工業機器人技術的發展與應用綜述

代浩岑，孫丹寧，趙文博

（燕山大學，河北 秦皇島 066000）

0 引言

在現代科學技術支撐下，工業機器人逐漸投入使用，其具有可靠性、穩定性、高精度等優點，可代替人工在高危環境內作業，減少人工作業強度，進而在保障作業效率基礎上，提升作業質量。由于這些優點，工業機器人已逐漸發展為制造產業核心力量。現階段，我國工業機器人主要用于制造業，大量學者對其現階段的使用狀況進行了分析，并建立了比較健全的理論體系。以此為基礎，本文整合近幾年國內針對工業機器人技術發展與應用的相關研究并綜合分析，作如下報道。

1 關于工業機器人技術

早在1972年，我國開始研發工業機器人，政府與相關部門對工業機器人制造極為重視，至1986年時，開展了國家級技術研發計劃，隨著我國科研人員潛心研究，工業機器人技術得到了進一步發展，是我國工業機器人發展開端[1]。目前為止，我國機器人市場已發展為世界最大市場，每年機器人銷量高達87000臺，且提升了31%左右的市場占有率。總結分析，我國工業機器人技術主要分為以下幾點：

1.1 包括開放性模塊化控制技術

我國目前投入使用工業機器人多為CPU計算機結構，呈分布式，利用機器人控制器規劃機器人運動，同時具有主控邏輯、傳感器處理與數字I/O計數，可將編程作為基礎，利用開放性模塊控制機器人。

1.2 包括故障診斷及安全維護計數

當前工業機器人已能夠利用有效信息，對自身存在異常故障進行自主檢查與診斷，并且采取有效的方法來自我維護，此技術可保障機器人能夠穩定運行。

1.3 包括控制器技術

目前控制器主要功能為現場總線、串口、太網連接，以維持機器人、控制器間有效通訊，進而保障控制器可全面監督、管理機器人作業生產線。

2 關于工業機器人特征

工業機器人的控制方法與數控機床控制存在相似之處，但是也具備一定的獨到性，例如：

2.1 擬人化

工業機器人的顯著特征之一就是擬人化。機械臂的結構與人類小臂、大臂、手腕的部分非常相似，可以通過計算機的控制，來仿生人類手臂的各種動作，實現各種擬人化的操作。同時，工業機器人加入了各種傳感器的功能，例如視覺傳感器、聲音傳感器以及力傳感器等等，以此加強了工業機器人對外部事物的感知功能，以便于機器人適應外部的工作環境。

2.2 可編程

在使用工業機器人進行工業生產的過程中，可以結合具體的生產目標與生產環境對機器人進行程序設置，實現動態化的啟動。換言之，工業機器人可以在硬件設施不換的情況下，借助軟件編程即可實現多樣化的操作。確保工業作業的靈活性，同時有效減少了工業生成的成本支出。

2.3 適用性廣泛

除了少部分的特殊領域，普通的工業機器人在基本的工業生產領域中都可使用，通用性能良好。加之各種傳感器的使用，可以讓機器人具備圖像識別的能力、語言理解的能力，以致于記憶功能機器人都可具備，全面實現了機器人使用范圍的拓展[2]。

3 關于工業機器人應用現狀

隨著我國社火經濟水平提升，我國工業機器人發展方向更為廣闊，引起了相關企業管理者的高度重視，在制造業的各個領域都有廣泛的應用。

3.1 船舶焊接機器人

焊接時工業機器人的必備基礎技能，可廣泛的應用于船舶、汽車焊接工作，尤其船舶制造業內應用較廣。優于船舶體積較大，因此利用機器人開展相關焊接工作，可提升作業效率。船舶焊接機器人實際工作中，利用系統優化集成技術與控制技術，可精確焊縫軌跡，加上激光傳感器、視覺傳感器的應用，可實現離線作業操作，以此便可幫助機器人更好的使用復雜的元件焊接，可保障焊接質量。此外，還可借助無線通訊技術保障電腦、機器人間高效溝通，以此在密閉狹小的空間中即可進行機器人焊接操作。

