工業機器人的技術發展及其應用研究

王群亮

摘 要：本文從工業機器人的發展現狀入手，針對工業機器人關鍵技術以及發展特點提出幾點建議，以供參考。

關鍵詞：工業；機器人；技術發展；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.062

1 引言

隨著我國周邊國家制造業的不斷崛起，我國在制造業方面不再占據優勢，因此，面對新的發展形勢與發展任務，建立一個集標準化、模塊化、網絡化和智能化為一體的新型的制造體系已經迫在眉睫，所以說，對于工業機器人技術產業技術的研究具有十分重要的現實意義，相信在不遠的未來，工業機器人必將成為推動我國制造業轉型升級的重要力量。

2 機器人發展現狀分析

早在20世紀50年代，美國就已經研制出了第一臺工業機器人，作為在研發技術遙遙領先的科技強國，美國在長達四十年的時間里始終在工業機器人關鍵技術領域占據領先地位。與美國相比，素有機器人王國之稱的日本工業機器人發展速度十分迅速，全世界大概有70%的機器人生產于日本，日本的工業機器人核心技術在世界上取得了領先優勢。半個多世紀以來，伴隨著自動化技術，傳感器技術以及計算機網絡技術的不斷發展，許多國家都已經建立了完善的工業機器人產業體系，我國為了縮小與發達國家之間的距離，逐漸將機器人產業提升到了國家戰略層面，特別是在新一輪的科技浪潮背景下，我國政府加大了對工業機器人的投資力度，到2013年為止，我國工業機器人的銷量第一次超過日本，一躍成為工業機器人產銷大國，近年來，我國加大了對工業機器人的關注力度，在生產和研發環節上逐漸形成了一套完善的體系，截止到目前為止，北京以及上海等城市已經率先掌握了具有自主知識產權的工業機器人產品，這些產品的發展與市場投放使我國工業機器人產業的發展邁向了新的臺階。

3 工業機器人的技術分析

3.1 高精度的減速機

目前，高精度機器人關節減速器產品百分之七十五的市場被Nabtesco和HarmonicDrive公司壟斷，國內部分廠家以及研發單位將高精度擺線針輪減速機作為產業化產品進行研究，在諧波減速機方面，我國已經生產出相應的替代品，但是與日本相比，產品在轉速的輸入、強度的扭轉以及轉動方面的精度以及效率上依舊存在不小的差距。

高精度減速機研制的關鍵技術主要包括：

3.1.1 材料成型控制技術

工業機器人的研發應當增強RV減速機的減速齒輪的耐磨性，確保減速齒輪的高剛性，只有這幾個方面有了保障才能確保機器人的高精度，因此，在生產RV減速機的過程中要對基本部件的化學元素、材料的含量以及金相組織加強控制，提升超長規熱處理工藝質量，從而確保材料的使用質量。

3.1.2 特殊部件的加工工藝

特殊軸承的加工工藝是一項極為精密復雜的工作，作為RV減速機的重要結構之一，為了使機器人整體結構更加緊湊，其間隙要根據零部件尺寸進行動態調整，實現薄壁角接觸球軸承的游隙為零。

3.1.3 精密裝配技術

RV減速機在工業機器人上具體應用時，由于減速較大，其特點呈現出了微進給、無側隙、剛性高、承載較大扭矩等現象，因此要結合現場的檢測技術，利用精密的裝配技術和工具，保證其輸出軸的側面縫隙為零，靜剛度額定。

3.2 電機和高精度伺服驅動器

高精度伺服電機和驅動器研制包括以下技術：

3.2.1 快響應伺服控制技術

截止到目前為止，工業機器人的電機驅動主要由三方面進行控制，一個是位置環，要通過對電流環的干擾觀測以及前饋補償算法，建立電機內部預測模型，從而實現機器人內部的閉環優化，確保電機的快速響應。

3.2.2 在線參數自整定技術

對于伺服系統來說，這項技術主要是為了幫助機器人完成辨識功能，包括關節的轉換以及參數整定等。算法優化可以讓伺服系統實現自動辨別功能，根據不同的工況完成參數的自適應性調整。

3.3 機器人控制系統

機器人的運動學控制系統對于實時性具有較高的要求，目前機器人的運動控制卡都是專門定制，與實時操作系統進行配合，有效地實現了數據的傳輸以及系統精確性和穩定性。目前工業機器人通用的操作系統的消息處理機制在操作過程中難以滿足高穩定性以及快速響應的需求，實時性必然也會大大降低，在一定程度上也影響了工業機器人的產業化發展之路。

4 工業機器人發展趨勢和特點

隨著信息技術的不斷發展，工業機器人逐漸朝著高速度、高精度、重載化、輕量化和智能化的方向發展。08年日本機械學會從技術的角度對工業機器人發展進行了分析和預測，根據對機器人的平均功率、密度、精度以及智能化水平等重點參數進行檢測，雖然工業機器人對設計的絕對精度具有十分高的要求，但是在不斷的改進與實踐過程中，機器人設計的絕對精度會逐漸接近于機器人的重復定位精度，設計機器人的材料性能逐漸提升，能夠有效的減輕驅動器的質量進一步提升機器人驅動器的剛度，同時工業機器人的伺服電機與驅動器的平均功率比密度也會因此而得到提升，所以說，在不久的將來，工業機器人的發展將具有以下特點：

1）工業機器人在不斷的發展過程中將通過對工業機器人生產的全過程的檢測、控制、優化、調度與管理決策提升自身質量與品質，降低生產成本，減少環境的污染與能源消耗，實現集精密性、柔性化、智能化等眾多技術為一體的多功能性的機器人。

2）工業機器人與自動化成套裝備是生產過程中的重要設備，具有精細化加工以及柔性生產等重要特點，是在動力機械的研究以及計算機技術發展之后的新型生產工具，同時也是實現工業生產的數字化、自動化以及網絡智能化的重要方式。工業機器人與自動化成套裝備能夠應用于工業生產中的產品制造、安裝以及檢測和物流等眾多生產環節，對于汽車制造行業、工程機械行業、軌道交通行業、低壓電器行業具有十分重要的作用。

3）工業機器人與自動化成套技術將多種學科融合到了一起，技術應用領域涉及廣泛，其中包含工業機器人控制技術、有限元的分析技術、激光的加工技術、以及物流的精細化制造技術等等，具有較強的綜合性特點。

5 結語

隨著產業結構的升級和勞動力成本的上漲，工業機器人應用越發普遍，相信在不久的未來，我國工業機器人關鍵技術將會取得突破性的進展，登上世界舞臺。

參考文獻：

[1]駱敏舟.工業機器人的技術發展及其應用[J].機械制造.