淺談工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

嚴(yán)子淇

摘 要：隨著機(jī)械工程、電子工程、信息傳感、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的重要設(shè)備，在汽車制造、機(jī)械加工、食品加工、物流運(yùn)輸?shù)戎T多生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。工業(yè)機(jī)器人也因此成為衡量一個國家科技水平和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。本文介紹了工業(yè)機(jī)器人的原理與分類，并總結(jié)分析了國內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀，希望能夠幫助社會公眾了解工業(yè)機(jī)器人，促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；工作原理；產(chǎn)品分類；發(fā)展現(xiàn)狀

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0209-01

歷史的發(fā)展歸根結(jié)底就是人類生產(chǎn)力的進(jìn)步。近年來，隨著我國人口紅利的下降，企業(yè)的勞動力成本逐年攀升。在許多勞動密集型行業(yè)，工人的角色已經(jīng)逐步由機(jī)器所取代。這種能自動控制、可重復(fù)編程、能夠代替工人完成特定任務(wù)的自動化機(jī)電設(shè)備就是機(jī)器人。而工業(yè)機(jī)器人則通常被定義為面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或者多自由度的機(jī)器裝置，可以通過自身動力和控制力來實(shí)現(xiàn)工業(yè)操作[1]。經(jīng)過多年發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但普通民眾對其仍不甚了解，很多人對機(jī)器人的印象還停留在某些影視作品的藝術(shù)化呈現(xiàn)中。作為高中生，我們需要理清藝術(shù)與現(xiàn)實(shí)，關(guān)注具體的技術(shù)形式，這樣也能夠方便我們對未來的職業(yè)規(guī)劃。

1 工業(yè)機(jī)器人的簡介

1.1 工業(yè)機(jī)器人的工作原理

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)主要由人機(jī)界面、運(yùn)動控制器、驅(qū)動器以及機(jī)械本體等四部分組成，各部分之間存在著緊密的信息交流和聯(lián)系，共同形成閉環(huán)系統(tǒng)[2]。人機(jī)界面，顧名思義，就是操作人員向機(jī)器人發(fā)送指令、查看機(jī)器人狀態(tài)的窗口；運(yùn)動控制器是工業(yè)機(jī)器人的“大腦”，可以根據(jù)任務(wù)計(jì)算各關(guān)節(jié)的位姿，并按照規(guī)定控制機(jī)器人的啟動、工作和停止；驅(qū)動器是為工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動力的裝置；機(jī)械本體即工業(yè)機(jī)器人的“身體”，是完成任務(wù)動作的最直接部件，比如機(jī)械手等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)品分類

科技發(fā)展迅速，工業(yè)機(jī)器人的種類也越來越多。根據(jù)自動化程度的高低，可以將工業(yè)機(jī)器人分為三類[3]。首先是最早出現(xiàn)的示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人，它包括示教盒、運(yùn)動控制器以及機(jī)械本體三個部分。工作前，需要使用示教盒對任務(wù)進(jìn)行在線示教編程；工作時，運(yùn)動控制器解析并執(zhí)行示教指令，完成相應(yīng)動作。該類工業(yè)機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)難度低，在生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用較廣。第二類工業(yè)機(jī)器人為離線編程機(jī)器人，采用了離線式計(jì)算機(jī)模型仿真技術(shù)。使用時，需要建立待加工零件的計(jì)算機(jī)實(shí)體模型，然后使用正逆解理論對實(shí)體模型進(jìn)行路徑規(guī)劃與三維動畫仿真，驗(yàn)證無誤后將仿真結(jié)果以代碼的形式傳遞給機(jī)器人控制柜，完成離線編程工作。第三類工業(yè)機(jī)器人為智能機(jī)器人，該類機(jī)器人具有自主的感知、判斷、控制、執(zhí)行能力，能夠利用各種傳感器獲取外部環(huán)境信息，做出相應(yīng)的判斷和應(yīng)對策略。目前，物流、弧焊等領(lǐng)域已有智能機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用。

