自動(dòng)化改造新思路——工業(yè)機器人

工業(yè)機器人廣泛使用在產(chǎn)業(yè)制造上，汽車(chē)制造、電器、食品等，能替代反復機器式操縱工作，是靠本身動(dòng)力和控制才能來(lái)實(shí)現種種功用的一種機器。它能夠承受人類(lèi)指揮，也能夠按照事先編排的程序運轉。

1938年3月，The Meccano Magazine報道了一款搬運機器人模型，這是最早的關(guān)于以工業(yè)應用為目標的機器人模型的報道。它由GriffithP．Taylor于1935年設計，可以通過(guò)一個(gè)電動(dòng)機實(shí)現5個(gè)軸的運動(dòng)。到了1954年，美國的G.C.Devol設計出第一臺電子可編程序的工業(yè)機器人。而1960年美國AMF公司生產(chǎn)了柱坐標型Versatran機器人，可進(jìn)行點(diǎn)位和軌跡控制，這是世界上第一種應用于工業(yè)生產(chǎn)的機器人。

如今，大部分工業(yè)機器人由主體、驅動(dòng)系統、控制系統、感知系統及末端執行器組成。

主體機械即機座和實(shí)行機構，包括大臂、小臂、腕部和手部，構成的多自由度的機械系統。有的機器人另有行走機構。工業(yè)機器人有6個(gè)自由度乃至更多腕部通俗有1～3個(gè)活動(dòng)自由度。

工業(yè)機器人的驅動(dòng)系統，按動(dòng)力源分為，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類(lèi)。依據需求也可由這三種范例組合并復合式的驅動(dòng)系統?；蛘咭簤和ㄟ^(guò)同步帶、輪系、齒輪等機械傳動(dòng)機構來(lái)間接驅動(dòng)。驅動(dòng)系統有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機構，用以實(shí)行機構發(fā)生相應的動(dòng)作，這三類(lèi)根本驅動(dòng)系統的各有特點(diǎn)，現在主流的是電動(dòng)驅動(dòng)系統。

控制系統是機器人的大腦，是決定機器人功用和功能的主要要素?？刂葡到y是按照輸入的程序對驅動(dòng)系統和實(shí)行機構收回指令信號，并進(jìn)行控制。工業(yè)機器人控制技術(shù)的主要任務(wù)便是控制工業(yè)機器人在工作空間中的活動(dòng)范圍、姿勢和軌跡、動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜單操縱、友好的人機交互界面、在線(xiàn)操縱提示和運用方便等特點(diǎn)。

感知系統由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊的構成，獲取內部和外部的環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。

末端執行器連接在機械手最后一個(gè)關(guān)節上的部件，它一般用來(lái)抓取物體，與其他機構連接并執行需要的任務(wù)。機器人制造上一般不設計或出售末端執行器，多數情況下，他們只提供一個(gè)簡(jiǎn)單的抓持器。

在工業(yè)制造領(lǐng)域，自動(dòng)化趨勢正加速進(jìn)行，而自動(dòng)化就意味著(zhù)更智能、更安全、精確度更高，智能化就需要用到機器人，因此工業(yè)機器人是一種非常重要的設備。它可以進(jìn)行重復、繁瑣、危險或高精度的工作，讓傳統的勞動(dòng)力解放出手來(lái)學(xué)習更具有創(chuàng )新性的工作。在生產(chǎn)線(xiàn)上，工業(yè)機器人可以自主地進(jìn)行零件裝配、檢測和包裝等任務(wù)，增加了企業(yè)的生產(chǎn)效率。此外，工業(yè)機器人的可編程性和高精度控制技術(shù)，還能夠快速適應不斷變化的生產(chǎn)需求，實(shí)現批量或小批量生產(chǎn)的快速轉換。

在汽車(chē)制造行業(yè)，工業(yè)機器人在汽車(chē)制造業(yè)中有著(zhù)廣泛的應用。主要用于汽車(chē)零部件的焊接、裝配、噴涂等工序，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。在中國，50％的工業(yè)機器人應用于汽車(chē)制造業(yè)，其中50％以上為焊接機器人；在發(fā)達國家，汽車(chē)工業(yè)機器人占機器人總保有量的53％以上。而且在汽車(chē)零部件制造中，工業(yè)機器人也可以用于模具鑄造、銑削和鉗制等多種工藝過(guò)程中，提高了生產(chǎn)效率和良品率。

       另外在電子電氣行業(yè)，工業(yè)機器人主要用于電子元器件的貼裝、檢測、分揀等工序，提高生產(chǎn)精度和速度。目前世界工業(yè)界裝機最多的工業(yè)機器人是SCARA型四軸機器人和串聯(lián)關(guān)節型垂直6軸機器人。在手機生產(chǎn)領(lǐng)域，視覺(jué)機器人可以實(shí)現觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動(dòng)化系統的應用。

在醫療行業(yè)中，工業(yè)機器人在醫療領(lǐng)域也有著(zhù)許多的應用，它可以用于進(jìn)行手術(shù)、治療和康復等多種工作，提高了工作的精度和安全性。此外，工業(yè)機器人還可以幫助醫院解決醫護人員不足的問(wèn)題，為病人提供更多樣化的康復治療方案。

