工业机器人技术的应用及未来发展

工业机器人技术的应用及未来发展摘要:结合工业机器人的研究经验与相关文献，对工业机器人的含义、发展原因、组成结构及技术特点等方面展开探讨，阐述了工业机器人技术的应用与未来发展趋势，为进一步促进工业机器人技术应用领域的深层次发展奠定基础。[1]关键词:工业机器人;机器人技术;应用发展TheapplicationandfuturedevelopmentofindustrialrobottechnologyAbstract:Combingwiththeresearchexperienceandrelatedliterature，themeaning，developmentreason，composinstructureandtechnicalfeaturesofindustrialrobotwerediscussed，theapplicationandfuturedevelopmentofindustrirobotwereexpounded，whichlaidafoundationforpromotingthedeepdevelopmentinindustrialrobottechnology-appliefield.Keywords:Industrialrobot;Robottechnology;Applicationdevelopment工业机器人的设计与制造是一个非常复杂的过程,涉及的技术与领域很多,如机电、电气、计算机、工业设计等,其是多种先进技术的有机结合体,因此工业机器人的发展离不开所涉及的各项技术的支持。为了更好地满足人们对使用功能的要求,工业机器人不断地向标准化和网络化发展,以下对工业机器人的技术发展与应用进行浅析。[2]1机器人的含义及发展原因机器人就是一种自动化机器，而控制器就是机器人的核心部分，即机器人的“大脑”。机器人的“大脑”不仅具有感知、运作、规划、协同等诸多功能，还可以通过控制机器人的“大脑”定向模拟人类的某些行为与思想。近些年，机器人实现了飞速发展且具有良好的发展前景，主要原因是机器人可以完成许多人们无法完成、不愿意做的工作，特别是在一些恶劣的、危险的、特殊的、极限的工作环境中，都可以指派机器人完成施工作业，使人们远离危险作业环境。[3]在太空、海洋等领域，人类无法在其中工作，由机器人进行探索恰恰能实现预期目标，这也是现今大力发展工业机器人的重要理由。2工业机器人的国内外发展史2.1国内发展史受核心技术的限制,我国在工业机器人领域起步较晚,直到20世纪70年代才有企业和高校开始进行工业机器人的研发,截止到目前,已经开展了近40年的研究,并取得了一定的成果。在早期的研究中,主要是解决国产化的问题,因为缺乏先进的技术和经验,导致在研发过程中出现各种各样的问题,致使进度相对缓慢,随着我国对工业机器人重视程度的提升,并将其列入国家计划当中,工业机器人的发展速度明显提升,尤其是在数个五年计划中均给予工业机器人足够的支持,为其发展提供了良好的契机。[4]近些年来,随着科技的发展和社会的进步,工业机器人被广泛应用于工业生产中,并为企业带来高额的利润,其需求量也在不断扩大,因此,机器人的自动化生产开始被引进国内,与此同时,工业生产设备也在向自动化方向发展,这些都为工业机器人的发展提供了优质的条件,目前,北京、上海、广州等一线城市已经具备了工业机器人的自主研发能力,并已经实现产业化,在实际的应用中表现良好。2.2国外发展史工业机器人技术最为先进的国家是日本,目前,日本占据了全球工业机器人市场份额的40%左右,日本具有最为先进可靠的技术,而且已经拓展出广阔的市场,在全球工业机器人领域占有着举足轻重的作用。[5]日本于2004年将工业机器人的发展列入到国家发展战略中,通过政府在经济及技术方面的支持,为日本工业机器人的发展提供了良好的外部环境。机器人的发源地是美国,其对工业机器人的研究也是最早的,经过多年的发展,美国在工业机器人领域也具有更为先进的技术,并且相关的生产商在研发能力上较为突出,为工业机器人技术的更新和发展提供了理论与技术支持。