探討工業(yè)機器人的發(fā)展及應(yīng)用前景

謝彩云 張曉梅 侯毅

摘 要：隨著科技的進步，機器人在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，已占據(jù)了工業(yè)發(fā)展中的重要位置。本文從闡述機器人的含義入手，分析了工業(yè)機器人的發(fā)展、分類及應(yīng)用前景，可為機器人技術(shù)的研究提供思路。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;發(fā)展;應(yīng)用

機器人的誕生和機器人學(xué)的建立及發(fā)展，是20世紀人類科學(xué)技術(shù)進步的重大成果。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，促使現(xiàn)代制造業(yè)的自動化程度越來越高，“十三五”規(guī)劃中指出，實施智能制造工程，加快發(fā)展智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備，培養(yǎng)推廣新型智能制造模式，推動生產(chǎn)方式向柔性、智能、精細化轉(zhuǎn)變，同時要提升包括機器人在內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)的支撐作用，這些都充分說明了機器人發(fā)展的重要性。在“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃中，提出的以工業(yè)機器人為代表的智能制造更是為我國工業(yè)機器人的發(fā)展提供了思路和出路。

一、機器人的含義

機器人是一種高度復(fù)雜的自動化裝置，綜合運用了機械、電子電氣、計算機、檢測、通信、自動控制、語音和圖形圖象處理等技術(shù)，一般由程序控制，具有人或生物的某些功能。智能機器人可以通過傳感器了解外部環(huán)境或自身狀態(tài)的變化，可以做出自己的邏輯推理、判斷與決策。

組成機器人的系統(tǒng)通常由四部分組成，包括機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和感知系統(tǒng)四大部分。計算機是機器人的大腦，傳感器是機器人的感覺器官，輸入/輸出設(shè)備是人與機器人的交互工具，常用的有顯示器、鍵盤、示教盒、打印機、網(wǎng)絡(luò)接口等。

隨著機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，機器人已從傳統(tǒng)的制造業(yè)進入人類的工作和生活領(lǐng)域，另外，隨著需求范圍的擴大，機器人結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化。高端系統(tǒng)具有明顯的仿生和智能特征，其性能不斷提高，功能不斷擴展和完善;各種機器人系統(tǒng)便逐步向具有更高智能和更密切與人類社會融洽的方向發(fā)展。

二、工業(yè)機器人的發(fā)展

繼1920年捷克斯洛伐克劇作家卡雷爾？凱培克在他的科幻情節(jié)劇《羅薩姆的萬能機器人》中首次提出了“機器人”（Robot）這個名詞后，美國著名科學(xué)幻想小說家阿西莫夫于1950年在他的小說《我是機器人》中，首先使用了機器人學(xué)（Robotics）這個詞來描述與機器人有關(guān)的科學(xué)，并提出了著名的“機器人三守則”：

（1）機器人必須不危害人類，也不允許他眼看人將受害而袖手旁觀;

（2）機器人必須絕對服從于人類，除非這種服從有害于人類;

（3）機器人必須保護自身不受傷害，除非為了保護人類或者是人類命令它做出犧牲。

基于此，1959年，喬治？德沃爾和約瑟？英格柏格發(fā)明了世界上第一臺工業(yè)機器人，從那以后，工業(yè)機器人開始進入了歷史舞臺。工業(yè)機器人產(chǎn)生后，將人類從繁重單一的勞動中解放出來，延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可代替人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作，代替人完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

三、工業(yè)機器人的分類

工業(yè)機器人的分類方式主要有以下幾種：

1、按臂部的運動形式分

（1）直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動;

（2）圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作;

（3）球坐標型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;

（4）關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。

2、按執(zhí)行機構(gòu)運動的控制機能分

（1）點位型

只控制執(zhí)行機構(gòu)由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè);

（2）連續(xù)軌跡型

（3）可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。

3、按程序輸入方式區(qū)分

（1）編程輸入型

將計算機上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機器人控制柜。

（2）示教輸入型

這種類型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器（示教操縱盒），將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍;另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行機構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。

四、工業(yè)機器人的應(yīng)用

工業(yè)機器人最早應(yīng)用于汽車制造工業(yè)， 常用于焊接、 噴漆、上下料和搬運。隨著工業(yè)機器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進生產(chǎn)制造柔性化、增強企業(yè)核心競爭力等諸多方面作用的顯現(xiàn)，越來越受到世界各國的重視。目前來看，工業(yè)機器人的應(yīng)用主要集中在以下方面：

（1）提高自動化生產(chǎn)效率和自動化程度;

（2）直接從事廣泛的生產(chǎn)勞動，例如噴漆、焊接、熱處理、冶煉、電鍍，以及沖壓、注塑成型、砂型鑄造、鍛造等;

（3）進行嚴謹?shù)奈锲费b配;

（4）倉庫管理自動化;

（5）從事特殊環(huán)境下的勞動，如核輻射、無毒氣氛、強噪聲、超低溫或高溫環(huán)境等不合適人工作的環(huán)境，甚至超越人能力范圍的環(huán)境;

（6）從事教育衛(wèi)生等服務(wù)。

五、工業(yè)機器人在我國的發(fā)展情況

我國是從20世紀80年代開始涉足機器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。至今為止，我國在機器人技術(shù)及應(yīng)用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：兩足步行機器人、噴涂機器人、高壓水切割機器人、有纜深潛300m機器人、無纜深潛機器人、遙控移動作業(yè)機器人等等。

從2014年我國成為世界最大的工業(yè)機器人需求國以來，市場發(fā)展一直比較穩(wěn)定，但是，目前國內(nèi)工業(yè)機器人市場份額大部分依然被國外工業(yè)機器人企業(yè)占據(jù)。在國際強手面前，國內(nèi)的工業(yè)機器人企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。

六、結(jié)語

我國工業(yè)機器人的研制雖然起步比較晚，但是卻有著廣大的市場潛力，有著眾多的人才和資源基礎(chǔ)。在十三五規(guī)劃綱要等國家政策的鼓勵支持下，相信在不遠的未來，我國自主制造的工業(yè)機器人必將占據(jù)市場的一席之地，從而提高我國的國際競爭力，為實現(xiàn)偉大祖國的復(fù)興貢獻力量。

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