工業機器人的應用和發展趨勢

【摘要】隨著科技進步，工業機器人的應用也不斷增大，不同行業對于工業機器人的要求不同，因此很有必要對工業機器人進行深入的研究和分析，這將能夠很大的提高其社會生產效率。

【關鍵詞】工業機器人技術；發展現狀；發展趨勢

0.引言

工業機器人出現于20世紀60年代，并在不斷升級發展著。由于工業機器人是結合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多門學科相互交互而形成的高新科技，在當代的研究非常的活躍。由于機器人不怕苦、不怕累，他們能夠長期從事單調、重復的體力勞動，并能夠在更復雜的領域替代人工作業。

據悉，世界工業機器人行業4大巨頭瑞士ABB、日本FANUC發那科、日本YASKAWA安川電機、德國KUKA庫卡都在中國設立了分公司，連同其他進口品牌，在中國市場的占有率達到8成以上。

作為世界上最大的制造業國家，中國市場對機器人產業意義重大。根據IFR（國際機器人聯盟）的研究，到2014年，全球每年新安裝工業機器人將達到16.67萬臺，屆時我國工業機器人年裝機量將超過日本，達到近3.2萬臺，將占到世界總量的20%。

1.工業機器人概念、組成、分類、技術前景

1.1 工業機器人的概念

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。從工業機器人的用途而言，其主要完成的是通過計算機來控制機器人的自主自動化控制系統。

1.2 工業機器人的組成

工業機器人的主要是由三大部分組成：機器人主體、驅動管理、計算機控制系統。具體而言，機器人主體是機器人所需要的操作機械，例如機械手腕、機械臂部、行走設備等，這是構成機器人運行的主體。驅動管理部件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?？刂葡到y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。

如圖1所以，機械手系統由三套伺服器和伺服電機組成，分別為X、Y和Z軸，控制板卡上有三路脈沖+方向輸出，可以單獨對X、Y和Z軸進行控制。其中Z軸處于垂直位置，為防止掉電在重力作用下掉下來，需使用帶抱閘的電機。

伺服驅動器工作在位置模式，以X軸為例，系統原理圖如圖2所示。通過脈沖控制卡的脈沖輸出來控制伺服電機，方向信號控制電機的運轉方向。 Y軸Z軸與X軸控制原理相同。

1.3 工業機器人的分類

（1）移動機器人（AGV）

移動機器人（AGV）是工業機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網絡交互等功能，它可廣泛應用于機械、電子、紡織、卷煙、醫療、食品、造紙等行業的柔性搬運、傳輸等功能，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統（以AGV作為活動裝配平臺）；同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。

（2）點焊機器人

點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業機器人企業憑借與各大汽車企業的長期合作關系，向各大型汽車生產企業提供各類點焊機器人單元產品并以焊接機器人與整車生產線配套形式進入中國，在該領域占據市場主導地位。

（3）激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。本系統通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統通過對加工工件的自動檢測，產生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數據直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復等。

1.4 工業機器人的經濟效益

工業機器人是現代工業自動化發展到一定階段的必然產物，它主要基于計算機自動化控制和電子物理相互結合。

采用工業機器人還有如下優點：第一，改善勞動條件，逐步提高生產效率；第二，更強與可控的生產能力，加快產品更新換代；第三，提高零件的處理能力與產品質量；第四，消除枯燥無味的工作，節約勞動力；第五，提供更安全的工作環境，降低工人的勞動強度，減少勞動風險；第六，提高機床；第七，減少工藝過程中的工作量及降低停產時間和庫存；第八，提高企業競爭力。

2.我國機器人技術的發展

2.1 國內工業機器人的現狀

我國工業機器人起步比較晚技術與國外的相比還是有著一定的差距。雖然我國在某些關鍵技術上有所突破，但還是缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產權的工業機器人則很少。目前我國工業機器人技術水平不是很高，特別是在制造工藝與裝備方面，不能生產高精密、高速與高效的關鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術有：數控機床關鍵技術與裝備、隧道掘進機器人相關技術、工程機械智能化機器人相關技術、裝配自動化機器人相關技術。現已開發出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導引車等的工業機器人產品，主要應用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業。