欧洲等其他较为发达的国家,也都给予工业机器人足够的发展支持[6]。3工业机器人的组成结构与技术特点工业机器人的结构主要有三个基本部分，分别是机器人的主体、机器人的控制系统及机器的驱动系统。机器人的主体由两部分组合而成，即:机座与执行机构，其中还包括腕部、臂部、手部。一般来说，在设计工业机器人的机械行走功能时，往往会包含3～6个运动轴自由度。工业机器人的技术特点主要是拟人化、可编程、通用性。其中，拟人化特点是使工业机器人具有人类行走的肢体结构，同时，机器人还要具备类似于人体形态的生物传感器。可编程特点是在工业机器人的应用过程中，要根据不同的工作环境，对其进行在线或离线编程，使机器人能在小批量或自动化生产制造过程中发挥出更好的优势[7]。通用性特点是工业机器人必须要具备的，只有这样才能确保工业机器人在更换不同操作器后，仍能执行不同的作业任务。4工业机器人的应用情况工业机器人被广泛应用于工业、医疗、科研、军事及人们的生活中。尤其是在工业生产制造过程中，应用最为频繁，人们常常利用工业机器人替代人类去完成一些既单调又繁重的重复性施工作业，特别是要将工业机器人应用在环境较为恶劣的地方作业。另外从事搬运、喷涂等机械加工工序时，也可应用工业机器人，以降低对人体的损害。20世纪60年代初，美国成功研制开发了新型工业机器人，将其广泛应用于工业生产领域。60%以上的工业机器人都被美国投入到汽车工业生产制造中，而此时，全世界的工业机器人约有37%从事汽车工业生产。20世纪70年代初，人们又将工业机器人与数字化控制机床巧妙地结合在一起，这大大满足了数字化柔性制造的需求，满足了多品种的小批量生产需求。[8]工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。下文例举了几种目前市场需求量较大的工业机器人。(一)焊接机器人。由于焊接工作产生的有毒烟气和辐射，因此，大型工厂多采用焊接机器人来从事焊接作用，其主要工作原理是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊(割)枪的，使之能进行焊接，切割，焊接机器人适用于机电设备整机及零部件的点焊作业，其优点包括:稳定和提高焊接质量，保证其均一性;提高生产率，一天可24小时连续生产;改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作;降低对工人操作技术的要求;缩短产品改型换代的周期，减少相应的投资设备;可实现批量产品焊接自动化;节省地面空间［9］。(二)装配机器人。由于现代化工厂中的生产流水线的速度和精度要求越来越高，传统的人工操作越来越不能满足要求，装配机器人主要用于工业流水线中产品的组装，一次投资可使用多年，可以大大节省人力成本，提高生产效率。(三)搬运机器人。传统的搬运工作采用人工搬运或者叉车，吊机等。搬运机器人是一种可以实现重负载的工业机器人，拥有速度快、精度高、24小时作业等优势。(四)材料加工机器人。材料加工机器人具有广泛的功能，包括:切割、打磨、抛光等加工应用。还可以适合加工多种类型的材料，如:铜、铁、铝合金、玻璃钢、木材、有机树脂等等。(五)喷涂机器人。喷涂机器人包括全方位的喷涂和涂装机器人，为制造业客户提供一个完整的涂装自动化解决方案。工业喷涂机器人的优点包括:更大的灵活性，从固定的自动化;通过机器人视觉减少到最小的错误;具有高速性能的最大化吞吐量;超长的系统运行时间［9］。从目前我国工业机器人技术领域的实际发展情况来看，我国部分机器人技术已经达到了世界先进水平，并遥遥领先于国际水平，但仍有部分技术远远落后于国际水平，导致这一问题的根本原因在于:第一，我国在工业机器人技术领域地位稍显落后，除了个别研究设计部门，很多部门在工业机器人研究方面的发展进程都十分缓慢，致使我国工业机器人技术水平稍显落后。我国所需的先进工业机器人，仍然要依赖国外进口，这就极大提高了工业机器人的实际成本，使许多企业根本无力承受，而在缺乏经济市场需求的条件下，我国工业机器人的研发进展也十分缓慢。