關于工業機器人的自動化生產技術研究

肖小康

摘 要：機器人于上個世紀六十年代問世，多年來，經過許多科學家的研究與實踐，獲得了很大的發展，被廣泛應用于各個領域。其中，工業機器人因為具有效率高而且能提高生產過程中的安全性等優點，在我國許多行業尤其是勞動密集型產業中得到了廣泛的應用。本文在對工業機器人的各個系統結構進行分析后，對我國各個行業中工業機器人應用的典型案例及工業機器人未來可能應用的范圍進行了討論。

關鍵詞：工業機器人;自動化;技術

我國在過去的幾十年間因為接收了發達國家大量的產業轉移且勞動力充足、價格低廉，制造業迅速發展，成為了“世界工廠”。但是隨著人口紅利的消失，我國勞動力成本逐漸上升，相比于其他國家在生產成本方面的優勢已經不是很明顯了，再加上現在發達國家試圖通過制造業的回歸改善國內就業、經濟等形勢，我國制造業尤其是勞動密集型產業正面臨著巨大的挑戰。為了應對這些挑戰，國內許多行業都積極用工業機器人來逐步替換人工作業方式，以達到效率的提升和成本的下降。

一、工業機器人技術的探討

（一）工業機器人概念

美國機器人協會將工業機器人定義為：用于處理機械零件或工件的可編程多功能器械，或可通過更改程序執行各種任務的特殊機械裝置。

（二）工業機器人構成

一般來說，工業機器人由機械部分、傳感部分、控制部分3大部分構成，三大部分又可以細分為機械結構系統、驅動系統、感知系統、機器人-環境交互系統、人機交互系統和控制系統等6個子系統。

1、機械結構系統

工業機器人按機械結構的不同可以分為串聯機器人和并聯機器人兩種類型。早期的工業機器人具有一個軸的運動會對另一個軸的坐標原點造成影響的特點，被稱為串聯機器人，而與此相對的并聯機器人，它的軸進行運動時并不會對其他軸產生影響。因此，并聯機器人在承載力、結構穩定性、強度等方面與串聯機器人相比優勢比較突出，此外，在位置求解上相對串聯機器人來說并聯機器人更加擅長反解，正解對它而言很不容易。

2、驅動系統

就目前而言，工業機器人的驅動方式主要包括液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動三種。

液壓驅動系統因為功率單元笨重、昂貴，以及有噪聲、泄露等問題，性價比不是很高，目前只在大型載重機器人和一些特殊的工業機器人等機器人的系統內應用;氣壓驅動系統具有構造簡潔、維護方便、成本較低、速度較快等優點，但是由于在工作時壓強太低，不容易進行精確定位，所以一般被用來驅動工業機器人的末端執行器;電機驅動系統是當今的主要驅動方式，可以細分為四種，每種又各有其特點，被廣泛應用于不同的領域。

3、感知系統

工業機器人的感知系統是機器人用來把檢測到的自身內部環境和外部工作環境的各類信息轉化為便于自身理解和應用的數據信息系統。除了檢測與自身相關的數據（例如速度，距離，力等）外，機器人還可以通過視覺感知技術和周圍環境或其他物體，以控制自己的位置和做出反應。

4、機器人-環境交互系統

機器人-環境交互系統是工業機器人用來協調其自身與外部環境設備進行工作的系統，工業機器人可以使用該系統和外部設備組裝成功能單元以執行相應的工作。

5、人機交互系統

人機交互系統是工業機器人與人進行互動的系統，人可以利用此系統對機器人進行控制。計算機終端、控制臺等就屬于人機交互系統。

6、控制系統

控制系統是根據工業機器人獲得的反饋信息和控制指令等對機器人進行支配，并使其完成任務的系統。

二、使用基于工業機器人的自動化技術的典型應用情況探討

我國是一個工業生產大國，為了提高生產效率和生產過程中的安全性，各種類型的工業機器人在我國各行各業得到了廣泛應用，為我國工業的發展做出了巨大貢獻。工業機器人的種類分為很多種，下面舉例說明：

