冰箱、電視機、汽車、手機等工程產品外，工業機器人作為一種新型高精尖技術的代表，也逐漸出現在工業、民用及軍事等各個領域，對現代社會生產生活方式產生了積極和深刻的影響。

黨中央、國務院高度重視先進技術研究開發，不僅在政策、項目、財力等方面給予了大力支持，投入了大量的資金與技術支持，更重要的是在人才隊伍建設方面也給予高度支持，在高科技領域也產生了很多新的先進技術。特別是工業機器人研發水平也得到了長足進步，逐步在國民經濟及國家安全事務等領域發揮了明顯作用，也在很多層面反映出國家的科技發展水平。

1 工業機器人結構及主要類型

1.1 工業機器人結構

工業機器人作為借助現代高新技術研發出來的一個系統工程，其主要結構包括有人機操作界面、運動控制器及驅動器，同時還包括機器人機械本體。其中，人機界面的作用是指揮系統功能，負責將操作人員意志轉化為機器人實際操作動作，也就是命令指揮中心；運動控制器的功能是在接到人機界面發出指令后，負責協調各個構件執行具體動作，確保機器人正確按照人機界面發出的指令和要求工作，是執行運動機構；驅動器的功能主要是為運動控制器提供動力的裝置，也就是動力源；機械本體就是動作執行機構，負責執行人機界面發出的指令是完成各種動作的最直接部件，包括各種動作執行機構。另外，還有傳感器等一些能夠協助機器人機械本體檢測機位、受力、溫度、光照等周邊工作環境的輔助裝置[1]。這些部件之間是緊密聯系、相互協作，最終形成一個閉環的系統工程。因此，工業機器人在完成相關指令操作時，各個構件之間就是一個相互協調配合的復雜系統，最終通過人機協調實現操作人員意愿，共同發揮出應有的功能。

1.2 工業機器人的分類

從傳統實踐來看，工業機器人的分類主要依據關鍵技術的發展和承載力的高低。從關鍵技術特點方面來劃分，通常將工業機器人劃分為3 代機器人：智能機器人、示教再現工業機器人和離線編程機器人。不斷更新換代的工業機器人能夠帶來更多功能方面的豐富和優化，從而在生產、生活中為人們提供更多優質的服務。針對工業機器人能夠承擔工作能力來劃分，可以將其劃分為超大型機器人、大型機器人、中型機器人、小型機器人和微型機器人。在使用過程中，要正確分析工作中需要承擔的最大標稱重量，再根據說明書載明的最大荷載力來選取合適型號的機器人，避免造成資源浪費或者是機器損傷。在當前國家對智能機器人的研發高度重視的背景下，工業機器人即將迎來更多發展的好政策和機遇，也會給智能機器人的推廣應用帶來很大的發展空間，能夠給各領域和行業的發展注入新動能。在研究發展工業機器人時，應重點從其基本屬性方面考慮，比如分析應用范圍、關鍵核心技術、最大承擔工作載荷能力等，這些都是應該用作劃分參考依據的。如果把應用領域作為劃分工業機器人的依據，就不難發現，工業機器人在社會經濟生活等諸多領域應用十分廣泛，比如醫學、采礦、裝卸等[2]。在軍事領域其應用更為廣泛，在戰場上可以代替軍人完成一些危險的軍事任務。

2 工業機器人的發展狀況

2.1 國外發展現狀

追溯工業機器人的歷史淵源，最初主要是用于汽車制造領域。早在20 世紀60 年代，美國的汽車制造企業就已經開始在生產環節運用工業機器人。這也是工業機器人正式為人類生產活動提供服務的標志，在機器人的發展歷史中具有里程碑式的意義。在隨后較長一段時期范圍內，通過科研人員不斷改進和完善，促使美國成為當今具有最為成熟機器人技術的國家，奠定了美國在工業機器人領域的領先地位，這也為長期鞏固美國工業強國的地位提供了技術支撐。20 世紀80 年代以來，日本、俄羅斯和眾多西方發達國家的工業機器人研發工作也取得長足進步，很多工業機器人水平在某些領域也具有與美國相當的實力，呈現出了多極化發展、百花齊放的局面，也促使了工業機器人向著更加智能化和標準化方向努力，也更有利于促進世界工業化良性快速發展。

