淺談工業(yè)機器人的發(fā)展及應用

楊濤 米君昊

摘 要：在2015年國家提出“中國制造2025”這個戰(zhàn)略計劃，在步入“中國制造2025”中，工業(yè)機器人是關(guān)鍵的一部分，實現(xiàn)工業(yè)智能化，工業(yè)機器人是必不可少的，本文主要針對工業(yè)機器人的發(fā)展歷史、趨勢以及應用做探討，為進一步設計出相關(guān)工業(yè)或者其他方面可減輕勞動力、提升工作效率的機器人做理論參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人 發(fā)展歷史 發(fā)展現(xiàn)狀 應用范圍

1 引言

“機器人”一詞主要產(chǎn)生于捷克劇作家卡雷爾·凱培克，而阿西莫夫在1940年提出了“機器人三守則”，進一步拉近了機器人與人之間的距離。在20世紀50年代，提出了人工智能的概念，而作為人工智能最重要的技術(shù)應用之一，就是工業(yè)機器人。根據(jù)國際機器人聯(lián)盟 （ International Federation of Robotics，以下簡稱IFR） 定義，工業(yè)機器人是“在工業(yè)自動化中使用的、可重復編程的、多用途自動控制操作機”，并可依靠人工智能技術(shù)進行編程從而實現(xiàn)各種制造功能的機器設備，也是工業(yè)4.0的重要代表[1]。2015年國家提出“中國制造2025”，工業(yè)機器人的需求量也逐漸擴大，利用智能化代替人力，從而提高效率。隨著技術(shù)的發(fā)展，我國的工業(yè)機器人的需求占到全球總量的三分之一，工業(yè)機器人的發(fā)展和應用也成為關(guān)鍵[2]。

2 工業(yè)機器人的發(fā)展歷史

2.1 國外工業(yè)機器人的發(fā)展歷史

在20世紀50年代，約瑟夫·恩格爾貝格利用伺服系統(tǒng)的靈感于喬治·德沃爾發(fā)明了第一臺工業(yè)機器人并在通用汽車的生產(chǎn)車間使用。20世紀60年代開始，工業(yè)機器人進一步發(fā)展，機器人傳感器的應用提高了機器人的可操作性，包括恩斯特采用的觸覺傳感器等。緊接著，美國、英國等知名大學陸續(xù)成立了機器人實驗室[3]。70年代以后，機器人和以機器人為核心的自動化設備在工業(yè)發(fā)達國家應用非常活躍[4]。當前工業(yè)機器人最大的生產(chǎn)商為日本，它占據(jù)著整個世界40%左右的生產(chǎn)力，由于日本政府大力支持以及一定的專業(yè)基礎，日本已經(jīng)成為世界上最先進的工業(yè)機器人生產(chǎn)國家。

2.2 國內(nèi)工業(yè)機器人的發(fā)展歷史

20世紀70年代，我國的工業(yè)機器人技術(shù)才開始起步，1986年，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）開始實施，經(jīng)過幾年的努力，成功研制了特種機器人。中國科學院沈陽自動化研究所研制了6000m水下機器人并在1995年9月完成了6000m深海實驗，這使我國跨入世界機器人先進行列。我國工業(yè)機器人的潛在市場比較大，所以有著充足的研發(fā)動力。

3 工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國外工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

工業(yè)機器人在全球范圍的應用規(guī)模增長迅猛，根據(jù)IFR（國際機器人聯(lián)合會）發(fā)布的最新報告，全球工業(yè)機器人銷量在2019年時已達近40萬臺，同比增長2%左右。日本、德國的工業(yè)機器人水平全球領(lǐng)先，四大家族的機器人依舊為全球主要的工業(yè)機器人供應商，德國工業(yè)機器人在原材料、本體零部件和系統(tǒng)集成方面有一定優(yōu)勢。