機器人產(chǎn)業(yè)是加快建設現代化產(chǎn)業(yè)體系，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要產(chǎn)業(yè)和關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)。機構預測未來(lái)會(huì )有100萬(wàn)～200萬(wàn)臺的年需求量，占中國工業(yè)機器人市場(chǎng)需求的七成左右。近年來(lái)，中國工業(yè)機器人市場(chǎng)規?？焖僭鲩L(cháng)，連續13年居世界第一，并且連續兩年市場(chǎng)份額超過(guò)全球一半。同時(shí)，中國自主品牌的機器人，取得長(cháng)足的進(jìn)步，已初步形成了完整的機器人產(chǎn)業(yè)鏈。

工業(yè)機器人之所以能在中國市場(chǎng)異軍突起，首先是因為在成本上，機器人通常僅為人工成本的四分之一；其次，機器人在質(zhì)量、效率、管理等方面還能帶來(lái)很多新的附加值。所以，在機器人技術(shù)快速提升、價(jià)格大幅下降、人工短缺、人力成本上升等因素的綜合作用下，中國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)爆發(fā)式增長(cháng)的狀態(tài)。

在智能制造領(lǐng)域中，以機器人為主體的制造業(yè)體現了智能化、數字化和網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展要求，現代工業(yè)生產(chǎn)中大規模應用工業(yè)機器人正成為企業(yè)重要的發(fā)展策略?，F代工業(yè)機器人已從功能單一、僅可執行某些固定動(dòng)作的機械臂，發(fā)展為多功能、多任務(wù)的可編程、高柔性智能機器人。盡管系統中工業(yè)機器人個(gè)體是柔性可編程的，但目前采用的大多數固定式自動(dòng)化生產(chǎn)系統柔性較差，適用于長(cháng)周期、單一產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，而難以適應柔性化、智能化、高度集成化的現代智能制造模式。

所以根據目前現有的機器人發(fā)展環(huán)境及制造條件，未來(lái)的智能制造趨勢機器人生產(chǎn)必須要進(jìn)行創(chuàng )新，并且發(fā)展的趨勢逐步向一體化、智能信息化、和柔性化發(fā)展轉變。

一體化可以對工業(yè)機器人進(jìn)行多功能設計，使其具備進(jìn)行多道工序加工的能力，對生產(chǎn)環(huán)節進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現測量、操作、加工一體化，能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的累計誤差，大大提升生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，降低制造中的時(shí)間成本和運輸成本，適合集成化的智能制造模式。

       同樣，未來(lái)以“互聯(lián)網(wǎng)+機器人”為核心的數字化工廠(chǎng)智能制造模式真正意義上實(shí)現了機器人、互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)和智能設備在制造業(yè)的完美融合，涵蓋了對工廠(chǎng)制造的生產(chǎn)、質(zhì)量、物流等環(huán)節，是智能制造的典型代表。結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機器視覺(jué)技術(shù)、人機交互技術(shù)和智能控制算法等相關(guān)技術(shù)，工業(yè)機器人能夠快速獲取加工信息，精確識別和定位作業(yè)目標，排除工廠(chǎng)環(huán)境以及作業(yè)目標尺寸、形狀多樣性的干擾，實(shí)現多機器人智能協(xié)作生產(chǎn)，滿(mǎn)足智能制造的多樣化、精細化需求。

       不僅如此，通過(guò)開(kāi)發(fā)工業(yè)機器人開(kāi)放式的控制系統，使其具有可拓展和可移植的特點(diǎn)；同時(shí)設計制造工業(yè)機器人模塊化、可重構化的機械結構，例如關(guān)節模塊中實(shí)現伺服電機、減速器、檢測系統三位一體化，使得生產(chǎn)車(chē)間能夠根據生產(chǎn)制造的需求自行拓展或者組合系統的模塊，提高生產(chǎn)線(xiàn)的柔性化程度，有能力完成各類(lèi)小批量、定制化生產(chǎn)任務(wù)。

       目前工業(yè)機器人零部件并沒(méi)有那么復雜，因此靈活性也會(huì )受限，針對于此，人機/多機協(xié)作化是其未來(lái)的發(fā)展趨勢。通過(guò)研發(fā)機器人多模態(tài)感知、環(huán)境建模、優(yōu)化決策等關(guān)鍵技術(shù), 強化人機交互體驗與人機協(xié)作效能，實(shí)現機器人和人在感知、理解、決策等等不同層面上的優(yōu)勢互補，能夠有效提高工業(yè)機器人的復雜作業(yè)能力。同時(shí)通過(guò)研發(fā)工業(yè)機器人多機協(xié)同技術(shù)，實(shí)現群體機器人的分布式協(xié)同控制，其協(xié)同工作能力提高了任務(wù)的執行效率, 以及具有的冗余特性提高了任務(wù)應用的魯棒性，能完成單一系統無(wú)法完成的各種高難度、高精度和分布式的作業(yè)任務(wù)。

        通過(guò)查閱資料及信息我發(fā)現，工業(yè)機器人已成為當代工業(yè)、制造業(yè)及科技領(lǐng)域進(jìn)步與經(jīng)濟結構轉型的重要交匯點(diǎn)，成為各國競相爭奪的戰略高地。機器人的研發(fā)、制造、應用也是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng )新和高端裝備制造業(yè)的水平的重要標志。在深入實(shí)施制造強國戰略的大背景下，中國機器人產(chǎn)業(yè)的整機研發(fā)及批量制造能力不斷增強，目前迫切需要新一代人工智能等重大創(chuàng )新來(lái)提質(zhì)增效。我相信在不久的未來(lái)，工業(yè)機器人一定會(huì )更加先進(jìn)，帶動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域更上一層樓！