工業機器人在制造業中的應用

汪永超 唐浩

摘 要：在現代化的工業生產中，自動化成為發展的必然趨勢，工業機器人在制造業中的應用正式步入自動化的標志。在工業機器人的發展歷程中經歷了很多曲折的過程，但是日益發展的工業機器人技術給生產力帶來了極大的提高，所以說大力鼓勵工業機器人應用于制造業是十分有必要的。

關鍵詞：工業機器人；制造業；應用

隨著現代科技的不斷發展，工業機器人技術也實現了巨大的飛躍，從原先的手動操作發展到半自動化操作，直到現在基本實現了全自動化的程序化操作。工業機器人是由原來的多關節機械手或者是能夠作為一種具有足夠自由度的工具，逐步融入現在自動化和智能化實際理念，實現了機電一體化的高級可操作性的制造業不可或缺的“勞動力”。而且就目前的發展趨勢來看，還會向著更加高級的方向發展，也就是工業機器人會在以后的制造業中占據更加重要的地位，應用也越來越廣泛。

1 工業機器人的發展

1.1 機械結構

在現代制造業中使用的機器人已經基本實現了程序的半自動化操作，也就是只需要操作人員輸入正確的運行代碼，工業機器人就可以準確的完成對應的生產任務。在工業機器人的發展初期，它的設計理念來源于模仿人類的手臂，再加入固定結構和驅動系統，使用適合的材料對工作部位進行設計，就形成了簡單的原始機器人；后來，隨著使用要求的不斷提高和人類設計理念的不斷創新加入了執行系統和智能化、自動化的操作系統。現在正在投入使用的一般有3～6個自由度，通常情況下腕部機器人有1～3個運動自由度；動力裝置和傳動結構組成機器人的驅動系統；操作系統負責執行設計者編入的確定運行程序，通過輸入、輸出信號進行控制。

1.2 理論建設

雖然工業機器人的工作程序相對簡單，但是設計所需要涉及的學科知識既有大學的基礎課包括應用力學基礎、線性代數、機械設備基礎等，也包括許多大學專業必修課，例如機械原理、機械設計、機電一體化、自動化理論基礎等。而且在機械設備的懸臂式機器人還用到運動學、動力學、工業機器人樣本的物理參數設計，以及操作軌跡的規劃、操作方法的控制方式與技術理論方法。在前沿的科研實驗任務重，工業機器人也擔任重要的攻堅任務，例如深海內的科研任務，在初步的登月計劃上所用的先進機器人也是有工業機器人發展來的。

2 在制造業中的實際應用

2.1 工業機器人應用在傳統制造業

在傳統的制造業中，由于技術水平的限制存在危險和惡劣環境的工作，同時也會經常出現一些單調乏味、復雜冗長的機械式作業，在這些人們所不喜歡的工作中應用工業機器人是一個一舉兩得的方法。益處之一是解脫了在這些環境中苦苦掙扎的人類工作者，對于沒有神經的鋼鐵工作中不會出現懈怠情緒；益處之二是工業機器人的工作效率和操作準確度比容易受環境影響的人類工作者高的多。這主要表現在許多危險環境的工作，例如高壓、熱處理或者有毒物料搬運等。當下在傳統制造業中使用最多的就是焊接機器人的使用，大大提高了工作效率，還極大地保障了工人的安全。在與傳統人力人工勞動力相比，工業機器人的優勢越來越大，在智能信息化和新材料不斷應用下，在較小的工作空間里就能實現較高靈活性的復雜工藝操作，這在以前是不能想象的，而且工業機器人已經實現了多品種、小批量的生產，制造業公司老板也對這些不休假、不受傷、不停工作的“鋼鐵戰士”越來越喜歡，但是，受此大環境的影響，一些原本靠人力的行業開始大量裁員，例如紡織業、造紙業等，造成了大量的勞動力提前退休，也是有一定的社會弊端的，需要進行論證的看問題。

2.2 工業機器人應用在現代制造業

工業機器人在現代制造業中的應用尤其表現在石油化工、冶金采礦和航空航天、醫藥生化等高科技行業，以及一些常見的日用品洗衣清潔等服務行業。尤其常見的就是水下機器人和高壓線機器人，以前海底種植是一件很費勁的事，自從水下機器人問世以后，海地種植變得簡單易操作而且省時省力；對于電力公司來說巡線也是一件比較辛苦的工作，高壓機器人的使用讓這項工作變得安全省時，在地面操作機器人比親身爬上去檢修確實方便很多。航空航天行業的機器人最為高新科技，經過一批批專業科學家的多年鉆研通力合作發明的智能機器人，基本實現了科學家在地球上就可以控制在宇宙中或其他星球上的工業機器人完成收集和科研任務。在食品醫藥行業，衛生生產的環境要求比較高，為了減少人為因素對產品質量的影響，因此高衛生規格和高操作精準度的工業機器人可以大展身手，既能滿足行業對生產環境的規定，又能在一定程度上提高生產效率。

3 工業機器人的未來

二十一世紀，科學技術日新月異，各種新材料應用于實踐生產中，世界各國也將機器人技術列入未來重要的發展領域，尤其是計算機網絡技術以及電子科技的進步，結合機械操作提高機器人的可操作性和操作精度，實現機器人的全自動化指日可待。使用工業機器人雖然使一部分人失去了工作，可是從企業家和依然在職的員工方面來看，都是有很大益處的。對于企業家來說，高效率低成本的生產才是實現利潤最大化的最直接的方式，對于在職員工來說，工業機器人可以代替工人進行體力勞動，也是值得慶幸的，退一步來說，企業裁員優勝劣汰，這對于全體員工都是一種變相的鼓勵，逆水行舟不進則退，在現代社會里，必須保持這樣的警惕。對于企業自身來說，逐步提高的產品的質量和產量，對于全體員工都是一種肯定，都是自身價值的實現。

4 結論

制造業對工業機器人的需求本身就是新的市場點，尤其是具有智能化的高科技工業機器人，隨之性能多元化的發展，生產水平不斷提高，實現標準化全自動機器人的生產模式是企業的不斷追求，對于操作可靠性、穩定性的提高是制造工業機器人的不斷追求。多功能機器人的開發也是一個新的方向，可以同時具備多功能工藝操作可以促進工業機器人在制造業中的使用。

參考文獻：

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作者簡介：汪永超（1991-），男，湖北天門人，研究方向：機械電子技術。