分析我國機器人技術在制造業中的研究及應用

崔歡歡，劉紅，曾學淑

（云南機電職業技術學院，云南 昆明 650203）

“中國制造2025”明確了成為制造強國的目標。機器人技術具有工作精度高、穩定性好、重復性好、能在有害環境下工作等顯著優點。在我國制造業產業化轉型升級進程中，機器人技術在變革生產模式、提高生產質量、提高管理效率，緩解用人壓力等方面發揮了巨大作用。生產模式的革新是制造業產業化轉型升級的重要內容，機器人的使用優化生產線和生產分工，合理配置資源，提高品質和效率。產品規格的標準性與產品質量的穩定性是衡量制造業水平的重要指標，傳統的生產過程中，易受內外部因素的影響，無法完全保障產品的高質量和穩定性，機器人技術很好的克服了這類問題。近年來，隨著自動化技術、計算機控制、圖像識別、傳感器與信號處理等行業的發展，機器人技術也相應得到了很大的提高，使制造生產不斷邁向高端層次，成為制造業發展的重要內容與支撐。機器人技術已經成為新一次的科技和產業革命的重要方向，標志著一個國家的創造力和競爭力。

1 我國機器人技術的研究現狀

世界上首個機器人專利于1954年產生于美國，我國機器人技術起步較晚，第一臺機器人1980年誕生于中科院自動化研究所。1983年，國家高技術研究發展計劃的開展與實施將機器人發展推向高潮，許多機器人研究院正式成立，許多企業也加入機器人的研發與應用中。近些年來，我國對機器人的重視也從教育科研層次上明顯提升，很多高校逐漸增加了機器人專業方向，進行機器人知識的學習和研究。江蘇省有14所院校都開設了機器人專業，在開設機器人專業方向的高校省份中位居第一，很多院校在雙一流評選結果中成功將機器人相關專業評選為一流專業。第一代工業機器人的構造簡單，功能少，只是機械性地完成同一個功能，重復同一個動作，主要應用于周圍環境固定、變化小的工作場景。隨后，隨著傳感器、云計算、人工智能、物聯網等技術的發展成熟，工業機器人具有更加靈敏、高智慧的特點。

經過40多年的努力，機器人技術從最初的作業方式單一、重復等簡單工序轉變為多元化互聯的一個狀態，并滲入多個行業中。當下已有很多企業開始用工業機器人代替人工操作，從事各種實際生產加工。雖然我國機器人在相關關鍵技術上有所進展，但我國機器人的發展也面臨著較多問題，最根本問題在于缺乏整體的核心技術，特別在整體裝配與生產工藝方面，沒有高速、高精密與高效的減速機、伺服電動機、控制器等關鍵零件。

2 機器人技術在制造業中的應用

機器人是指有多關節機械手或自由度高的自動裝置，可以自動開展工作。由于其具備便捷和高效的優點，已廣泛應用于機器人焊接、自動化加工、物流等制造生產領域。

2.1 機器人在焊接領域的應用

焊接是國民生產中必不可少的基礎制造加工工藝，常因一些精度要求高、勞動強度大、工作環境差（煙塵、弧光、噪聲）等實際情況對焊接人員的專業水平和身體素質要求高。焊接機器人的出現，能夠自動完成工件的傳送和焊接，解決了傳統焊接技術的問題，更好地提升了焊接品質，保證了生產效能，保護了勞動者的健康，很好的應用于汽車零部件制造、鍋爐壓力容器件、國防兵器等方面。焊接機器人指擁有三個或者三個以上可自由編程的運動軸，依靠程序使機器人能夠按照預先規定的路徑及速度，把焊接工具送到指定位置的機器。目前，焊接機器人主要研究焊接追蹤技術、路徑規劃及離線編程技術、多機協調控制技術，還有專用弧焊電源、焊接工藝方法、特種機器人焊接、遙控焊接技術等方向。焊接機器人包含有視覺傳感器、聲音傳感器、觸覺傳感器等，使機器人在焊接時實現自動管控，對各個部件進行精準定位，且運動靈活性更高。焊接機器人系統能夠很好的兼容錯誤代碼，數據處理的效能及準確性都得到了改善。另外，基于VR的虛擬現實技術的應用，能將圖形技術與3D場景進行有機融合，在焊接機器人生產監控工作過程中加入仿真、鉆孔、開發等，從而實現虛擬遙控的功能，工作人員通過遠程監控確可以達到真實操作焊接機器人的感覺，進行人機交互，從而實現自動化工作。焊接機器人目前還缺乏高端產品，主要向集成化、智能化控制、數字網絡遠程控制、柔性化等方向發展。

