自動(dòng)化改造新思路——工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)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(fù)機(jī)器式操縱工作，是靠本身動(dòng)力和控制才能來(lái)實(shí)現(xiàn)種種功用的一種機(jī)器。它能夠承受人類(lèi)指揮，也能夠按照事先編排的程序運(yùn)轉(zhuǎn)。

1938年3月，The Meccano Magazine報(bào)道了一款搬運(yùn)機(jī)器人模型，這是最早的關(guān)于以工業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)的機(jī)器人模型的報(bào)道。它由GriffithP．Taylor于1935年設(shè)計(jì)，可以通過(guò)一個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)5個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。到了1954年，美國(guó)的G.C.Devol設(shè)計(jì)出第一臺(tái)電子可編程序的工業(yè)機(jī)器人。而1960年美國(guó)AMF公司生產(chǎn)了柱坐標(biāo)型Versatran機(jī)器人，可進(jìn)行點(diǎn)位和軌跡控制，這是世界上第一種應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人。

如今，大部分工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)及末端執(zhí)行器組成。

主體機(jī)械即機(jī)座和實(shí)行機(jī)構(gòu)，包括大臂、小臂、腕部和手部，構(gòu)成的多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。有的機(jī)器人另有行走機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)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(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類(lèi)。依據(jù)需求也可由這三種范例組合并復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?；蛘咭簤和ㄟ^(guò)同步帶、輪系、齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)間接驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以實(shí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作，這三類(lèi)根本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各有特點(diǎn)，現(xiàn)在主流的是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功用和功能的主要要素?？刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)行機(jī)構(gòu)收回指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)便是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的活動(dòng)范圍、姿勢(shì)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(jī)交互界面、在線(xiàn)操縱提示和運(yùn)用方便等特點(diǎn)。

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

末端執(zhí)行器連接在機(jī)械手最后一個(gè)關(guān)節(jié)上的部件，它一般用來(lái)抓取物體，與其他機(jī)構(gòu)連接并執(zhí)行需要的任務(wù)。機(jī)器人制造上一般不設(shè)計(jì)或出售末端執(zhí)行器，多數(shù)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(shì)正加速進(jìn)行，而自動(dòng)化就意味著更智能、更安全、精確度更高，智能化就需要用到機(jī)器人，因此工業(yè)機(jī)器人是一種非常重要的設(shè)備。它可以進(jìn)行重復(fù)、繁瑣、危險(xiǎn)或高精度的工作，讓傳統(tǒng)的勞動(dòng)力解放出手來(lái)學(xué)習(xí)更具有創(chuàng)新性的工作。在生產(chǎn)線(xiàn)上，工業(yè)機(jī)器人可以自主地進(jìn)行零件裝配、檢測(cè)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(jī)器人的可編程性和高精度控制技術(shù)，還能夠快速適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)批量或小批量生產(chǎn)的快速轉(zhuǎn)換。

在汽車(chē)制造行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)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(guó)，50％的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)，其中50％以上為焊接機(jī)器人；在發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車(chē)工業(yè)機(jī)器人占機(jī)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(jī)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(jī)器人主要用于電子元器件的貼裝、檢測(cè)、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(jī)最多的工業(yè)機(jī)器人是SCARA型四軸機(jī)器人和串聯(lián)關(guān)節(jié)型垂直6軸機(jī)器人。在手機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域，視覺(jué)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏檢測(cè)、擦洗、貼膜等一系列流程的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。

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

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是加快建設(shè)現(xiàn)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(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)未來(lái)會(huì)有100萬(wàn)～200萬(wàn)臺(tái)的年需求量，占中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求的七成左右。近年來(lái)，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，連續(xù)13年居世界第一，并且連續(xù)兩年市場(chǎng)份額超過(guò)全球一半。同時(shí)，中國(guó)自主品牌的機(jī)器人，取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，已初步形成了完整的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈。

工業(yè)機(jī)器人之所以能在中國(guó)市場(chǎng)異軍突起，首先是因?yàn)樵诔杀旧希瑱C(jī)器人通常僅為人工成本的四分之一；其次，機(jī)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(jī)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(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)爆發(fā)式增長(zhǎng)的狀態(tài)。

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

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

一體化可以對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行多功能設(shè)計(jì)，使其具備進(jìn)行多道工序加工的能力，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操作、加工一體化，能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的累計(jì)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(yùn)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(jī)器人”為核心的數(shù)字化工廠智能制造模式真正意義上實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人、互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)和智能設(shè)備在制造業(yè)的完美融合，涵蓋了對(duì)工廠制造的生產(chǎn)、質(zhì)量、物流等環(huán)節(jié)，是智能制造的典型代表。結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)和智能控制算法等相關(guān)技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人能夠快速獲取加工信息，精確識(shí)別和定位作業(yè)目標(biāo)，排除工廠環(huán)境以及作業(yè)目標(biāo)尺寸、形狀多樣性的干擾，實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人智能協(xié)作生產(chǎn)，滿(mǎn)足智能制造的多樣化、精細(xì)化需求。

       不僅如此，通過(guò)開(kāi)發(fā)工業(yè)機(jī)器人開(kāi)放式的控制系統(tǒng)，使其具有可拓展和可移植的特點(diǎn)；同時(shí)設(shè)計(jì)制造工業(yè)機(jī)器人模塊化、可重構(gòu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如關(guān)節(jié)模塊中實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)、減速器、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化，使得生產(chǎn)車(chē)間能夠根據(jù)生產(chǎn)制造的需求自行拓展或者組合系統(tǒng)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(jī)器人零部件并沒(méi)有那么復(fù)雜，因此靈活性也會(huì)受限，針對(duì)于此，人機(jī)/多機(jī)協(xié)作化是其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)研發(fā)機(jī)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(qiáng)化人機(jī)交互體驗(yàn)與人機(jī)協(xié)作效能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和人在感知、理解、決策等等不同層面上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠有效提高工業(yè)機(jī)器人的復(fù)雜作業(yè)能力。同時(shí)通過(guò)研發(fā)工業(yè)機(jī)器人多機(jī)協(xié)同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)群體機(jī)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(zhí)行效率, 以及具有的冗余特性提高了任務(wù)應(yīng)用的魯棒性，能完成單一系統(tǒng)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(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人已成為當(dāng)代工業(yè)、制造業(yè)及科技領(lǐng)域進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要交匯點(diǎn)，成為各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略高地。機(jī)器人的研發(fā)、制造、應(yīng)用也是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端裝備制造業(yè)的水平的重要標(biāo)志。在深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的大背景下，中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的整機(jī)研發(fā)及批量制造能力不斷增強(qiáng)，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(jī)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！