浅谈工业机器人的技术发展与应用

黄文俊

摘 要：随着科技的发展和计算机的普及，计算机技术被广泛应用于各行各业中，为了更好地满足工业生产的需求，工业机器人应运而生，其是计算机技术与工业生产活动的完美融合，为企业带来了更大的利润以及更强的市场竞争力。该文首先对机器人的国内外发展史进行了概述，然后对工业机器人的关键技术发展趋势进行了探讨，对工业机器人的技术进行了剖析，最后对工业机器人的产业化应用进行了分析，力求为今后工作提供一定的理论依据。

关键词：工业机器人 发展趋势 产业化应用

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0110-02

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。

1 工业机器人的国内外发展史

1.1 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。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。

1.2 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。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重视，并为工业机器人技术的发展营造出良好的氛围。

2 工业机器人技术分析

工业机器人通常包含两个主要部件，分别为机械主体和控制系统，再加上其他辅助部件共同完成工业生产操作，很大程度的节省了人力和物力。控制与传动系统是决定工业机器人性能的最为关键的部件，为了最大程度的提升工业机器人的准确性和可靠性，为企业创造更大的价值，需要选用优质的控制与传动系统，并加强后期维护，及时进行相关部件的更新与升级。而在我国，对于工业机器人的核心技术还未完全掌握，很大程度上限制了我国工业机器人事业的发展。

2.1 高精度减速机

在我国工业机器人的发展历程中，高精度减速机一直都是一道瓶颈，缺乏自主研发能力，要想制造高精度机器人就需要向国外进口高精度减速机，这樣就大大限制了我国工业机器人事业的发展。为了能尽早的实现高精度工业机器人的国产化，部分科研能力较强的高校开始致力于高精度减速机的研究和开发，并已经将部分研究成果转变成了相关产品，但是在实际的应用过程中仍未取得理想的效果，制约高精度减速器研发的技术主要有以下几个方面：第一，材料成型控制技术。为了更好地提升工业机器人的精确性和可靠性，需要保证减速机的减速齿轮具有足够的耐磨性，这样才能保证工业机器人性能的稳定，所以，这就对减速齿轮的成型技术提出了更高的要求，并且在成型过程中要控制好各种原辅材料的比例。第二，某些特殊部件的加工工艺。在减速机的结构中，最为复杂的部件当属非标特殊轴承，在其生产过程中，间隙一定要控制在合理的范围内，否则将会影响减速机的性能，需要采取特殊的加工工艺才能得以实现，但是在国内尚未找到合适的加工工艺，所生产的产品也达不到相关标准的要求。第三，装配技术的精密性。在实际的应用过程中，工业机器人必须具有良好的减速效果，所以，在工业机器人的装配过程中，需要引进高精度的装配技术，通过精密安装保证其具有足够的减速性能。

2.2 电机和高精度伺服驱动器

要想实现高难度的操作，需要工业机器人具有足够的控制精度，传统的电机以及驱动器无法实现这一目标，所以需要采用专业的电机和驱动器来实现精准控制，国外相关的研究起步较早，目前已经研制出专业的电机和驱动器，在保证控制精度的同时，还能实现节能降噪的目标，而在国内，相关的研究才刚刚起步，尚未形成成型的产品，而且也缺乏专业电机和驱动器开发的关键技术。下面对相关的技术进行简要的分析：第一，伺服控制器快速响应技术。现阶段，工业机器人的电机驱动主要受三个方面的影响，任何一方面都占有着举足轻重的作用，都是不可代替的，伺服控制器快速响应技术作为电机驱动的核心技术，很大程度上影响着电机的电流环，但是国内由于在补偿算法等方面与国外存在着较大的距离，无法通过模型对闭环进行优化，大大影响了电机驱动的性能。第二，在线参数自整定技术。我国的自整定技术辨识功能较弱，使得工业机器人的电机和驱动的适应能力较差，最终会影响工业机器人操作的可靠性。

3 工业机器人的关键技术发展趋势

作为一门复杂的交叉学科，工业机器人是极富科技含量的机电一体化产品，其涉及的技术主要有：自动化控制技术、机电技术、计算机技术、传感器技术、电子通信技术、新材料技术、仿生技术等，由于其涵盖的关键技术较多，以下选择几种具有代表性的关键技术的发展趋势进行分析。

