工業(yè)機(jī)器人研發(fā)中電子信息技術(shù)的嵌入

趙長(zhǎng)勤

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，全球制造業(yè)的變革越來(lái)越深。如今，我國(guó)正處于科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的階段，各種各樣的新型工業(yè)機(jī)器人不斷地出現(xiàn)在我們的視野之中，并且廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中。因此，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)效率得到了顯著的提高，工人的工作量也得到有效的降低，從而減少安全事故的發(fā)生，工業(yè)機(jī)器人為我們的生活帶來(lái)極大的便利，在工業(yè)領(lǐng)域也取得巨大的成功。而目前也有愈來(lái)愈多的技術(shù)與之融合，電子信息技術(shù)就是其中一種，兩者相輔相成，促進(jìn)彼此之間的發(fā)展。據(jù)此，以電子信息技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的技術(shù)嵌入為主要的討論點(diǎn)，探討兩者是如何有效融合的。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 工業(yè)機(jī)器人;電子信息技術(shù);聯(lián)網(wǎng)

[中圖分類號(hào)]? TP242.2? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2020）47-0164-02

目前，我國(guó)正處于轉(zhuǎn)型階段的關(guān)鍵時(shí)期，我國(guó)的傳統(tǒng)制造業(yè)面臨著智能制造的轉(zhuǎn)型，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人不斷地朝著高精度以及高智能化的方向發(fā)展，所以為了滿足社會(huì)的需要，加快工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)研發(fā)是重要的、關(guān)鍵的，也是必然的。在“中國(guó)制造2025”“智能制造”這樣的背景下，工業(yè)機(jī)器人必然會(huì)在我們的社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用，他們將會(huì)被廣泛地應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械加工、電子電氣、物流搬運(yùn)等領(lǐng)域之中。如今，在餐飲服務(wù)、醫(yī)療衛(wèi)生以及工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)都在逐步運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)。該技術(shù)不但便捷人們的生活，而且在一定程度上促進(jìn)生產(chǎn)。但是，機(jī)器人的研發(fā)仍然處于初級(jí)階段。近些年來(lái)，隨著信息技術(shù)的嵌入，機(jī)器人研發(fā)技術(shù)也得到較快的發(fā)展。

一、工業(yè)機(jī)器人

（一）概念

工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)械裝置，主要用于人類的生產(chǎn)、生活以及學(xué)習(xí)的過(guò)程中，是科技獲得不斷進(jìn)步的重要標(biāo)志，分為半自主以及全自主兩種類型，主要的控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了滿足人們的各種需求而誕生的工業(yè)機(jī)器人，會(huì)按照預(yù)先的輸入編排程序，然后根據(jù)一定的程序來(lái)完成相應(yīng)的工作指令。

其主要的特點(diǎn)有：可實(shí)現(xiàn)電腦編程、擬人化程度高、真實(shí)性強(qiáng)、通用性高、可以和各個(gè)學(xué)科實(shí)現(xiàn)交叉，因此其交叉范圍廣泛。

（二）發(fā)展現(xiàn)狀

隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，機(jī)器人的價(jià)值也越來(lái)越高，同時(shí)也越來(lái)越受到全球的認(rèn)可。工業(yè)機(jī)器人的安裝以及使用，帶動(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)效率的大幅度增長(zhǎng)。一方面機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域是制造業(yè)，同時(shí)智能制造的主力軍也會(huì)隨著4.0的到來(lái)成為工業(yè)機(jī)器人。因此，我們可以看到大多數(shù)產(chǎn)業(yè)都有工業(yè)機(jī)器人的身影，如汽車產(chǎn)業(yè)、電子制造產(chǎn)業(yè)等，它逐漸成為工業(yè)制造的主流。從另一方面來(lái)講，Google等互聯(lián)網(wǎng)公司已經(jīng)開(kāi)始涉獵機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)，他們力圖使兩者融合，這就為機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)環(huán)境變化提供了一個(gè)良好的契機(jī)，同時(shí)也促進(jìn)這一行業(yè)發(fā)生巨變，而這些變化都會(huì)使工業(yè)機(jī)器人逐漸向大數(shù)據(jù)自律化以及網(wǎng)絡(luò)化的方向轉(zhuǎn)變。

