关于工业机器人的自动化生产技术研究

摘 要：机器人于上个世纪六十年代问世，多年来，经过许多科学家的研究与实践，获得了很大的发展，被广泛应用于各个领域。其中，工业机器人因为具有效率高而且能提高生产过程中的安全性等优点，在我国许多行业尤其是劳动密集型产业中得到了广泛的应用。本文在对工业机器人的各个系统结构进行分析后，对我国各个行业中工业机器人应用的典型案例及工业机器人未来可能应用的范围进行了讨论。

关键词：工业机器人;自动化;技术

我国在过去的几十年间因为接收了发达国家大量的产业转移且劳动力充足、价格低廉，制造业迅速发展，成为了“世界工厂”。但是随着人口红利的消失，我国劳动力成本逐渐上升，相比于其他国家在生产成本方面的优势已经不是很明显了，再加上现在发达国家试图通过制造业的回归改善国内就业、经济等形势，我国制造业尤其是劳动密集型产业正面临着巨大的挑战。为了应对这些挑战，国内许多行业都积极用工业机器人来逐步替换人工作业方式，以达到效率的提升和成本的下降。

一、工业机器人技术的探討

（一）工业机器人概念

美国机器人协会将工业机器人定义为：用于处理机械零件或工件的可编程多功能器械，或可通过更改程序执行各种任务的特殊机械装置。

（二）工业机器人构成

一般来说，工业机器人由机械部分、传感部分、控制部分3大部分构成，三大部分又可以细分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统等6个子系统。

1、机械结构系统

工业机器人按机械结构的不同可以分为串联机器人和并联机器人两种类型。早期的工业机器人具有一个轴的运动会对另一个轴的坐标原点造成影响的特点，被称为串联机器人，而与此相对的并联机器人，它的轴进行运动时并不会对其他轴产生影响。因此，并联机器人在承载力、结构稳定性、强度等方面与串联机器人相比优势比较突出，此外，在位置求解上相对串联机器人来说并联机器人更加擅长反解，正解对它而言很不容易。

2、驱动系统

就目前而言，工业机器人的驱动方式主要包括液压驱动、气压驱动和电机驱动三种。

液压驱动系统因为功率单元笨重、昂贵，以及有噪声、泄露等问题，性价比不是很高，目前只在大型载重机器人和一些特殊的工业机器人等机器人的系统内应用;气压驱动系统具有构造简洁、维护方便、成本较低、速度较快等优点，但是由于在工作时压强太低，不容易进行精确定位，所以一般被用来驱动工业机器人的末端执行器;电机驱动系统是当今的主要驱动方式，可以细分为四种，每种又各有其特点，被广泛应用于不同的领域。

3、感知系统

工业机器人的感知系统是机器人用来把检测到的自身内部环境和外部工作环境的各类信息转化为便于自身理解和应用的数据信息系统。除了检测与自身相关的数据（例如速度，距离，力等）外，机器人还可以通过视觉感知技术和周围环境或其他物体，以控制自己的位置和做出反应。

4、机器人-环境交互系统

机器人-环境交互系统是工业机器人用来协调其自身与外部环境设备进行工作的系统，工业机器人可以使用该系统和外部设备组装成功能单元以执行相应的工作。

5、人机交互系统

人机交互系统是工业机器人与人进行互动的系统，人可以利用此系统对机器人进行控制。计算机终端、控制台等就属于人机交互系统。

6、控制系统

控制系统是根据工业机器人获得的反馈信息和控制指令等对机器人进行支配，并使其完成任务的系统。

二、使用基于工业机器人的自动化技术的典型应用情况探讨

我国是一个工业生产大国，为了提高生产效率和生产过程中的安全性，各种类型的工业机器人在我国各行各业得到了广泛应用，为我国工业的发展做出了巨大贡献。工业机器人的种类分为很多种，下面举例说明：

