基于智能制造時代的工業(yè)機器人發(fā)展探討

馬超凡

(吉林商務旅游學校，吉林 吉林 132013)

0 引言

隨著工業(yè)4.0時代的到來，制造業(yè)已經開始向著實現智能制造的模式進行轉變。在這一背景下，我國也適時出臺了《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃，各地政府也相繼制定了配套政策和區(qū)域內制造業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。而在這些政策文件和發(fā)展規(guī)劃中，工業(yè)機器人都被視作智能制造模式中不可或缺的關鍵組成要素，工業(yè)機器人的發(fā)展和應用已經引起了社會的高度重視和廣泛關注。

智能制造的顯著特點就是降低制造活動對人為的依賴，通過以機代人的方式來提升制造過程管控的智能性。而工業(yè)機器人正是解決以機代人問題的關鍵所在，它不僅可以降低對人為的依賴，而且能夠顯著提升工作效率，同時在人力成本不斷上漲的當下，推動工業(yè)機器人的應用還可以解決制造企業(yè)勞動力不足的困境。本文對智能制造時代下當前工業(yè)機器人的發(fā)展現狀進行了分析，并進一步就其發(fā)展的新趨勢進行了詳細探討，希望對推動相關工作的前進能夠有所借鑒。

1 工業(yè)機器人的發(fā)展現狀

近年來，國家和各地政府都在倡導推動制造業(yè)實現轉型升級和提質增效，同時也伴著《中國制造2025》等戰(zhàn)略規(guī)劃的提出，高端數控基礎、工業(yè)機器人、載人航天器、基礎工藝和裝備等領域均取得了一定程度的創(chuàng)新和突破，工業(yè)機器人的研制能力和技術水平等方面均取得了較大改善。總的來說，我國在工業(yè)機器人領域已經形成了較為成熟的產業(yè)鏈，從機器人的本體到關節(jié)減速器、伺服電機等關鍵零部件，基本都可以進行自主生產，而且產品在汽車生產等領域取得了廣泛應用(見圖1)。此外，還有一小部分科研單位和生產企業(yè)對機器人生產中涉及到的全部技術環(huán)節(jié)和要素均實現了完全掌握，在工業(yè)機器人整機及其關鍵零部件等核心技術領域已經和國外縮小了差距，這些都表明我國的工業(yè)機器人已經從早前模仿和追趕國外的階段向著自主研發(fā)的階段進行邁進。

圖1 汽車生產線上的工業(yè)機器人

雖然我國在工業(yè)機器人領域進步迅速，但這還遠未達到徹底完善的地步。比如很多高精端領域使用的工業(yè)機器人依然依賴進口，國產工業(yè)機器人在運行軌跡精度、末端定位精度以及重復定位精度等方面還存在一定程度的落后；工業(yè)機器人在硬件制造方面進步明顯，但在控制系統(tǒng)、編程語言以及標定校準方法等方面還存在發(fā)展滯后；工業(yè)機器人整機及其關鍵零部件在性能測試、精度檢測以及誤差補償等方面還存在不少空白領域需要填補。所以，必須對工業(yè)機器人的研究做進一步深化，要與當前智能制造的發(fā)展理念相互協調，使工業(yè)機器人能夠在智能制造模式中發(fā)揮出關鍵作用。

