試論工業機器人技術的發展與應用研究

王震 李寶

摘要：在“制造強國”戰略背景下，智能制造成為推動工業、制造業生產力提高、創新發展的重要驅動力，再加上現代科技的日益更新和發展，社會、企業對生產要素、環境、條件的要求不斷提高，機器人技術正是在此背景、形勢下得到了廣泛應用。依托先進的工業機器人技術，能夠以機器人替代人工，進入到復雜、惡劣環境中進行高精度的作業和操作，大幅提高了生產能效。本文對現代工業機器人發展現狀、工業機器人技術、關鍵技術的未來前景進行分析，并介紹了適用于不同工業的機器人。

關鍵詞：工業機器人;技術;發展;應用

在智能制造火熱發展的大環境下，越來越多企業、工廠引入了網絡技術、自動化設備，加快了我國工業產業轉型發展進程，促進了生產向高水平、高標準方向發展。其中，對于部分人工很難有效參與、操控的工業項目，可以利用工業機器人技術，實現相關機械設備的編程控制、自動控制，大大降低了項目工作的操作難度，能夠滿足不同工業產品的生產、加工需求，各個制造行業對機器人的需求不斷加大。在這樣的環境下，加大對工業機器人技術的研究，提高工業機器人的應用水平，對促進生產、制造業升級和長遠發展具有重要意義。本文在闡述工業機器人發展情況的同時，分析了工業機器人技術、關鍵技術的未來前景，介紹了機器人在不同工業中的應用。

一、工業機器人發展現狀分析

在20世紀、60年代，工業機器人技術開始出現，這時歐美等國家的工業已經邁進高速發展時期，社會人群對產品質量要求不斷提高。為了保障產品輸出符合各個領域的需求，生產加工企業開始加大對產品精準度、質量的控制。但是，由于人體在精神、身體機能等方面存在限制，很難達到部分工廠的生產條件。同時，越來越多國家對機器人研發、應用加大了投入，使其能夠為工業生產服務。當前，越來越多機器人被應用到工業生產中，提高了工業生產產能。在智能制造相關政策支持、經濟轉型發展需求下，我國工業機器人進入了快速發展階段，為我國制造業向精細化方向發展提供了重要支持。在制造企業轉型發展中，需要大量勞動力的支持，更需要開展高強度的人工作業。為了打破生產力發展限制，研發和應用機器人成為諸多大型制造企業競爭的重點。同時，我國對高新技術等產業發展的支持，為機器人技術持續發展提供了條件，機器人技術也不再局限于制造行業，在其他工業領域也得到了廣泛應用，如裝配、噴涂、焊接等。

二、工業機器人技術分析

（一）系統控制技術

在工業機器人技術中，需要由于系統進行指令傳達，通過信息同步傳輸方式反饋終端機構，有效地協調和傳導工業機器人的運動動作，使其能夠根據設定的程序、相關質量進行運作，實現機器人的系統控制，有助于操控、操作精度的提高。在一般情況下，控制技術的應用，主要有點位型、連續型兩種，需要根據控制系統的實用需求、適應性選擇，滿足不同機械運行、操控需求。

（二）系統感知技術

基于視覺伺服系統的傳感功能，工業機器人能夠對外界事物進行識別和感知。在實際運行中，根據內置的執行程序和模式，工業機器人可以在相關指令下完成自身狀態調節，良好地契合相關操控行為，完成高精度的操作任務。而傳感技術的實現，需要依靠內部、外部傳感器模塊，實現外部信息向內部的反饋，再經過模擬量轉變后上傳至操控系統。這一操作技術，能夠根據系統內置的參數評估外部設備運行情況，在出現異常時，系統則會下達更改指令，讓外部設備操控標準、行為達到預期設計范圍。

（三）系統交互技術

系統交互技術主要劃分為兩種類型，一者指操作人員與機器設備的交互，另一者指機器設備與外部環境的交互。前者主要是通過機器設備的主動顯示面板，操作人員可以根據面板信息、參數了解機器人的操作行為。在操作人員進行作業時，可以通過觀察參數，進行操控行為干預、發現和糾正運行問題，為后續的操作行為提供信息和數據支持。而后者主要是操作系統正常運行的重要前提。比如，在工業機器人自啟動機構、焊接機構、裝配機構中，只有正常使用交互技術，才能精準地完成操作，在復雜的環境中控制參數誤差。

三、工業機器人的關鍵技術發展前景

（一）人工智能技術

在智能制造持續發展的背景下，需要大量高技術人才與機器人進行協同作業。伴隨人工智能技術的發展，實現擬人化、全自動化作業將成為未來機器人發展的關鍵技術，更好地滿足流水線生產需求。作為高新技術的代表，人工智能可以憑借復雜的數據、算法拓展人的智能，正在不斷地被應用到更多領域中。但是，由于當前科學界未能完全了解人腦的運行機制，人工智能仍具有長遠的發展空間，能夠更好地在工業機器人中發揮優勢，推出具備更高智能的工業機器人。

（二）新材料技術

在不同工業環境中，工業機器人需要完成一系列高強度的操作任務，這就要求機器人該部分組件具備高剛性、耐磨性。只有這樣，工業機器人執行程序、完成操作才能達到較高精度和水準。在機器人技術發展中，對制造材料的要求也會不斷提高，如金相組織、材料化學元等材料控制方面，對提高工業機器人服務水平、生產水平具有重要意義。