（一）激光加工机器人

激光加工机器人是一种用于对工件进行激光加工的机器人技术，利用离线方式编程或示教盒对激光机器人进行控制，使其自动检测加工工件并对其进行具体加工。无论是对工件进行表面处理，还是进行磨具修复，或者是打孔，激光加工机器人都可以很好的完成。例如，大众、通用等大型汽车公司在汽车制造过程中大量应用激光加工机器人来进行车身切割，由于激光切割的效率性及高质量，极大的满足了各种客户的多样化需求。

（二）装配机器人

装配机器人可以与其他系统进行配套使用，而且具有精度高和柔顺性好等特点，经常被作为核心设备应用于柔性自动化装配系统中，帮助厂家进行高效、高质量的装配工作。例如在手机及其他各种电器的装配工作中经常可以看到装配机器人对各类组件进行装配，不仅装配的效率和质量较高，厂家还可以根据实际生产情况对装配速率进行实时调控。

（三）喷涂机器人

喷涂工作会给人体带来许多健康方面的问题，而且喷涂工作往往强度较高，而机器人不仅不用担心健康问题，工作效率还很高。所以，现在家具制作、搪瓷、汽车等行业往往会利用喷涂机器人来进行喷涂作业。而且采用密封设计手段制造的关节型喷涂机器人自由度很高，运行十分灵活，经常被用于复杂的喷涂作业中。例如，2018年5月份，国家电网甘肃平凉分公司在搭线的过程中，首次使用喷涂机器人进行绝缘材料的喷涂，在此过程中，喷涂机器人携带绝缘材料沿着电缆以每分钟两米的速度完成喷涂作业。

（四）搬运机器人

搬运机器人在计算机的控制下具有移动、导航、传感器控制等功能，能够准确、稳定地将货物快速运送到目的地，在食品、医疗、纺织、烟草等行业得到了广泛的应用。而且，由于科技的进步，搬运机器人现在还常常在快递行业、机场等进行分拣和运输工作。随着科学技术的发展，搬运机器人的各项性能都在不断提升，在未来将会得到更为广泛的应用 。

三、工业机器人未来应用情况探讨

随着科学技术的发展，工业机器人也将不断发展，在越来越多的领域获得广泛应用。下面举例说明工业机器人在未来可能会被应用的领域：

（一）医用机器人

工业机器人具有稳定性、续航性、精确性强等特点，在医学中的应用在不久后或可以实现。比如说外科手术方面，可以利用计算机或外科医生来进行主导，控制机器人进行手术，或者随着科技的发展医用机器人产生智能后，可摆脱对人的依赖，依靠数据库等利用自身的优势自主进行手术，或许还可以比外科医生更高效、更安全。

（二）水下机器人

未来工业机器人或许可以被应用于复杂的水下环境，进行能源勘探、地形勘探、沉船打捞、水下救援等活动，比如说在沉船打捞方面，由于海上复杂的情况，海底存在着许多沉船，这些沉船大多数具有很高的价值，我们可以利用水下探测机器人去沉船多发地进行探测，探测到结果之后将打捞机器人派遣去打捞，这样，不仅可以极大提高沉船打捞的效率，还可以节约大量人力成本及减少伤亡损失等。

结束语：由于人口众多及制造业的不断发展，我国目前已经成为世界上最大的工业机器人市场，但是巨大的市场利润大多数都被国外厂商所攫取，他们凭借着专利技术控制着工业机器人的价格，赚取了巨额利润。因此，我国应该加大在工业机器人研发领域的投入力度，改善面临的不利状况，利用具有自主知识产权的工业机器人完成效率的提升和成本的下降，促使产业转型升级，并力争在未来工业机器人的应用中占据主导地位。

参考文献：

[1]张玲. 基于工业机器人的自动化生产技术应用[J]. 科技展望， 2017， 27（14）.

[2]刘宝峰. 浅析工业机器人的自动生产线组建技术[J]. 科技创新与应用， 2015（18）：137-137.

[3]李明航. 基于工业机器人的自动化生产技术应用[J]. 智能城市， 2016（4）.

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