智能制造与机器人应用关键技术研究

（河北化工医药职业技术学院，河北 石家庄 050026）

0 引言

科技是时代进步的推动力，随着我国制造强国战略的稳步向前推进，智能制造成为了“中国制造2025”明确的主攻方向，而机器人则是智能制造发展的重要内容与支撑。在未来，智能制造与机器人技术将取得显著进展，逐步推动我国制造业实现转型升级，并不断迈向中高端层次。由此，本文概述分析智能制造与机器人应用关键技术。

1 智能制造应用技术

1.1 构造智能制造环境的技术

当下，中国在智能制造、构建数字化车间方面有着很高的热情，政府、专家、企业也充满激情地给予力所能及的支持。而构造智能制造技术应用环境，构建数字化车间，有几项关键技术。其一，机器人技术。想要实现智能化、数字化、自动化，机器人技术是必不可缺的首要；其二，人工智能技术。智能制造简单地说就是智能技术和制造技术的融合，以智能技术来对制造中遇到的问题进行解决。更明确的地，智能制造为人工智能技术在制造业中的应用；其三，数字化技术与网络化技术。就制造业自身来说，产品设计技术、制造技术为基础与根本，我们应用机器人、智能、数字化、网络化技术，其目的就是为了提高产品设计能力与产品制造能力[1]。

智能制造为高端装备制作业发展的主要趋势，其中，数字车间、工业机器人则是智能制造的重要内容，也可视为主体内容。依靠数字车间机器人应用推广，不仅能提升机器人智能化水平，还能代替传统的体力劳动，甚至替代一部分的脑力劳动。很早就提出了数字车间的概念，先是用机器人替代人工，再推进机器自动化，以自动化设备替换机械设备，最后完成成套化、集成化，以成套设备替换流水线单台作业，也就是智能换数字。

1.2 智能制造应用技术发展趋向

当下，智能制造技术发展已无法脱离数字化技术与网络化技术，可以说，该两项技术为智能制造技术发展的重要支撑。智能制造的原型是制造自动化，相反，现代制造自动化的发展趋向便是智能制造，两者差别所在是智能制造在制造自动化基础上涉足研究范围更广，应用技术更复杂，但这其实也是制造自动化的一种进步[2]。制造自动化目前应用的是人工智能技术，专家以数字化技术设计工艺流程，再交给机器自动生产制造。期间，计算机技术的应用，为人工智能技术成功使用的关键。现代的计算机技术发展已越发炉火纯青，虽然专家在计算机方面的一些未来设想还未实现，但就发展现状来看，将计算机技术和人工智能技术融合应用已为现实。计算机技术可以作为人工智能技术的基础，人工智能技术专家能使用计算机技术来进行神经网络的设计，并保证其符合生产工艺。在高精度工艺需求生产中，计算机技术的优势能得到充分发挥，以保证产品的高质量。

2 机器人应用关键技术

信息技术快速发展，机器人技术也不断更新，其智能程度越增强。在宇宙勘探、社会服务、农业生产等方面，机器人都能发挥其作用。机器人正向着智能化、多样化的方向发展。机器人可以根据功能分为传感型机器人、自主型机器人以及交互性机器人；也可以根据智能程度分为工业机器人、初级智能机器人、高级智能机器人[3]。下面以工业机器人为例。

2.1 机器人在智能制造应用关键技术

面向工业领域，有多关节机械手或自由度高的自动装置机器人，被称作工业机器人，其能够自动开展工作。它连接起数控机床伺服轴和遥控操纵器的连杆机构，依照预先编排的程序运作。现在大部分的工业机器人都融和了人工智能技术，能够依照示教的动作、传感器反馈负载情况、2D与3D视觉反馈来编制、修正自身动作。当下很多企业开始用工业机器人取代人力，从事各种生产工作，这使工业机器人行业迎来了一波发展高潮。而探究其主要原因是因为人力成本逐渐上升高于机器人使用成本。不同的工业机器人，其应用关键技术也不同。

2.1.1 弧焊机器人

该机器人简单的说，其关键技术包括交流伺候服驱动、刚性高精度RV减速机，及谐波减速器。在低速和高速方面，前者稳定性强，后者动态响应快，能减少维护。另外，关于协调控制这一技术，其可以对多机器人、变位机协调运动进行控制，在保证焊枪、工件相对状态的同时，达成焊接工艺所需，还能使焊枪和工件免于撞击。

2.1.2 激光加工机器人

该机器人的关键技术包括了结构优化设计技术，框架式本体结构大范围应用，作业范围变大还能确保精度。以及系统误差补偿这一技术，立足一体化机器人有着大工作空间和高精度需求，联系结构特征，依托非模型办法与模型办法联合的混合机器人补偿方式，来实现几何参数、非几何参与的误差补偿。另外，还有高精度检测技术，集合坐标测量和机器人这两技术，机器人在线测量，精度很高。最后，网络通讯、离线编程技术，可实现串口、CAN网络通讯，并监控管理机器人生产线，由上位机控制机器人离线编程。

2.2 机器人技术的发展趋向

2.2.1 从串联发展为串并混联机器人

最开始，机器人主要是串联较多，但伴随市场的发展，现在既需要串联机器人，又需要并联机器人。串并混联机器人兼顾并联机构刚度大与串联机构控制空间大两种优点，是机构学研究的主要方向[4]。

2.2.2 从刚体发展为刚柔体机器人

现在不单单要研发刚性，还需研发柔性机器人，像是英国某公司的蛇形机器人，以及我国许多学校研发的章鱼须、蛇等柔软多节结构的工业机器人。工业机器人未来发展的关键特质便是柔性。对于机器人来说，柔体的应用能灵活其末端亦或是本体，让其可达性范围更大。柔性机器人最大的优点便是可达性，像是航空构件制造有些深孔，常规方法打不进去，使用柔性机器人就可以很好地解决这一问题。

2.2.3 从机器人作业发展为多机器人协同作业

这为机器人发展的趋势之一。制造空间分布、任务并行、功能分布等方面，单机器人都受到限制，要由多机器人来协同合作完成。智能化、数字化车间构建，无法依靠单个机器人，尤其是大尺寸的焊接装备，可靠性、灵活性、负载的能量等，都要由多机器人来协作完成。

2.2.4 机器人技术和虚拟现实结合应用

机器人技术和虚拟现实结合应用是很有必要的，这可以减少研制时对实体机器人的依赖，减少生产成本，提升生产效率，还能避免机器人带来的安全隐患[5]。

2.2.5 机器人技术和物联网结合应用

机器人技术并非是孤立的，其是系统工程，可以将其和物联网结合进行应用。譬如，之前浙江省融合了物联网和机器人，生产出自动化智能柔性焊接装配，十分高效。依靠物联网，工业机器人能拥有感知力，也就有了触觉、味觉、视觉，还能采集生产过程中的各种数据。

3 结语

总的来说，智能制造与机器人技术是信息技术快速发展的产物，其为21世纪人类发展添上了浓重的一笔。在智能制造与机器人技术发展的过程中虽然还需要面对许多问题，但只要本着科学发展的理念，推动智能制造与机器人技术不断向前迈进，必定能走向人机协调、互融发展的光明未来。