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從機器人五大領域出發談工業機器人發展趨勢

發布時間：2017-03-09 15:32

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自從1962年美國研制出世界上第一臺工業機器人以來，機器人技術及其產品發展很快，已成為柔性制造系統(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(CIMS)的自動化工具。廣泛采用工業機器人，不僅可提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。和計算機、網絡技術一樣，工業機器人的廣泛應用正在日益改變著人類的生產和生活方式。

自20世紀60年代初機器人問世以來，機器人技術經歷了不斷的發展，已取得了實質性的進步和成果。主要體現在如下幾個方面：

（1）提高生產過程的自動化程度   應用機器人，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。
（2）改善勞動條件、避免人身事故  在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機器人即可部分或全部代替人安全地完成作業，大大地改善工人的勞動條件。同時，在一些動作簡單但又重復作業的操作中，以機器人代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。

（3）減少人力，便于有節奏的生產  應用機器人代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機器人可以連續地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產線上目前幾乎都設有機器人，以減少人力和更準確地控制生產的節拍，便于有節奏地進行生產。

目前，世界上有百萬多臺工業機器人正在各種生產現場工作；在非制造領域，上至太空艙、宇宙飛船，下至極限環境作業、日常生活服務，機器人技術的應用已拓展到社會經濟發展的諸多領域；傳統制造領域，工業機器人經過誕生、成長、成熟期后，已成為不可或缺的核心自動化裝備。

（1）熱加工生產中的工業機器人    工業機器人在鑄造生產中應用廣泛，涉及鑄造、噴砂處理、噴丸清理及鑄件運輸等幾乎所有環節。

工業機器人在鑄造生產中所完成的基本功能包括：從機器的工作區域取出鑄件；依次將鑄件移送到檢測位置，進入冷卻裝置；放入切邊機的壓模中；從壓模中拿走，分放在包裝箱中；將芯放到鑄造砂型中并澆注金屬。用于鑄造生產中的工業機器人應具有特殊的結構形式，以防止周圍介質的作用；如控制柜、控制臺、導軌以及摩擦表面的密封，將控制系統布置在獨立單元中等。鑄造生產中的工業機器人正朝著運行的快速性及可靠性方向發展。

（2）冷加工設備中的工業機器人  工業機器人在鍛壓設備生產中涉及的應用領域包括：用于曲柄壓力機、模壓曲柄彎管機、螺旋壓力機等。

在鍛壓生產中應用的工業機器人，其基本功能包括：從規定位置夾持毛坯；移送到工作位置；從一個位置轉放到另一個位置（其中包括轉動）；取下成品件并將其放到包裝箱中；抓放廢料；發出控制機器人技術綜合裝置的指令等。

（3）金屬切削機床用的工業機器人  在柔性生產單元、柔性制造系統中，采用工業機器人輔助生產是最有成效的方法。目前，具有基本組合模塊結構的金屬切削機床用工業機器人已經得到廣泛的應用。

金屬切削機床用的工業機器人所完成的基本功能包括：在機床工作空間內安裝事先已經定向的毛坯；從機床上取下零件并放入包裝箱（貯料器）中；必要時翻轉零件，清洗零件及夾具的基準面；控制裝置發出工藝指令；檢測零件等。當采用輔助裝置和坐標循環臺、升降平臺等機構時，可以擴大工業機器人的功能。

（4）裝配用工業機器人 在裝配生產中的工業機器人，既可為自動裝配機服務，又可直接用來完成大批量零件裝配作業。

裝配作業包括堆垛、擰螺絲、壓配、鉚接、彎形、卷邊、膠合等。為實現工業機器人操作必須保證基本功能的實現：如在垂直方向上手臂應該能作直線運動；機器人結構在沿垂直軸方向上要有足夠高的剛度，能夠承受在裝配方向上產生相當大的作用力；機器人有補償定位誤差的可能性，即結構的柔順性，如依靠在垂直于裝配基本方向的平面上結構的柔順性；工作機構能作高速運動。當考慮上述基本功能要求時，裝配工業機器人合理的結構應該是帶有在水平面上鉸接的工作手臂，并具有垂直行程的工作機構。工業機器人的承載能力不應超過極限值，并且，機器人應具有很靈活的、較大的工作空間以及緊湊的結構。

（5）金屬電鍍設備用的工業機器人  金屬電鍍設備用的工業機器人主要用于在電鍍槽上的服務及涂漆作業。涉及的應用領域包括：電鍍法涂層、化學法涂層、陽極機械法在零件上涂層等。目前，提高金屬電鍍機器人操作機的移動速度、提高電傳動的勞動生產率、減少金屬消耗量、減少生產過程所占的工作面積等是該類工業機器人的發展方向。
同樣，在工業機器人研究領域，學者們正朝著模糊控制、智能化、通用化、標準化、模塊化、高精化、網絡化及自我完善和修復能力等方向進行研發。

（1）模糊控制和智能化 模糊控制是利用模糊數學的基本思想和理論的控制方法。對于復雜的系統，由于變量太多，用傳統控制模型難以正確描述系統的動態，此時便可以用模糊數學來處理這些控制問題。未來機器人的特點在于其具有更高的智能。隨著計算機技術、模糊控制技術、專家系統技術、人工神經網絡技術和智能工程技術等高新技術的不斷發展，工業機器人的工作能力將會突破性的提高及發展。

（2）通用化、標準化、模塊化 工業機器人的組件及構件實現通用化、標準化、模塊化是降低成本的重要途徑之一。

（3）高精化 隨著制造業對機器人要求的提高，開發高精度工業機器人是必然的發展結果。

（4）網絡化 目前應用的機器人大多僅實現了簡單的網絡通訊和控制，如何使機器人由獨立的系統向群體系統發展，使遠距離操作監控、維護及遙控是目前機器人研究中的熱點之一。

（5）自我完善和修復能力 機器人應該具有自我修復的能力，才能更好地避免因為突發狀況導致的生產停頓。當出現錯誤指令時應該自己進行報警或調試；當元器件損壞時可以自我進行修復。

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