盡管如此，我國(guó)和其他國(guó)家相比仍然存在差距。日本的機(jī)器人在生產(chǎn)以及應(yīng)用上都處于遙遙領(lǐng)先的位置，他們始終保持著“機(jī)器人大國(guó)”的地位，日本的機(jī)器人零部件生產(chǎn)占據(jù)90%的市場(chǎng)份額。而中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車以及電子信息行業(yè)，用于更多的大規(guī)模生產(chǎn)線之中，這與日本存在明顯的差別。因此，在未來(lái)，我們需要將機(jī)器人更多地應(yīng)用于“三品”產(chǎn)業(yè)之中，更加廣泛地應(yīng)用于各種服務(wù)領(lǐng)域、各種中小企業(yè)中。未來(lái)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是研發(fā)更小的、應(yīng)用更加廣泛的機(jī)器人，這就需要我們根據(jù)實(shí)際的市場(chǎng)需求，進(jìn)行靈活的變化，而電子信息技術(shù)就是它的技術(shù)支撐。

二、電子信息技術(shù)

（一）概念

電子信息技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是一種現(xiàn)代化的技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化的技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字信息分析以及信息處理。主要目的在于獲取信息、處理信息，最后以這些處理好的信息為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)以及開(kāi)發(fā)系列的電子設(shè)備和信息系統(tǒng)，是一種強(qiáng)有力的學(xué)科工具。

（二）發(fā)展現(xiàn)狀

在新一代電子信息技術(shù)的發(fā)展背景下，開(kāi)始不斷衍生出移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)計(jì)算、云計(jì)算、工業(yè)可編程控制器等，這些技術(shù)推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人的創(chuàng)新和發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了制造業(yè)生產(chǎn)方式的改變和發(fā)展。隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，制造業(yè)將會(huì)向智能化轉(zhuǎn)型，而信息化技術(shù)也會(huì)得到進(jìn)一步提升。李毅中就提出了要推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+信息化的時(shí)代，促進(jìn)兩者與工業(yè)的深度融合。他提出培育智能制造應(yīng)當(dāng)有五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。其中一個(gè)重要的關(guān)鍵點(diǎn)就是要把電子信息化技術(shù)深度嵌入各種工業(yè)產(chǎn)品之中，切實(shí)提高產(chǎn)品的質(zhì)量、功能以及附加值，而工業(yè)機(jī)器人也是工業(yè)化的產(chǎn)品之一。我國(guó)目前的自給率比較低，僅有百分之二十。因此，為了提高我國(guó)的自給率，需要特別加強(qiáng)我國(guó)的薄弱環(huán)節(jié)，比如零部件、元器件以及關(guān)鍵材料的質(zhì)量的自給率。

黨的十六大已經(jīng)明確提出，我國(guó)要實(shí)現(xiàn)新興的工業(yè)化，要以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，因此，兩者的融合是必然的趨勢(shì)。

三、工業(yè)機(jī)器人研發(fā)中電子信息技術(shù)的應(yīng)用

（一）在驅(qū)動(dòng)方式上

現(xiàn)如今，我們正處于信息化以及機(jī)器化的大變革之中，為了提高我國(guó)在國(guó)際中的競(jìng)爭(zhēng)地位，我們需要對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行創(chuàng)新和升級(jí)。在20世紀(jì)70年代的時(shí)候，工業(yè)機(jī)器人走向了一個(gè)新的階段，這與電子信息技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。世界上第一臺(tái)全電動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人誕生，這臺(tái)工業(yè)機(jī)器人將電子信息技術(shù)以及機(jī)器人智能技術(shù)進(jìn)行了綜合利用，因此，它也成為工業(yè)機(jī)器人走向智能化發(fā)展的重要標(biāo)志。