2.2 國內工業機器人的發展狀況

工業機器人具有降低制造成本、減輕勞動強度和安全性高的顯著特點。我國作為世界上第一工業制造大國，對于工業機器人需求和市場推廣有更加迫切的要求。為了在工業機器人研發和應用領域搶占一席陣地，國內在20 世紀70 年代就已經開展工業機器人研發應用工作。在第七個五年計劃期間，重點加強了對電子技術、智能技術、機械技術、基礎元器件和工業機器人研究開發工作，走出了一條具有中國特色的機器人產業發展新路子。90 年代期間，國內工業機器人已逐步進入了生產應用環節。特別是在第九個五年計劃期間，國家依托“863”項目的支持，先后建立了新松機器人和北京機械工業自動化所等9 家智能機器人研發基地，并在20 世紀末期就進入了的市場流通，使工業機器人產業進入了加速發展的快車道。21 世紀以來，國內工業機器人市場需求呈火爆趨勢，每年的增長率在15%～20%，主要應用在汽車裝配領域，可以從事焊接、檢測、裝配、搬運、打磨、拋光等工種。從市場領域來看，國內工業機器人主要面向國內市場，也有少量出口國外。從市場前景來看，國內工業機器人仍有十分廣闊的市場空間與發展前景。不過，在技術手段方面我國的機器人研發與美國、日本等有一定差距，但這差距也在逐步縮小，甚至在某些領域要領先于這些國家。特別是我國在量子技術的研發應用領域，也有了自己比較成熟的技術體系，在當今工業機器人研發領域走在了同類產品前列。

3 工業機器人未來發展趨勢

3.1 進一步找準工業機器人的發展定位

21 世紀是知識爆炸的時代。隨著經濟全球化的進程不斷加快，人工勞動力成本逐年增加，機器人自身的顯著特征決定了其在未來工業上的應用越來越廣泛。按照時代發展規律，工業機器人在未來工業應用中要滿足靈活、價低、安全可靠基本要求。機器人研發機構應圍繞這些要求，著力在科學劃分各功能模塊方面下功夫，以滿足不同客戶的個性需求，并可通過優化部分配件結構使其功能得到更加全面的發揮。此外，由于機器人特有的精密屬性，要重點防止其在運輸和使用過程中的損壞。因為其維修和更新成本將會導致企業生產成本增加。因此，在研發工業機器人時，其應用經濟性也應作為一個重要因素來重點關注。

3.2 改進和優化機器人機體結構

隨著世界各種文化思潮的共生交融，很多常用的電子產品也充分迎合人們的個性需求，做了相應的變革和優化，實用性、便攜式往往成為主要潮流。比如，計算機越來越趨向于便攜式，手機也是從最初笨重的大哥大時代演化而來，彰顯了鮮明的時代特征。針對工業機器人作業環境的變化，研發和生產機構應把研究中心側重于能夠滿足更多惡劣極端環境的深潛機器人、排爆機器人、空天機器人、搜救機器人等不同類型，甚至還可以研發出借助人力實施醫療手術的醫用機器人。針對不同用途的機器人，在設計其機體結構時要有所側重，如：搜救機器人要考慮其是否能夠在復雜環境下通行；而醫用手術機器人則可以結合微創手術的特征來進行設計，盡量做到小之又小，盡量減少對人體組織的創傷。總之，個性化需求也必將是未來工業機器人的一個重點方向。

3.3 高科技應用機器人將成為重要研發方向

機器人能夠成為“人”，其最關鍵的特征就是能夠具有思維能力。未來機器人的一個重要研發方向應該是融合更多的人工智能。如果機器人缺乏了人工智能，其與傳統生產車間里普通作業機械沒有本質上的差別[3]。隨著經濟不斷發展，很多應用領域對高智能化的機器人需求更加旺盛。在未來研究方向，機器人應該是十八般武藝樣樣精通。從當前能夠看到的除險機器人、深潛機器人等應用領域來分析，人工智能的嵌入要保證機器人具有一定的獨立思考能力，能應對復雜環境下的工作需要。

4 結語

隨著經濟全球化的不斷深入，各個國家之間的競爭主要是科技和人才的競爭。在此背景下，工業機器人主要向智能化和高精尖技術應用領域發展。國內工業機器人要想在激烈的國際競爭中占有重要地位，應該要充分查找自身存在的短板所在，切實加強國際間科學技術交流合作，掌握尖端核心技術，從而推動工業機器人產業的發展壯大。