（一）激光加工機器人

激光加工機器人是一種用于對工件進行激光加工的機器人技術，利用離線方式編程或示教盒對激光機器人進行控制，使其自動檢測加工工件并對其進行具體加工。無論是對工件進行表面處理，還是進行磨具修復，或者是打孔，激光加工機器人都可以很好的完成。例如，大眾、通用等大型汽車公司在汽車制造過程中大量應用激光加工機器人來進行車身切割，由于激光切割的效率性及高質量，極大的滿足了各種客戶的多樣化需求。

（二）裝配機器人

裝配機器人可以與其他系統進行配套使用，而且具有精度高和柔順性好等特點，經常被作為核心設備應用于柔性自動化裝配系統中，幫助廠家進行高效、高質量的裝配工作。例如在手機及其他各種電器的裝配工作中經常可以看到裝配機器人對各類組件進行裝配，不僅裝配的效率和質量較高，廠家還可以根據實際生產情況對裝配速率進行實時調控。

（三）噴涂機器人

噴涂工作會給人體帶來許多健康方面的問題，而且噴涂工作往往強度較高，而機器人不僅不用擔心健康問題，工作效率還很高。所以，現在家具制作、搪瓷、汽車等行業往往會利用噴涂機器人來進行噴涂作業。而且采用密封設計手段制造的關節型噴涂機器人自由度很高，運行十分靈活，經常被用于復雜的噴涂作業中。例如，2018年5月份，國家電網甘肅平涼分公司在搭線的過程中，首次使用噴涂機器人進行絕緣材料的噴涂，在此過程中，噴涂機器人攜帶絕緣材料沿著電纜以每分鐘兩米的速度完成噴涂作業。

（四）搬運機器人

搬運機器人在計算機的控制下具有移動、導航、傳感器控制等功能，能夠準確、穩定地將貨物快速運送到目的地，在食品、醫療、紡織、煙草等行業得到了廣泛的應用。而且，由于科技的進步，搬運機器人現在還常常在快遞行業、機場等進行分揀和運輸工作。隨著科學技術的發展，搬運機器人的各項性能都在不斷提升，在未來將會得到更為廣泛的應用 。

三、工業機器人未來應用情況探討

隨著科學技術的發展，工業機器人也將不斷發展，在越來越多的領域獲得廣泛應用。下面舉例說明工業機器人在未來可能會被應用的領域：

（一）醫用機器人

工業機器人具有穩定性、續航性、精確性強等特點，在醫學中的應用在不久后或可以實現。比如說外科手術方面，可以利用計算機或外科醫生來進行主導，控制機器人進行手術，或者隨著科技的發展醫用機器人產生智能后，可擺脫對人的依賴，依靠數據庫等利用自身的優勢自主進行手術，或許還可以比外科醫生更高效、更安全。

（二）水下機器人

未來工業機器人或許可以被應用于復雜的水下環境，進行能源勘探、地形勘探、沉船打撈、水下救援等活動，比如說在沉船打撈方面，由于海上復雜的情況，海底存在著許多沉船，這些沉船大多數具有很高的價值，我們可以利用水下探測機器人去沉船多發地進行探測，探測到結果之后將打撈機器人派遣去打撈，這樣，不僅可以極大提高沉船打撈的效率，還可以節約大量人力成本及減少傷亡損失等。

結束語：由于人口眾多及制造業的不斷發展，我國目前已經成為世界上最大的工業機器人市場，但是巨大的市場利潤大多數都被國外廠商所攫取，他們憑借著專利技術控制著工業機器人的價格，賺取了巨額利潤。因此，我國應該加大在工業機器人研發領域的投入力度，改善面臨的不利狀況，利用具有自主知識產權的工業機器人完成效率的提升和成本的下降，促使產業轉型升級，并力爭在未來工業機器人的應用中占據主導地位。

參考文獻：

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