2 智能制造時代工業(yè)機器人發(fā)展趨勢

2.1 提高仿生性和系統(tǒng)整體性，適用范圍更廣

在智能制造模式下，很多傳統(tǒng)的人工操作環(huán)節(jié)都會被自動化裝備取代，比如工業(yè)機器人，所以工業(yè)機器人的自動化程度會顯著增強。而伴隨著科技水平和制造能力的提升，工業(yè)機器人的成本會不斷下降，而使用性能卻不斷增強。目前工業(yè)領域應用的工業(yè)機器人大多是以機械臂的形式存在，其原理是通過對人手的模仿，進而實現對人工操作的替代，進而實現自動化，這種工業(yè)機器人也是制造業(yè)乃至未來智能制造系統(tǒng)中應用最為廣泛的，所以機械臂形式已經成為了工業(yè)機器人的主要發(fā)展方向。同時，考慮到智能制造系統(tǒng)中廣泛采用了人工智能技術和計算機技術，再加上物聯網的支持，所以工業(yè)機器人的發(fā)展也更呈現出軟、硬集成的系統(tǒng)性特點，而且軟件層面的控制系統(tǒng)和各個功能應用模塊的重要性正在不斷提升。因工業(yè)機器人無論是在手臂外形結構上還是在控制程序的編程開發(fā)上，都高度呈現出仿真擬人化的特點，所以其整體性能不斷得到提升優(yōu)化，在各種工業(yè)制造領域的應用可靠性也越來越高，適用范圍明顯更加廣泛。

2.2 加強與制造裝備、系統(tǒng)的自動化集成應用

在智能制造時代，工業(yè)機器人的發(fā)展要融入到智能制造的體系當中，實現與各種制造裝備的協調應用。智能制造系統(tǒng)是1個結構復雜且涉及要素較多的系統(tǒng)，既有各種硬件設施，還包括海量的信息數據以及各種軟件程序。工業(yè)機器人作為該體系下的1個組成要素，要從硬件和軟件2個層面接入到系統(tǒng)當中。硬件體系設計要結合具體的生產對象進行科學布局，將工業(yè)機器人、數控機床、物料轉運裝置按照生產邏輯進行合理配置，確保生產路徑規(guī)劃的科學性與合理性。工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)及通信模塊開發(fā)要考慮與制造系統(tǒng)兼容，既能正確接收并理解上位控制端發(fā)來的信息，又能進一步將其解析轉化為執(zhí)行端的操作指令，通過伺服電機驅動和多關節(jié)協調配合，完成預期動作。總之，工業(yè)機器人作為制造系統(tǒng)中的生產執(zhí)行單元之一，其未來發(fā)展必將更加強調與系統(tǒng)的集成應用特性，凸顯整個系統(tǒng)的“渾然一體”及對各個部分的“如臂使指”。

2.3 完善控制系統(tǒng)的功能，標準化程度更高

如果將工業(yè)機器人比作人，那么控制系統(tǒng)就相當于“大腦”，是發(fā)揮工業(yè)機器人具體功能的核心所在。目前工業(yè)機器人和外部的通信連接以及運行控制都有賴于控制系統(tǒng)支持。而隨著計算機技術的不斷發(fā)展完善，尤其是人工智能、大數據和物聯網等新興技術的滲入，為工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化完善提供了強大動力，控制系統(tǒng)的工作性能和控制精度正在逐步提升。比如在控制器方面，就由早前的專用封閉式向著開放式的方向發(fā)展，這使得工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)突破了專供束縛，更加顯現出通用特性，標準化程度大大提升。基于此，工業(yè)機器人的部署應用也顯得更為快捷，只需針對其在智能制造系統(tǒng)中的應用情景進行針對性的功能調整和模塊配置即可，無需再投入大量資源進行完整系統(tǒng)的從頭開發(fā)，同時也為工業(yè)機器人的操作使用和管理維護帶來了極大便利。

2.4 傳感器融合配置，實現對制造的智能感知與決策

人有多種感知器官，可以對感知到的信息進行思維處理，并據此進行各種操作決策。而將多傳感器技術與工業(yè)機器人進行有機結合，實現二者的融合配置，可以使機器人從思維和行動決策等層面上對人類進行仿生，進而為高品質的以機代入途徑的實現奠定基礎。比如焊接機器人就朝著多傳感器融合配置的方向發(fā)展，通過視覺等傳感器的支持，可以對焊接中的焊炬等信息進行有效獲取，以此為基礎采取優(yōu)化控制措施就能保住焊接的精確性。

3 結語

多傳感器集成技術的進步及其與工業(yè)機器人的融合配置，使得工業(yè)機器人可以對操控對象的當前狀態(tài)進行多角度和全方位的感知，在此基礎上利用信息融合技術和智能信息處理技術，可以實現基于感知結果的智能決策控制，這對提升制造裝備的自動化水平乃至整合系統(tǒng)的智能化水平意義重大。