3.2 自動化裝配線機器人

自動化裝配線機器人主要的類型有旋轉關節型、直角坐標型以及平面關節型等等。如某摩托車公司對摩托車發動機安裝配線時，利用自動化配線機器人開展相關操作，可實現活塞、連桿、缸體等零部件自動化裝配，以提升裝配效率，此外，還可運用視覺系統技術，實現精確裝配零部件[3]。還可利用力控軟件代替人類觸覺，保障零件推動力度合理，減少工件損傷。工業機器人作業期間，垂直多關節型裝配機器人涵蓋6個自由度，可在空間任一點擺放各種姿勢，操作簡單。同時自動化裝配機器人中涵蓋傳統單臂機器人，可完成較為復雜的裝配工作，有效降低了裝配風險的發生。

3.3 搬運機器人

搬運機器人技術基礎為移動機器人，利用計算器控制，可搬運、移動物品，具有網絡交互、多傳感器控制等功能，在我國各個行業領域都有廣泛的應用[4]。現階段，我國常用搬運機器人多為串聯機器人，可分為四軸、六軸兩類，其中六軸機器人多搬運重物，但搬運速度較低；四軸機器人由于軸數少，不可搬運過重物品，但是其搬運速度較快，可用于快速包裝。

3.4 縫紉機器人

服裝生產產業中，多應用縫紉機器人，由于服裝生產產業具有勞動密集特性，早在2012年，美國某公司就開始研發手縫機器人代替傳統手工縫紉，旨在利用縫紉機器人的使用將傳統的勞動密集型產業轉變為機械自動化生產的產業。縫紉機器人的功能是精確針下布料，在減少人力幫助、干涉前提下，實現服裝制造、生存工作。目前我國研發縫紉機器人能夠利用相機觀察布料，利用機器臂裁剪布料，可降低誤差至0.5mm內[5]。但結合我國目前研發技術，縫紉機器人僅局限于牛仔褲、短袖等簡單衣物縫制工作。

4 工業機器人技術未來的發展

我國的工業制造業在工業機器人不斷發展的推動下，得到了唯有的進步，并且在其他行業領域中，例如軍事、醫療、娛樂以及科研等等行業中，工業機器人也同樣適用。伴隨著我國人民生活質量不斷提升，工業機器人研發要求隨之增加，未來工業機器人將更加智能，逐漸轉向服務化、綠色化[6]。所謂智能化，主要指機器人以實現設定的程序為基礎，自行進行維護、學習與創造等功能，利用人機交互能力，促使工業機器人更好的滿足人們需求。服務化是指機器人在離線的狀態下，結合互聯網技術提供在線化服務。而綠色化是指工業機器人在制作工藝、制造用料、包裝用料等方面保障綠色化，同時要求設計機器人的過程中可以加入工作過程中的處理與回收功能，在保證積極工作的同時，嚴格落實環境保護要求。至2017年，機器人世界制造量仍保持高速增長，尤其亞洲、澳大利亞機器人安裝需求漲幅最大。但中國為最大的機器人市場，未來必將迎來更大機器人市場[7]。其一，強化機器人對人類行為進行模仿的能力，其二，不斷提升機器人的邏輯思維能力。不光是智能化的實現，多級協調共同操作也是未來工業機器人的發展趨勢。

5 結語

目前我國的工業機器人主要被應用于工業制造業中，如船舶焊接、自動化裝配、搬運、縫紉等領域。相較于其他發達國家，目前我國工業機器人應用并不廣泛，尚有很大發展空間。因此，培養工業機器人研發人才，對推動我國工業機器人技術發展而言極為重要，實現我國工業機器人產業的積極發展，讓更加便攜、實用、智能的機器人被廣泛的應用于各行各業，促進我國經濟的全面發展。