3.2 國內(nèi)工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

從2013年以來，我國工業(yè)機器人市場開始迅速增長，成為全球最大的市場，根據(jù)IFR統(tǒng)計，2018年，我國工業(yè)機器人市場累計銷售工業(yè)機器人15.6萬臺，占全球的比重達到36%，年銷量連續(xù)第六年位居世界首位[5]。在國家、地方政策的引導下，到2020年，我國機器人的市場規(guī)模預計突破100億美元，其中工業(yè)機器人的比重占到60%左右[6]。

4 工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢

4.1 技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1.1 人機協(xié)作

傳統(tǒng)的機器人必須遠離人類，在保護圍欄或者其他屏障之后，以免人類受到傷害，這限制了工業(yè)機器人的應用效果，人機協(xié)作將人的認知能力與機器人的效率結(jié)合在一起，從而使人可以安全、簡便的進行使用，這樣也使編程更簡單，同時降低了對操作人員的要求。

4.1.2 自主化

現(xiàn)在的機器人主要是依靠預編程、示教再現(xiàn)控制等操作模式進行控制，后期機器人的發(fā)展逐漸向自主學習、自主作業(yè)等方向發(fā)展，工業(yè)機器人可以根據(jù)實際的工作環(huán)境、工作內(nèi)容，自動設定和優(yōu)化軌跡路徑，進行檢測，避開障礙等功能。

4.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

隨著各工業(yè)大國提出機器人產(chǎn)業(yè)政策，比如說德國的工業(yè)4.0、日本機器人新戰(zhàn)略，美國先進制造伙伴計劃、中國十三五規(guī)劃與《中國制造2025》等國家級政策，促使工業(yè)機器人市場持續(xù)發(fā)展，IFR預計到2024年全球工業(yè)機器人產(chǎn)量銷售額達到355.0億美元。

5 工業(yè)機器人的應用

隨著機器人應用范圍的擴大，工業(yè)機器人的應用范圍也逐漸擴大，市場需求主要在汽車、電子設備以及金屬制造等領(lǐng)域。

5.1 汽車行業(yè)的應用

汽車車身的制造分為四大工藝，沖壓、焊裝、涂裝、總裝，工業(yè)機器人在這些工藝中，主要承擔上下料、焊接、噴漆涂裝、碼垛搬運等工作。在沖壓環(huán)節(jié)，工業(yè)主要用于沖壓零件的上下料搬運工作，為打造輕量化車身，大負載機器人就可承擔很多工作，可以完成很多大重量的零件。為完成一個漂亮的車身，機器人與整個產(chǎn)線的夾具協(xié)作配合，將每塊鐵皮鏈接，完成車身的制造。最后利用工業(yè)機器人完成整車噴涂、涂膠、玻璃安裝等工作，在減少人力的同時，還保證了安裝效果，減少了工作時間，提高了工作效率。

5.2 電子行業(yè)的應用

人們對電子產(chǎn)品的要求越來越高，而電子產(chǎn)品的價格卻逐漸降低，現(xiàn)在一部低端的智能手機的價格在1000元左右，然而，如果使用工人來完成手機的組裝，不僅耗費高人力，組裝的效果還不能滿足生產(chǎn)要求。工業(yè)機器人的引入，解決了這些問題，在手機生產(chǎn)領(lǐng)域，更是解決將流程做到了自動化。

5.3 制造業(yè)的應用

工業(yè)機器人在數(shù)控機床領(lǐng)域應用較多，比如參與加工制造，在生產(chǎn)過程中，用機器人代替人工，完成上下料、零部件搬運等工作，可完成批量生產(chǎn)，提高工作效率。工業(yè)機器人還可輔助數(shù)控折彎機工作，在定位臺和翻轉(zhuǎn)架領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)，機器人在折彎施教的耗費時間較少，在防盜門、電梯等加工生產(chǎn)中，應用廣泛。