2.2 制約我國工業機器人的因素

制約我國機器人技術發展的瓶頸是市場，換句話說，就是對機器人的應用需求。工業機器人發展長期以來受限于成本較高與國內勞動力價格低廉的狀況，隨著中國經濟持續快速的發展，近幾年的國民生產總值年平均增長率更是保持在9%左右，人民生活水平不斷地提高，勞動力供應格局已經逐步從“買方”市場轉為“賣方”市場、由供遠大于求轉向供求平衡。作為制造業主力的農民工也從早期的僅解決溫飽問題到現在對薪資和工作條件提出了更高的要求。這些情況使得許多勞動密集型企業為了提高勞動生產率所采用的增加工人數量、延長工人勞動時間的方法變得成本高昂，同時也受到法律的限制和政策的阻礙。無論是企業還是社會都認識到必須采取從改善機器設備入手，提高技術和資金的密集度來減少用工量以應對這種改變?？傊?，勞動力過剩程度降低、單個工人成本上升、對產品質量更高的要求、國家對裝備制造業的重視等變化改善了機器人的使用環境，工業機器人及技術在中國已逐步得到了政府和企業的重視。隨著機器人知識的廣泛普及，人們對于各種機器人的了解與認識逐步深化，利用機器人技術提升我國工業發展水平、從制造業大國向強國轉變，提高人民生活質量成為全社會的共識。

2.3 如何解決制約我國工業機器人的因素

一是隨著我國經濟的快速發展，中國機器人界要能提供質量穩定可靠，價格適宜的各類機器人商品，要做到這一點，產業化是提高質量、降低成本的必由之路，是擴大市場銷售（包括出口）量的前提，而現時，中國機器人的產業化還有一段路程要走。

二是有關各方（包括主管部門和企業界）要加深工業機器人對穩定提高工業產品質量和勞動生產率、快速滿足商品更新換代要求的突出作用的認識。才能有決心在工業機器人這一高新技術領域采取“高投人高產出”的戰略措施。

三是要解決用好機器人的問題，主管部門除繼續鼓勵機器人研制生產單位和用戶緊密結合，堅持以實際應用帶動機器人技術發展的方向，使機器人發展從經濟方面走上良性循環的道路，為建立中國自己的機器人產業做好準備外，在有關策上，還應該向應用機器人的企業提供支持。

2.4 我國工業機器人的發展趨勢

我國機器人技術主題發展的戰略目標是：根據2l世紀初我國國民經濟對先進制造及自動化技術的需求，瞄準國際前沿高技術發展方向創新性地研究和開發工業機器人技術領域的基礎技術、產品技術和系統技術。未來工業機器人技術發展的重點有：第一，危險、惡劣環境作業機器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人；第二，醫用機器人：主要有腦外科手術輔助機器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機器人：主要有移動機器人，網絡遙控操作機器人等。其發展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。

3.機器人發展的熱點和趨勢

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流 機器人發展前景及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。

目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發展。主要研究內容集中在以下幾個方面：

（1）機器人涂膠工作站

機器人涂膠工作站是我所機器人中心近年來研制開發的機器人應用系統，主要包括機器人、供膠系統、涂膠工作臺、工作站控制系統及其它周邊配套設備。為了提高系統的可靠性，涂膠工作站中的機器人和供膠系統，一般采用國外產品，我所根據用戶的需求，進行工作臺、控制柜及周邊配套設備的設計制造，并完成涂膠系統的集成。該工作站自動化程度高，適用于多品種、大批量生產，可廣泛地應用于汽車風擋、汽車摩托車車燈、建材門窗、太陽能光伏電池涂膠等行業。

（2）機器人焊接工作站

隨著電子技術、計算機技術、數控及機器人技術的發展，自動弧焊機器人工作站， 從60年代開始用于生產以來，其技術已日益成熟，主要有以下優點：

①穩定和提高焊接質量；

②提高勞動生產率；

③改善工人勞動強度，機器人可在有害環境下工作；

④降低了對工人操作技術的要求；

⑤縮短了產品改型換代的準備周期（只需修改軟件和必要的夾具即可），減少相應的設備投資。因此，在各行各業已得到了廣泛的應用。該系統一般多采用熔化極氣體保護焊（MIG、MAG、CO2焊）或非熔化極氣體保護焊（TIG、等離子弧焊）方法。

（3）機器人自動裝箱和碼垛工作站

機器人自動裝箱、碼垛工作站是一種集成化的系統，它包括工業機器人、控制器、編程器、機器人手爪、自動拆/疊盤機、托盤輸送及定位設備和碼垛模式軟件等。它還配置自動稱重、貼標簽和檢測及通訊系統，并與生產控制系統相連接，以形成一個完整的集成化包裝生產線。

4.結語

工業機器人的市場競爭日趨激烈，我國制造業面臨著與國內外的高科技相互競爭、發展的要求，必須要加快工業機器人的研究和開發。因此我國工業機器人行業必須要認識到以下幾點：

（1）工業機器人是我國從制造業大國發展到強國的必經階段，只有通過自主創新和不斷研發，參考國外先進的經濟，我國才能真正將工業機器人變成我國的科技核心產業。

（2）在國家的科技發展計劃中，我國應當對于智能機器人研究和開發提供大力支持，并推動行業的不斷發展，通過經濟、行政等手段鼓勵行業的快速前進。