工业机器人技术的发展与应用综述

代浩岑，孙丹宁，赵文博

（燕山大学，河北 秦皇岛 066000）

0 引言

在现代科学技术支撑下，工业机器人逐渐投入使用，其具有可靠性、稳定性、高精度等优点，可代替人工在高危环境内作业，减少人工作业强度，进而在保障作业效率基础上，提升作业质量。由于这些优点，工业机器人已逐渐发展为制造产业核心力量。现阶段，我国工业机器人主要用于制造业，大量学者对其现阶段的使用状况进行了分析，并建立了比较健全的理论体系。以此为基础，本文整合近几年国内针对工业机器人技术发展与应用的相关研究并综合分析，作如下报道。

1 关于工业机器人技术

早在1972年，我国开始研发工业机器人，政府与相关部门对工业机器人制造极为重视，至1986年时，开展了国家级技术研发计划，随着我国科研人员潜心研究，工业机器人技术得到了进一步发展，是我国工业机器人发展开端[1]。目前为止，我国机器人市场已发展为世界最大市场，每年机器人销量高达87000台，且提升了31%左右的市场占有率。总结分析，我国工业机器人技术主要分为以下几点：

1.1 包括开放性模块化控制技术

我国目前投入使用工业机器人多为CPU计算机结构，呈分布式，利用机器人控制器规划机器人运动，同时具有主控逻辑、传感器处理与数字I/O计数，可将编程作为基础，利用开放性模块控制机器人。

1.2 包括故障诊断及安全维护计数

当前工业机器人已能够利用有效信息，对自身存在异常故障进行自主检查与诊断，并且采取有效的方法来自我维护，此技术可保障机器人能够稳定运行。

1.3 包括控制器技术

目前控制器主要功能为现场总线、串口、太网连接，以维持机器人、控制器间有效通讯，进而保障控制器可全面监督、管理机器人作业生产线。

2 关于工业机器人特征

工业机器人的控制方法与数控机床控制存在相似之处，但是也具备一定的独到性，例如：

2.1 拟人化

工业机器人的显著特征之一就是拟人化。机械臂的结构与人类小臂、大臂、手腕的部分非常相似，可以通过计算机的控制，来仿生人类手臂的各种动作，实现各种拟人化的操作。同时，工业机器人加入了各种传感器的功能，例如视觉传感器、声音传感器以及力传感器等等，以此加强了工业机器人对外部事物的感知功能，以便于机器人适应外部的工作环境。

2.2 可编程

在使用工业机器人进行工业生产的过程中，可以结合具体的生产目标与生产环境对机器人进行程序设置，实现动态化的启动。换言之，工业机器人可以在硬件设施不换的情况下，借助软件编程即可实现多样化的操作。确保工业作业的灵活性，同时有效减少了工业生成的成本支出。

2.3 适用性广泛

除了少部分的特殊领域，普通的工业机器人在基本的工业生产领域中都可使用，通用性能良好。加之各种传感器的使用，可以让机器人具备图像识别的能力、语言理解的能力，以致于记忆功能机器人都可具备，全面实现了机器人使用范围的拓展[2]。

3 关于工业机器人应用现状

随着我国社火经济水平提升，我国工业机器人发展方向更为广阔，引起了相关企业管理者的高度重视，在制造业的各个领域都有广泛的应用。

3.1 船舶焊接机器人

焊接时工业机器人的必备基础技能，可广泛的应用于船舶、汽车焊接工作，尤其船舶制造业内应用较广。优于船舶体积较大，因此利用机器人开展相关焊接工作，可提升作业效率。船舶焊接机器人实际工作中，利用系统优化集成技术与控制技术，可精确焊缝轨迹，加上激光传感器、视觉传感器的应用，可实现离线作业操作，以此便可帮助机器人更好的使用复杂的元件焊接，可保障焊接质量。此外，还可借助无线通讯技术保障电脑、机器人间高效沟通，以此在密闭狭小的空间中即可进行机器人焊接操作。

3.2 自动化装配线机器人

自动化装配线机器人主要的类型有旋转关节型、直角坐标型以及平面关节型等等。如某摩托车公司对摩托车发动机安装配线时，利用自动化配线机器人开展相关操作，可实现活塞、连杆、缸体等零部件自动化装配，以提升装配效率，此外，还可运用视觉系统技术，实现精确装配零部件[3]。还可利用力控软件代替人类触觉，保障零件推动力度合理，减少工件损伤。工业机器人作业期间，垂直多关节型装配机器人涵盖6个自由度，可在空间任一点摆放各种姿势，操作简单。同时自动化装配机器人中涵盖传统单臂机器人，可完成较为复杂的装配工作，有效降低了装配风险的发生。

3.3 搬运机器人

搬运机器人技术基础为移动机器人，利用计算器控制，可搬运、移动物品，具有网络交互、多传感器控制等功能，在我国各个行业领域都有广泛的应用[4]。现阶段，我国常用搬运机器人多为串联机器人，可分为四轴、六轴两类，其中六轴机器人多搬运重物，但搬运速度较低；四轴机器人由于轴数少，不可搬运过重物品，但是其搬运速度较快，可用于快速包装。

3.4 缝纫机器人

服装生产产业中，多应用缝纫机器人，由于服装生产产业具有劳动密集特性，早在2012年，美国某公司就开始研发手缝机器人代替传统手工缝纫，旨在利用缝纫机器人的使用将传统的劳动密集型产业转变为机械自动化生产的产业。缝纫机器人的功能是精确针下布料，在减少人力帮助、干涉前提下，实现服装制造、生存工作。目前我国研发缝纫机器人能够利用相机观察布料，利用机器臂裁剪布料，可降低误差至0.5mm内[5]。但结合我国目前研发技术，缝纫机器人仅局限于牛仔裤、短袖等简单衣物缝制工作。

4 工业机器人技术未来的发展

我国的工业制造业在工业机器人不断发展的推动下，得到了唯有的进步，并且在其他行业领域中，例如军事、医疗、娱乐以及科研等等行业中，工业机器人也同样适用。伴随着我国人民生活质量不断提升，工业机器人研发要求随之增加，未来工业机器人将更加智能，逐渐转向服务化、绿色化[6]。所谓智能化，主要指机器人以实现设定的程序为基础，自行进行维护、学习与创造等功能，利用人机交互能力，促使工业机器人更好的满足人们需求。服务化是指机器人在离线的状态下，结合互联网技术提供在线化服务。而绿色化是指工业机器人在制作工艺、制造用料、包装用料等方面保障绿色化，同时要求设计机器人的过程中可以加入工作过程中的处理与回收功能，在保证积极工作的同时，严格落实环境保护要求。至2017年，机器人世界制造量仍保持高速增长，尤其亚洲、澳大利亚机器人安装需求涨幅最大。但中国为最大的机器人市场，未来必将迎来更大机器人市场[7]。其一，强化机器人对人类行为进行模仿的能力，其二，不断提升机器人的逻辑思维能力。不光是智能化的实现，多级协调共同操作也是未来工业机器人的发展趋势。

5 结语

目前我国的工业机器人主要被应用于工业制造业中，如船舶焊接、自动化装配、搬运、缝纫等领域。相较于其他发达国家，目前我国工业机器人应用并不广泛，尚有很大发展空间。因此，培养工业机器人研发人才，对推动我国工业机器人技术发展而言极为重要，实现我国工业机器人产业的积极发展，让更加便携、实用、智能的机器人被广泛的应用于各行各业，促进我国经济的全面发展。