除了按照自動化程度對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行分類，還可以根據(jù)動力源類型將工業(yè)機(jī)器人分為液動、氣動以及電動機(jī)器人[2]。液動驅(qū)動能夠提供給機(jī)器人很大的動力，適合重載搬運(yùn)，但是這種動力類型對密封性要求較高，稍有不慎就會發(fā)生泄漏，污染油液；氣動驅(qū)動同樣能夠獲得較大的驅(qū)動力，但是由于氣體的可壓縮性，運(yùn)動過程的平穩(wěn)性和工作精度很難得到保證；與前兩種方式相比，電力驅(qū)動不需要油泵或空氣壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、工作精度較高，是當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人大多采用的驅(qū)動方式，但這種機(jī)器人造價(jià)較高，能夠提供的驅(qū)動力有限。

此外，還可以根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域、承載能力、任務(wù)性質(zhì)對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行分類。由于篇幅限制，就不在此處贅述了。

2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

國外對工業(yè)機(jī)器人的研究起步較早。美國在1954年就生產(chǎn)了世界上首臺工業(yè)機(jī)器人，用于貨物搬運(yùn)。經(jīng)過六十多年的發(fā)展，以美國、日本、德國為代表的發(fā)達(dá)國家的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化程度不斷提高，應(yīng)用范圍也逐步拓展到汽車生產(chǎn)、機(jī)械加工、電子電氣、食品工業(yè)、物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域[4]。在世界范圍內(nèi)，知名的工業(yè)機(jī)器人公司有瑞典的ABB公司，德國的KUKA、CLOOS公司，意大利的COMAU公司，奧地利的IGM公司以及日本的安川、OTC、FANUC公司。這些世界級公司具備大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的能力，可以根據(jù)工廠需求定制先進(jìn)的自動化生產(chǎn)線，基本上壟斷了世界的工業(yè)機(jī)器人市場。目前，它們生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)朝著結(jié)構(gòu)模塊化、可重構(gòu)化、人機(jī)交互功能更強(qiáng)、智能化程度更高等方向發(fā)展。

2.2 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

我國對工業(yè)機(jī)器人的研究較晚，始于上世紀(jì)七十年代。發(fā)展歷程可以分為理論研究、樣機(jī)研發(fā)、示范應(yīng)用和初步產(chǎn)業(yè)化階段[5]。

我國對工業(yè)機(jī)器人的前期理論研究開始于二十世紀(jì)七十年代，主要由國內(nèi)部分高校進(jìn)行。這一階段主要從事工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)理論的研究，所取得的運(yùn)動學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)進(jìn)展為后續(xù)工業(yè)機(jī)器人的研究奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代，工業(yè)機(jī)器人的研究得到政府的重視和支持。這一階段開展了工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件以及部分機(jī)器人型號樣機(jī)的攻關(guān)，研制出能夠進(jìn)行弧焊、噴漆、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等任務(wù)的機(jī)器人，形成中國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的第一次高潮。二十世紀(jì)九十年代，我國開始工業(yè)機(jī)器人的示范應(yīng)用。這一階段共研制出裝配機(jī)器人、自動引導(dǎo)車等多個工業(yè)機(jī)器人型號，實(shí)施了100余項(xiàng)機(jī)器人應(yīng)用工程，為發(fā)展我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入二十一世紀(jì)，國內(nèi)企業(yè)為擺脫勞動力成本過高的困境，開始自主研制或者與科研院所合作，使得工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用得到推廣，我國工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了初步產(chǎn)業(yè)化階段。

但是，我國工業(yè)機(jī)器人的總體發(fā)展水平仍然較低，僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家上世紀(jì)九十年代中期的水平[5]。隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長，我國對工業(yè)機(jī)器人的需求量急劇增大。很多世界知名企業(yè)開始在中國建廠，進(jìn)一步壓低了工業(yè)機(jī)器人的市場價(jià)格，也在一定程度上制約了我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。目前，我國工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量近90%仍依賴進(jìn)口。

3 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展給我們的生活、工作帶來了巨大的便利，極大地促進(jìn)了社會文明的發(fā)展。但是與國外相比，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平仍有一定差距。本文介紹了工業(yè)機(jī)器人的原理、分類以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，希望能夠促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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