全自動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人更加具有優(yōu)勢(shì)，主要原因在于，它所采用的是電動(dòng)機(jī)化的驅(qū)動(dòng)方式，而非液壓的驅(qū)動(dòng)方式。所以從某種程度上來(lái)講，它的響應(yīng)度、精度以及靈活性都比液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人更強(qiáng)。因此，在工業(yè)化快速發(fā)展的今天，在電子信息技術(shù)的促進(jìn)下，全電動(dòng)的工業(yè)機(jī)器憑借其電動(dòng)化的驅(qū)動(dòng)方式取代了過(guò)去的液壓驅(qū)動(dòng)方式，逐漸融入工程的生產(chǎn)之中，并且成為工業(yè)領(lǐng)域的主流。如今，驅(qū)動(dòng)方式也在不斷發(fā)生著改變，不斷創(chuàng)新。傳統(tǒng)的直流伺服驅(qū)動(dòng)方式已經(jīng)被交流伺服方式取代，并且直線電動(dòng)機(jī)等新型的驅(qū)動(dòng)方式也在不同的領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

（二）在信息的處理上

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，工作質(zhì)量在很大程度上都受運(yùn)動(dòng)方式的影響。而機(jī)器人運(yùn)動(dòng)主要是通過(guò)各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，就需要保證機(jī)器人內(nèi)部有高度精確的計(jì)算能力，否則無(wú)法完成各種復(fù)雜的動(dòng)作。總之，只有機(jī)器人的控制器需要進(jìn)行大量的計(jì)算，我們才能保證對(duì)機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器發(fā)出正確的指令，從而使機(jī)器人完成相應(yīng)的動(dòng)作以及任務(wù)。

盡管對(duì)計(jì)算有極高的要求，但隨著電子信息技術(shù)的融入，這一問(wèn)題得到有效的解決。當(dāng)這一技術(shù)融入工業(yè)機(jī)器人之后，其中的CPU計(jì)算能力以及控制性在某方面都得到有效的提高。而高性能的機(jī)器人甚至可以控制20個(gè)及以上的關(guān)節(jié)，這為機(jī)器人完成更加復(fù)雜的工作提供了重要條件。也就是說(shuō)，電子信息技術(shù)的發(fā)展不僅進(jìn)一步提高了工業(yè)機(jī)器人本身的性能，同時(shí)也將它的應(yīng)用范圍擴(kuò)大了。如今，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)我們就可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人信息共享和聯(lián)動(dòng)，這對(duì)我國(guó)的工業(yè)智能化的進(jìn)一步提高有著重要作用。

（三）在設(shè)計(jì)過(guò)程上

在機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程中，最基本的步驟是基于數(shù)據(jù)的基本要求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而設(shè)計(jì)出機(jī)器人的基本框架。然而由于機(jī)器人對(duì)數(shù)據(jù)精確的要求，普通的人工計(jì)算是無(wú)法滿足的。因此，電子信息技術(shù)本身的計(jì)算系統(tǒng)為工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了重要基礎(chǔ)，將這一技術(shù)本身的大數(shù)據(jù)核算能力嵌入工業(yè)機(jī)器人的基本設(shè)計(jì)框架之中，一方面不僅提高了其計(jì)算能力，同時(shí)改善了他們的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而減少機(jī)器人設(shè)計(jì)失敗的幾率;另一方面這一技術(shù)也為工業(yè)機(jī)器人多樣性的設(shè)計(jì)增加無(wú)限的可能性，機(jī)器人的外形以及功能將會(huì)得到大幅度的提高。