3.1 新材料技术

工业机器人的很多部件需要具有足够的坚硬程度和耐磨程度，这样才能保证自动控制的准确性，这就对这些部件的制造材料提出了更高的要求，尤其是在材料化学元、含量金相组织控制，以及超常规热处理工艺方面须具有更优质的性能。

3.2 人工智能技术

为了更好地满足工业自动化生产的需求，智能化和拟人化是工业机器人的一个重要发展方向。人工智能技术的核心就是模拟人类智能理论、方法与技术，但是以目前的科学技术水平，仍然无法彻底研究清楚人脑的运行机制，这也就给进一步提升工业机器人的智能化带来阻碍，相信随着科技的进一步发展，人工智能技术定能突破瓶颈，更好地应用于工业机器人中。

3.3 新型伺服器技术

伺服器是工业机器人中最为核心的部件，其能对受控物体所处的状态进行判断，然后准确无误的控制机器人下一步的动作，可见伺服器的好坏将会直接影响机器人性能的好坏，影响其使用功能的发挥。

3.4 新型减速器技术

高精度、高可靠性、高灵敏度是工业机器人未来的发展方向之一，但是现行的减速器却制约了这一方向的发展，因此，进行新型减速器的研制就显得尤为重要，我国在工业机器人减速器的研究上仍处在起步阶段，还有很大的上升空间。

3.5 新型控制器技术

随着自动化水平的提高，工业机器人的复杂程度也在显著增强，传统的单核芯片构成以及计算方法已经无法满足现行设计的需求，这就要求控制器向着多核并行的方向发展，算法也要更加的智能化。

4 工业机器人的产业化应用

随着科技的发展，工业机器人被广泛应用于工业生产中，改变了原有的生产方式，有效节省了人力和物力，以下对应用数量最多的几种机器人进行简要介绍。

4.1 焊接机器人

因为焊接过程中会产生毒烟和光辐射，工作环境较差，所以，很多大型工厂引进焊接机器人进行焊接操作，其工作原理较为简单，而且成本也不高，可以进行机电设备整机和零部件的电焊作业，其主要的优势体现在：可以保障焊接的准确性、可靠性与美观性；大幅提升工作效率，可以实现24 h不间断作业；有效改善工人的工作环境，避免长期在不良环境下工作给身体带来伤害；可操作性强；降低人员雇佣费用，为企业节省成本；可以实现批量生产，节省工程占地。

4.2 装配机器人

目前，工厂生产设备的自动化水平不断提高，对生产速度和精度的要求也不断攀升，这就使得传统的手工装配工艺愈发不能满足现行生产状态的需求，装配机器人就是在这种背景下应运而生的，装配机器人主要应用于工业流水线上产品的组装，一次投资，多年受益，不仅大幅节省了人力的消耗，而且还能明显提升生产效率。

4.3 搬运机器人

相对于传统的搬运方式，比如人工、塔吊、叉车等，在同等的环境下，搬运机器人具有更高的精度、更快的速度，以及更大的安全度。

4.4 材料加工机器人

材料加工机器人被广泛应用于材料加工领域，比如切割、打磨、抛光等，其具有良好的适用性，可用于多种材料的加工，比如铜、铁等金属、玻璃钢、木材等。

4.5 喷涂机器人

喷涂机器人可以实现全方位无死角的喷涂，可以根据客户需求自动生成最佳解决方案，其具有如下优点：灵活性强、自动化程度高；可以有效避免视觉误差，保证喷涂的质量；可以实现一天24 h连续作业；提升工作效率，为企业大幅节省成本。

5 结语

在我国经济技术快速发展进步的背影下，工业机器人的发展带来了新的契机，尤其是国内企业对工业机器人的需求量正逐渐增大、相关技术的发展与成熟、国家的大力支持等，都在为国内的相关研发机构提供便利条件。然而我国的工业机器人相关研究工作开始较晚，大量的关键技术欠缺，这就需要有关部门重视人才的培养和引进，不断攻克工业机器人研发过程的瓶颈，尽快实现工业机器人的国产化。

参考文献

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