（三）新型減速器技術

在工業機器人人研發中，機器人操作速度、精度一直是研發人員注重的方面，更是評價工業機器人服務性能的指標。伴隨工業制造需求不斷加大、生產環境日益復雜，當前的減速器技術也需要進行更新、升級，加強新型減速器技術的研發，對提高工業機器人穩定性、響應速度和精度具有重要作用。

四、工業機器人的應用

（一）裝配機器人的應用

在輕工企業中，已經出現了支持自動裝配的機器人設備。根據零件裝配需求、模式，編寫自動化操作程序后，可以根據坐標機構、旋轉機構，形成三維動態操作模式，滿足企業零件加工和裝配體系需求。在相關設計功能的支持下，能夠以更加智能、自動化的方式完成零部件的裝配。同時，在搭建了視覺傳感技術的機器人設備上，能夠為機器人賦予人工智能的特點。例如，在進行部件組裝時，能夠通過觸覺模擬觀察受力特點，在受力參數無法達到部件的最大壓力值的情況下，主系統能夠自動接受反饋信息，并對相關參數數值進行修改，避免因壓力值過大損壞裝配部件。在裝配機器人的應用中，已經能夠從六個維度執行操作，基本能夠達到裝配生產線的各項需求。

（二）搬運機器人的應用

在工業企業中，搬運機器人具有重要的應用價值。通過應用搬運機器人，能夠實現多點位移動，大幅降低人力資源的投入，為企業生產機制向智能化、產業化方向發展提供保障。在具體控制中，主要是利用計算機主控系統、導航、傳感器裝置，在空間環境中進行運動狀態、位置的變化，并將相關信息反饋到主控系統中，再根據系統內置程序傳達指令，形成高精準性、高穩定性的操作模式，促進搬運效果得到提高。例如，在醫藥行業產品加工、食品加工和紡織加工工廠中，運用搬運機器人能夠完成柔性化操作，保證物品傳輸過程的穩定性。在整體系統指令下，可以全方位地覆蓋整個工廠，精準地執行操作，促進生產質量得到提高。

（三）焊接機器人的應用

在工業焊接生產環境下，往往存在不穩定的因素，給人體機能帶來影響，如輻射、煙氣等。所以，在大型企業工廠中，往往會使用焊接機器人。從主要原理看，是將法蘭面、焊鉗、焊槍安裝在機器人上，使其能夠具備焊接的設備和能力。在這類機器人的應用場景中，往往用于整件電焊、設備零件電焊等，其突出優勢體現在焊接質量方面，能夠在提高焊接生產率的同時，確保焊接的均一性得到提高。此外，在焊接機器人的工作時長上，能夠達到二十四小時全天候焊接，能夠有效地減輕工人的工作壓力，避免其處在長期的有害環境中，人工操作的標準也能夠適當地下降。在焊接機器人的主系統中，內置了支持零部件焊接自動化的參數，其焊接工藝穩定性更高、質量更好。在焊接作業中，應用焊接機器人進行操作，能夠大大提高產品柔性生產效率。

（四）診斷機器人的應用

在工業設備診斷工作中，可以利用基于智能操作的診斷機器人，能夠判斷設備運行中出現的異常狀態，并根據系統中設定形成的系統參數，精準地查找、定位故障狀態，為機械設備檢修、維護工作提供專家診斷數據。在一般情況下，在工業企業中，工業機器人的應用主要圍繞故障特征，對設備運行中部件的噪聲參數、震動參數、溫度、運行軌跡等進行綜合分析，為診斷和解決機器設備中的故障提供信息。在工作運行中，需要以建立互聯網鏈接為前提，運用本地檢測功能模塊進行設備故障排查、問題測試，并將相關信息反饋提供給主系統。這樣，工作人員可以及時發現設備操作中的問題。此外，運用監測系統的拓展功能，能夠根據緊跟設備更新速度，同步處理和傳輸監測系統的相關參數，為排查和測試操作中出現的故障問題提供支持。

（五）噴涂機器人的應用

在工業生產中，對于高污染、高危險的作業任務，可以應用噴涂機器人取代傳統人工，避免復雜環境因素給人體帶來的威脅。在工業機器人擁有動態化操作指令，能夠支持機器人在空間內進行自由位移，且能夠保持靈活、自動的運行狀態，降低企業的生產成本。通過應用噴涂工業機器人，可以全方位地設計和提供自動化噴涂方案，在噴涂作業中機器人具有領會性強的優勢，能夠發揮視覺感知技術的優勢，從視覺上控制出錯的概率。再加上系統能夠在高速、高效運行狀態下，保持超長的待機時間，十分受工業企業的歡迎。應用工業機器人開展噴涂作業任務，能夠促進把控噴涂質量、效果和標準，以更加合理、精準的噴涂方式完成工業生產任務。

五、結語

綜上所述，工業機器人技術的研發和機器人的應用，是促進傳統制造業向智能制造方向轉型升級、提高工業企業生產質量的重要路徑。因此，企業要重視工業機器人技術的繼續研發，根據未來工業生產需求、人工智能技術，將工業機器人運用到更多行業領域中，推進人工操作、操控體系向智能化、自動化生產體系發展，不斷地提高企業在市場中的可持續發展優勢，為國家經濟體系的完善奠定堅實基礎。

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