（四）在控制系統(tǒng)上

如果把機(jī)器人比作人類，那么它的“人腦”就是其控制系統(tǒng)。在我們的日常生活中，我們的大腦會(huì)幫助我們進(jìn)行各種決策，我們身體內(nèi)外部感受到的各種信號(hào)，都會(huì)通過(guò)我們的大腦，做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。而機(jī)器人的控制系統(tǒng)也和人腦一樣，它可以控制機(jī)器人身體的各個(gè)關(guān)節(jié)以及支配它的各種行動(dòng)。對(duì)工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，獨(dú)立完成一定的操作、焊接以及安裝任務(wù)是必要的。所以在這一過(guò)程中，機(jī)器人支配自身動(dòng)作的程度就可以體現(xiàn)出控制系統(tǒng)的重要性。

比如嘉騰機(jī)器人生產(chǎn)的AGV。嘉騰機(jī)器人AGV提高倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化效率，為傳統(tǒng)制造業(yè)和物流業(yè)注入“智能+”的基因。以小螞蟻AGV為例，它小小的個(gè)子卻能輕松舉起超過(guò)500公斤重的貨物，還能實(shí)現(xiàn)上千臺(tái)機(jī)器24小時(shí)同步不間斷開(kāi)工。并且“所有的搬運(yùn)工作都可以通過(guò)AGV解決。其次，“手”和“腳”并用協(xié)同推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的場(chǎng)景越來(lái)越普遍。在順德一家家電企業(yè)的生產(chǎn)線上，伊雪松機(jī)器人的機(jī)械臂把物料放到嘉騰機(jī)器人AGV上，AGV又將其運(yùn)送到下一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫對(duì)接。

而在信息化技術(shù)的背景下，工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)已經(jīng)得到了各種發(fā)展，經(jīng)過(guò)我們的不斷研發(fā)與努力，目前的控制系統(tǒng)多種多樣、形式不一。而多樣的控制系統(tǒng)就為轉(zhuǎn)化不同的工作模式提供良好的契機(jī)，它可以根據(jù)不同的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)定和轉(zhuǎn)化。比如，計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)可以幫助其轉(zhuǎn)化到數(shù)據(jù)計(jì)算的模式。這些系統(tǒng)不僅使機(jī)器人的生產(chǎn)方式豐富化，同時(shí)也促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的分工，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率的提高，為工業(yè)制造業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力。

（五）在機(jī)器人傳感上

目前，我們看到的機(jī)器人對(duì)外部情況的感應(yīng)以及控制技術(shù)都達(dá)到了一定的水平，但是在其發(fā)展的初期，僅僅具備檢測(cè)自身位置、角度以及速度的功能，那時(shí)還沒(méi)有辦法很好地控制以及命令。因此，在沒(méi)有電子信息技術(shù)的引入下，它的感應(yīng)以及控制技術(shù)都比較薄弱。而如今，隨著信息技術(shù)以及傳感技術(shù)的不斷嵌入，機(jī)器人的外部傳感器引進(jìn)了信息化的數(shù)據(jù)分析，同時(shí)也將智能化感應(yīng)和控制技術(shù)融入進(jìn)去，這就為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展創(chuàng)新提供了重要的技術(shù)應(yīng)用。所以，工業(yè)機(jī)器人感應(yīng)周圍環(huán)境能力增強(qiáng)、掌控能力的提高都要?dú)w功于電子信息化技術(shù)的嵌入，沒(méi)有這一技術(shù)，它依然停滯不前。總之，它幫助工業(yè)機(jī)器人沖破了在不同工作領(lǐng)域的技術(shù)壁壘，為工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用掃清了障礙，使其智能化程度得到了有效的提高。

總的來(lái)說(shuō)，時(shí)代是在不斷進(jìn)步與發(fā)展的，不管是電子技術(shù)的飛速發(fā)展，還是工業(yè)機(jī)器人的蓬勃發(fā)展，不可否認(rèn)的是它們已經(jīng)逐漸走進(jìn)我們的生活之中，并且逐漸成為一個(gè)無(wú)法替代的部分，它們?cè)谖覀兊纳钪邪缪葜匾慕巧Ｍ瑫r(shí)，借助機(jī)器人的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)被嵌入工業(yè)生產(chǎn)中。

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◎編輯 鄭曉燕