2.2 機器人在自動化生產領域的應用

機器人在制造業自動化生產中，廣泛應用于鑄造、銑削加工、打磨、切割、裝配等，很多工廠、車間已基本全面解放人力，實現了無人化和全自動化。機器人技術在鑄造生產時，利用3D打印技術原理，使金屬在較少時間內形成快速成型，制造出的產品不光精度滿足要求，降低了傳統金屬熔化過程中，對工作人員身體造成的傷害，保證了鑄造生產的安全可靠。傳統依靠人力的打磨和拋光，需耗費大量的精力和財力，還不能保障成品質量。去除材料是機器人的強項技術，完善了傳統工藝的缺陷，適用于各種金屬材料，擴大使用范圍，還保證了材料拋光表面的精度。銑削機器人應用于柔性自動化零件加工生產線，且能夠對所加工的產品進行自動檢測，對不合格產品進行篩選，構建了一條完整的柔性自動化生產線。在科技的不斷發展下，阻尼控制系統的出現，使切割機器人發揮了很大的優勢，優化定位性能，完善切割流程，使切割工藝中的切削流越來越細。在自動化制造生產過程中，裝配機器人使用柔性自動化的組裝系統，發揮了其高精度的優點，實現了機器人操作機、控制系統、執行系統及傳感系統的科學配合，保證了產品制造效率與質量。裝配機器人包含了機械、光學、微電子、自動控制等多種先進技術，相較于焊接機器人更為靈活，處理細致工作更為精準，能借助可動關節、科學程序，實現精細工作的裝配，避免了傳統人工拆裝的缺點和受限性。

2.3 機器人在物流領域的應用

機器人在物流行業中主要應用于包裝分揀、裝卸、搬運環節。在傳統包裝作業中，反復抓取工作一般由人工操作，人工和管理成本高，且包裝合格率不高。在現代化物流體系中，機器人作業柔性好、承重大、速率高，搭載識別圖象系統和功能多樣的機械手。每到一種物品前可以依靠識別系統來分辨物品屬性，采用與之設置好的機械手進行抓取，可以有效提高物流工作的成效。近幾年，貨物品種的辨認、位置確定等方面也隨著傳感技術的發展取得了極大的進步，特別適用于貨物種類多、訂單批量小、產品批次多等方面的要求，實現了全程自動化操作。AGV與物流系統相配合，不僅提高了工作環境空間的使用率，增大物品搬運重量，減少了裝卸、搬運過程中的非必要停留時間，提高了整體工作效率，還減輕了繁重的體力勞動。比較典型的AMR、料箱機器人、叉車AGV、揀選機器人、復合型機器人、無人駕駛技術等應用徹底顛覆了物料與人的交互模式，突破了多貨箱隨時裝卸。如AMR自主導航移動機器人增設了感知四周環境、自主導航、智能避開障礙物等模塊，免去了繁重的人工貼地標線、鋪設導引線等環節，如果實際生產中，作業流程有變動，只要讓機器人從新構造生成地圖，不需要人工重新布置環境，減少成本、提高成效。還有料箱機器人創造性地改變了傳統的從貨物到人的作業形式，實現了從貨架到人以及貨箱到人的形式，縮小了目標范圍，從而提高了揀選速度，完成訂單的全自動無人揀選作業流程。復合型機器人是一種新興的物流機器人，主要應用智能導航技術，實現了物品的智能揀選、自動裝卸，尤其適合柔性化程度高的生產線。無人叉車實現了點對點的物品搬運，還完成了多個生產環節相互連接的物流運輸服務，尤其適用于倉庫位置比較高、不同生產線間相互運轉、倉庫外自由裝卸物品等，而且在物品重量大、特殊物品搬運等場合發揮著很實用。無人駕駛技術包含無人駕駛物流車、智能駕駛平臺、智能仿真系統互動體驗等也是當下機器人發展的新技術新方向。未來的物流機器人更注重AI算法的應用，使用AI技術幫助機器人進一步提高自動化作業效率，從而提升產業效能。物流機器人技術提升更重視安全性和柔性，利用先進的傳感器、軟件和相機等，辨認四周環境，很好地避開操作人員和障礙物品。

3 機器人技術的發展趨勢及存在問題

（1）智能機器人技術的發展和研究已成為國家制造業發展的主要方向。但智能機器人技術存在開發難度大、周期長以及資金投入高等特點。機器人技術涉及導航技術、定位技術、傳感器信息技術、視覺技術等多交叉多技術領域。相關學科技術的研究較為分離，沒有統一整合，技術創新型人才缺口大。（2）我國機器人市場還處于起步時期，存在著市場規范性低，同質化產品競爭激烈，沒有統一的行業標準，尤其核心技術以及關鍵性功能還未完善等問題。國家應進一步強化政策扶持及加大投資力度，打造一批機器人相關科學研究領域的具有較強研究實力的高校及企業，強化解決細節問題，增強自主創新能力。如加強針對高強度輕質材料的探索，重視控制技術以及多傳感系統等核心技術的發展，研究模糊技術與神經控制的有機結合，擴大機器人作業的范圍，提高執行的精度。（3）隨著機器人技術在焊接、自動化、物流等多個生產制造領域中的不斷應用，機器人技術會越發向更先進、便捷的方向發展，并滲入醫療、教育、軍事以及服務等多領域。機器人技術的應用將會對勞動人員帶來較大的影響，勞動力被代替的速度和規模會越來越大。積極開展技能培訓，提高勞動人員的工作能力和適應性，解決機器人技術發展對于社會產生的影響。

4 結語

機器人技術具有良好的前景和強大的應用需要，發達國家的機器人技術已快速發展，我國機器人技術起步緩慢，目前發展較慢，很多企業也沒有足夠重視。應注重智能機器人技術的研究，不斷進行技術創新，完善管理、升級產能，提高我國機器人技術水平，不斷縮小我國機械制造的發展水平與發達國家的差距。