工業(yè)機器人還可在數(shù)控機床沖壓集成功能中發(fā)揮巨大作用，它的使用，能夠增強數(shù)控生產(chǎn)線的柔性，確保生產(chǎn)效率的同時，還能確保機器人實現(xiàn)自我保護。在熱模鍛領(lǐng)域，工業(yè)機器人可以代替數(shù)控機床完成操作，節(jié)省了時間[7]。

5.4 食品行業(yè)的應用

機器人的運用范圍越來越廣泛，很多傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域人們也逐漸用及其來代替人類工作，比如食品工業(yè)。目前，人們已經(jīng)開發(fā)制造出包裝罐頭機器人、自動午餐機器人、切割牛肉機器人等。

例如切割牛肉機器人，雖然牛的身體結(jié)構(gòu)差不多，但還是有很多不同的地方，為最大限度的保證牛肉的使用率，機器人要選擇每頭牛的最佳切割方法，機器人系統(tǒng)會模擬技術(shù)純熟的屠宰工人的動作，完成牛肉的切割。

5.5 其他行業(yè)的應用

工業(yè)機器人不僅僅用在上述幾個行業(yè)，隨著逐漸的機器化，越來越多的行業(yè)對機器人的需求量增加。

比如化工行業(yè)，在產(chǎn)品生產(chǎn)中要保證一個潔凈的化境，潔凈度的高低還直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，工業(yè)機器人可以嚴格按照產(chǎn)品生產(chǎn)要求完成生產(chǎn)。

比如玻璃行業(yè)，現(xiàn)在的絕大多數(shù)玻璃制造廠，主要依靠人力制造、搬運，而隨著科技的發(fā)展，對于玻璃的潔凈度要求越來越高，有些潔凈度要求非常高的玻璃，人工是無法完成的，這個時候工業(yè)機器人可以代替人力完成，而且在搬運過程中，工業(yè)機器人可以更好的代替人力，完成搬運，還保證了潔凈度。

比如家用電器行業(yè)，家用電器的大型設備領(lǐng)域?qū)?jīng)濟性和生產(chǎn)率的要求也越來越高，降低工藝成本，提高生產(chǎn)效率成為重中之重，使用機器人可以更經(jīng)濟有效的完成生產(chǎn)、加工、搬運、測量和檢驗工作，由此可以確保生產(chǎn)流水線的物料流通順暢，同時始終保持恒定高產(chǎn)量。工業(yè)機器人可以運用到家用電器生產(chǎn)工藝流程的所有方面。

6 結(jié)語

機器人從示教再現(xiàn)等原有操作模式逐漸向自主學習、自主作業(yè)的方向發(fā)展。未來，工業(yè)機器人將更小，更輕，更靈活，為了確保國家經(jīng)濟發(fā)展的速率和質(zhì)量，就必須不斷創(chuàng)新發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)，打破傳統(tǒng)人工生產(chǎn)，通過發(fā)展工業(yè)機器人技術(shù)，提高我國制造業(yè)乃至整個工業(yè)的裝備技術(shù)水平，以增強我國的國家安全與綜合國力。

參考文獻：

[1]閆雪凌，朱博楷，馬超.工業(yè)機器人使用與制造業(yè)就業(yè)：來自中國的證據(jù)[J].統(tǒng)計研究，2020，37（01）：74-87.

[2]李肇惠，郝昭.工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展及其應用分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020（01）：249-250.

[3]楊正澤 .中國制造2025 高檔數(shù)控機床和機器人[M].濟南：山東科學技術(shù)出版社，2018.05：91-92.

[4]張福學 . 機器人技術(shù)及其應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2000.01：1-6.

[5].工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀及分析[J].電器工業(yè)，2020（04）：22-30.

[6]周浩，熊君尹，邵寧.我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及思考[J].科技風，2020（11）：1-2.

[7]陶婕.工業(yè)機器人在數(shù)控機床中的運用實踐研究[J].科技風，2020（07）：165.