探讨工业机器人的发展及应用前景

谢彩云 张晓梅 侯毅

摘 要：随着科技的进步，机器人在各行各业中的应用越来越广泛，已占据了工业发展中的重要位置。本文从阐述机器人的含义入手，分析了工业机器人的发展、分类及应用前景，可为机器人技术的研究提供思路。

关键词：工业机器人;发展;应用

机器人的诞生和机器人学的建立及发展，是20世纪人类科学技术进步的重大成果。随着云计算、物联网、大数据等新一代信息技术的不断涌现，促使现代制造业的自动化程度越来越高，“十三五”规划中指出，实施智能制造工程，加快发展智能制造关键技术装备，培养推广新型智能制造模式，推动生产方式向柔性、智能、精细化转变，同时要提升包括机器人在内的新兴产业的支撑作用，这些都充分说明了机器人发展的重要性。在“中国制造2025”战略规划中，提出的以工业机器人为代表的智能制造更是为我国工业机器人的发展提供了思路和出路。

一、机器人的含义

机器人是一种高度复杂的自动化装置，综合运用了机械、电子电气、计算机、检测、通信、自动控制、语音和图形图象处理等技术，一般由程序控制，具有人或生物的某些功能。智能机器人可以通过传感器了解外部环境或自身状态的变化，可以做出自己的逻辑推理、判断与决策。

组成机器人的系统通常由四部分组成，包括机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统四大部分。计算机是机器人的大脑，传感器是机器人的感觉器官，输入/输出设备是人与机器人的交互工具，常用的有显示器、键盘、示教盒、打印机、网络接口等。

随着机器人应用领域的不断扩大，机器人已从传统的制造业进入人类的工作和生活领域，另外，随着需求范围的扩大，机器人结构和形态的发展呈现多样化。高端系统具有明显的仿生和智能特征，其性能不断提高，功能不断扩展和完善;各种机器人系统便逐步向具有更高智能和更密切与人类社会融洽的方向发展。

二、工业机器人的发展

继1920年捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔？凯培克在他的科幻情节剧《罗萨姆的万能机器人》中首次提出了“机器人”（Robot）这个名词后，美国著名科学幻想小说家阿西莫夫于1950年在他的小说《我是机器人》中，首先使用了机器人学（Robotics）这个词来描述与机器人有关的科学，并提出了著名的“机器人三守则”：

（1）机器人必须不危害人类，也不允许他眼看人将受害而袖手旁观;

（2）机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类;

（3）机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲。

基于此，1959年，乔治？德沃尔和约瑟？英格柏格发明了世界上第一台工业机器人，从那以后，工业机器人开始进入了历史舞台。工业机器人产生后，将人类从繁重单一的劳动中解放出来，延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作，代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

三、工业机器人的分类

工业机器人的分类方式主要有以下几种：

1、按臂部的运动形式分

（1）直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;

（2）圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;

（3）球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;

（4）关节型的臂部有多个转动关节。

2、按执行机构运动的控制机能分

（1）点位型

只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;

（2）连续轨迹型

（3）可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

3、按程序输入方式区分

（1）编程输入型

将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

（2）示教输入型

这种类型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器（示教操纵盒），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍;另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同時，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。

四、工业机器人的应用

工业机器人最早应用于汽车制造工业， 常用于焊接、 喷漆、上下料和搬运。随着工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进生产制造柔性化、增强企业核心竞争力等诸多方面作用的显现，越来越受到世界各国的重视。目前来看，工业机器人的应用主要集中在以下方面：

（1）提高自动化生产效率和自动化程度;

（2）直接从事广泛的生产劳动，例如喷漆、焊接、热处理、冶炼、电镀，以及冲压、注塑成型、砂型铸造、锻造等;

（3）进行严谨的物品装配;

（4）仓库管理自动化;

（5）从事特殊环境下的劳动，如核辐射、无毒气氛、强噪声、超低温或高温环境等不合适人工作的环境，甚至超越人能力范围的环境;

（6）从事教育卫生等服务。

五、工业机器人在我国的发展情况

我国是从20世纪80年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。至今为止，我国在机器人技术及应用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：两足步行机器人、喷涂机器人、高压水切割机器人、有缆深潜300m机器人、无缆深潜机器人、遥控移动作业机器人等等。

从2014年我国成为世界最大的工业机器人需求国以来，市场发展一直比较稳定，但是，目前国内工业机器人市场份额大部分依然被国外工业机器人企业占据。在国际强手面前，国内的工业机器人企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入新的动力。

六、结语

我国工业机器人的研制虽然起步比较晚，但是却有着广大的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。在十三五规划纲要等国家政策的鼓励支持下，相信在不远的未来，我国自主制造的工业机器人必将占据市场的一席之地，从而提高我国的国际竞争力，为实现伟大祖国的复兴贡献力量。

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