工业机器人技术的发展与应用综述

王浩

摘 要：工业机器人主要是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机械装置。它能够借助自身动力及控制能力来实现各种功能，可按照预设程序运行，完成各种工业生产活动。工业机器人技术的快速发展及不断成熟对传统制造业等劳动密集产业升级具有重要的意义。可以说，工业机器人技术解放了生产力，进一步提升了工业生产效率及质量，也在一定程度上降低了人力资源成本，有利于创造更多的经济效益。基于此，本文对工业机器人技术发展及应用进行了探讨，并提出了相关观点，以供参考。

关键词：工业机器人；技术；发展

中图分类号：TP242 文献标志码：A

1 工业机器人发展概述

工业机器人是多种先进技术共同结合所获得综合技术产物，所涉及的技术包括机械、电子、计算机、传感器、信息通信等等。工业机器人源于20世纪60年代，Victor Scheinman在1969年发明了斯坦福机械。这个全电动 6 轴铰接式机器人，能够在可达空间内完成任意运动路径。至20世纪70年代初，ABB 与 KUKA公司将工业机器人全面推向市场，其中ABB公司所推出的IRB6是世界上第一款由微处理器控制的商业化工业机器人。现阶段，瑞典 ABB公司、德国 KUKA公司、日本 FANUC 公司及日本安川电机公司是工业机器人领域的标杆，在全球市场范围内占据了极大的市场份额，是行业中的佼佼者。在相关技术不断成熟的情况下，工业机器人的应用领域也在不断拓展，包括汽车、金属加工、金属锻造、塑料制造、石化、电子等行业均有工业机器人涉足。工业机器人基本上能够替代人工完成装配、焊接、喷涂等多项工作，进一步提升了工业生产效率及质量。与欧美、日本等国家相比，我国工业机器人起步较晚，整体技术水平存在着一定差距。随着工业4.0概念的提出，我国初步制定了《机器人产业“十三五”发展规划》，这标志着未来一段时间内我国工业机器人技术将迎来巨大的发展，工业机器人产业也将成为新的蓝海。

2 工业机器人特点分析

工业机器人控制方式与数控机床有所相似，但也具备了一定特点，具体如下：（1）拟人化。拟人化是工业机器人最为显著的特点之一。机械臂结构具备了类似人类小臂、大臂、手腕等部分，通过计算机控制，能够实现生物仿生，可模拟人类手臂的各种操作。另外，在工业机器人上加入各种传感器如视觉传感器、声音传感器、力传感器等能够进一步强化工业机器人对外部环境的感知能力，有利于提升工业机器人对周围环境的适应力。（2）可编程。在实际工业生产过程中，可根据生产目标、生产环境，随时对工业机器人进行编程，实现柔性启动化。也就是说，在工业机器人硬件设备变动不大的情况下，通过软件编程能够实现多样化的任务，既保证了工业生产作业的灵活性，也有效节约了工业生产成本。（3）适用性广。除了少数专业领域外，普通工业机器人在不同工业生产任务中均能够适用，具有良好的通用性。配合各类传感器，能够让工业机器人具备图像识别能力、语言理解能力，甚至是记忆能力，可以进一步拓展工业机器人的应用范围。

3 工业机器人技术应用情况

目前，工业机器人技术应用范围十分广泛，在工业、医疗、军事、科研等领域均有所应用。特别是在制造业当中，工业机器人具有良好的适用性。借助工业机器人，人们可以完成一些单调且繁重的重复性作业。大多数情况下，工业机器人并不会受到外部环境所约束，即便外部环境较为恶劣，依然能够作业。在进行搬运、喷涂等加工制造时，采取工业机器人，有利于降低相关化学材料对人体的危害。汽车制造业是工业机器人重要的应用领域之一。相关统计表明，全球范围内接近40%的工业机器人都被应用于汽车制造当中，为汽车工业发展奠定了良好的设备基础与技术基础。将工业机器人与数控机床结合起来，能够进一步提升数控机床的加工性能，可满足数字柔性化制造需求。在热加工生产中，工业机器人可用于铸造、喷砂、清理、铸件运输等环节；在冷加工设备生产当中，工业机器人可用于曲柄压力机、模压曲柄弯管机、螺旋压力机等；在装配生产当中，工业机器人不仅能够进行自动化装配，还能够完成批量化零件装配作业。总体上来看，工业机器人技术已经十分成熟，未来随着传感器技术、信息通信技术、仿生技术等不断发展，工业机器人将具备更强大的性能，也将具备更为广阔的应用空间。

4 工业机器人核心制造技术分析

在工业机器人制造过程中，需要一些核心技术作为支持：（1）灵巧操作技术。灵巧操作技术主要体现在机械手及机械臂领域。在感知、高精度、高可靠性、控制性等方面进行关键技术研发，借助独立关节、多元化传感器、创新机构等，最终实现人手级别的触觉感知阵列。具备良好动力学性能的机械臂，能够在各种生产、加工环境中进行灵活作业。在驱动器方面及创新机构方面，对机械装置机执行机构进行改良，能够进一步提升工业机器人作业精度。（2）感知系统。工业机器人感知系统能够将内部信息及环境信息转变为机器人自身或机器人之间可理解的数据或信息。同时，在各种传感器的作用下，工业机器人能够对速度、位移、力等进行感知，甚至具备视觉感知能力。工业机器人的视觉感知能力主要是通过视觉伺服系统实现等。该系统可将传感器获得的视觉信息化为反馈信号，从而对机器人位置及状态进行调整。（3）运动规划。为了保证工业机器人的工作效率，让工业机器人能够在尽可能短的时间周期内完成指定任务，必然要对其进行合理的运动规划。运动规划主要包括轨迹规划，轨迹规划主要是让机器人关节空间移动时间尽可能短或能量尽量减少；路径规划主要是让路径尽量远离障碍物，并缩短路径长度。在路径规划的基础上加入时间序列信息，便能够对机器人速度及加速度进行有效规划，从而满足光滑性及速度可控性要求。对关节空间路径进行规划，其效果要优于操作空间路径规划。对关节路径进行规划，可有效避免机器人在操作空间中奇异性问题，也可避免大量逆运动学与正运动学计算。（4）在线参数自整定技术。现阶段，伺服系统均具备该功能，可实现工业机器人参数辨识，包括关节转动惯量、PID参数自整定等。通过对相关辨识算法进行优化，能够让伺服驱动器对工况进行自动判断，从而实现智能化参数控制。

5 工业机器人技术未来展望

在工业机器人未来发展过程中，会逐渐朝着民生方向发展。也就是说，工业机器人会逐渐蔓延到民用生产行业当中，这对于提升社会整体生产力而言具有重要的意义。一方面，需要加强工业机器人模拟人类智能行为的程度；另一方面，需要不断提升工业机器人的逻辑推理能力。除了智能化以外，多机协调及标准化也是工业机器人发展的重要方向。多机协调意味着不同的工业机器人能够相互协调，共同完成生产作业，有利于提升整体工作效率；标准化则有利于工业机器人扩大生产规模，便于维护及维修。综合来看，工业机器人技术水平已经到达了一个相当的高度，但在部分环节上依然具备改善空间，具有极大的发展潜力。

参考文献

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