[10]第二，我国缺乏能够大规模制造生产机器人的厂商，无法为机器人生产提供一条成熟的产业链，使得我国制造的机器人在国际竞争中处于劣势地位，第三，从我国基本国情来看，我国人口众多，待业人口也始终居高不下，尤其是一些农民工、普通工人只能在工厂中从事一些体力劳作，一旦企业大量引入工业机器人进行施工作业，势必会造成大量的失业人口，影响社会安定有序发展。5工业机器人技术未来发展趋势结合我国工业机器人存在的问题，未来工业机器人的发展必须要注重以下几方面[11]:第一，国家应大力发展工业机器人技术，给予更多的政策与经济扶持，从国外引进先进的技术与人才，进而促进我国工业机器人技术的良好发展。第二，实行批量生产，以满足多运动关节工业机器人、关联机器人、移动机器人的本体需要，使国产工业机器人在焊接、搬运、喷涂、加工等领域实现规模化集成应用。第三，进一步强化智能自动化工业机器人的生产研发工作，使工业机器人能够更好地满足个性化制造需求，使机器人更好地完成动态复杂作业命令。在机器人的未来发展过程中，应将解决社会及产业问题作为侧重点，使机器人技术更好地服务于民生、民计。工业机器人技术涉及众多学科知识，要想提升工业机器人技术水平，还应提高相关学科技术知识水平。未来工业机器人的发展趋势主要表现在以下几方面:第一，智能化发展。工业机器人未来发展的一个重要方向是智能化，而要想实现机器人的智能化，要从两个层次深入研究，一方面应加强机器人模拟人类智能行为的程度，从而使不确定的、非线性的复杂自动化问题得到有效解决。另一方面，应加强对机器人的智能化研究，尽可能使机器人具备与人类类似的逻辑推理能力，提高其解决问题的能力。第二，多机协调化发展。多机协调也是智能化研究的重要分支之一，现如今，许多智能生产制造线必须由多台机器人共同完成生产制造工作，这就对机器人多机协调化作业的精确度提出了更高的要求，因此，做好机器人之间的协调作业势必是工业机器人未来发展的一个重要方向。第三，标准化发展。实现工业机器人标准化任重道远，这始终是生产制造业发展的重要目标。尤其是不同厂家制造出来的不同机器人，其通信、零部件很难实现通用互换，导致机器人无法实现标准化生产，这不仅要解决技术层面的问题，更需要解决企业与企业之间的相互认同与利益关系等问题。这项任务十分艰巨，但必须要逐步规范。第四，微型化发展。作为21世纪最高端的技术，未来的研究目标是研制出更小的微型机器人如:直径在几百微米或更小的微型机器人。6结语随着工业技术、计算机技术的快速发展，工业机器人技术的应用领域也向着更深程度发展，成为了十分重要的高新技术产业，并影响着整个工业自动化技术发展。现如今，工业机器人技术在人们的生产、生活中发挥着重要的作用，笔者阐述了工业机器人技术及其在各领域中的应用与未来发展，在21世纪，工业机器人的发展前景是十分乐观的，工作人员应投入更大的精力对工业机器人技术进行深入研究，使其得到更为广阔的发展空间。参考文献[1］赵杰.我国工业机器人发展现状与面临的挑战［J］．航空制造术，2012，(12):129－130.[2]黄文俊.浅谈工业机器人的技术发展与应用[J].科技资讯,2017,15(10):110-111.[3］陈卓，陈学军，张辉，等.工业4.0时代下工业机器人的发展与识［J］．山东工业技术，2016，(16):148－149.[4］曹文祥，冯雪梅.工业机器人研究现状及发展趋势［J］．机械制造2011，(02):71－72.[5]DeepakB.B.V.L.,SoubhagyaNayak,SandipKumarPatra.Developmentofobstacle-avoidingrobotsusingRFtechnology[J].InternationalJournalofIntelligentUnmannedSystems,2016,4(4):.[6]DavidCohen,CharlineGrossard,OurielGrynszpan,SalvatoreAnzalone,SofianeB