浅谈工业机器人在智能制造中的应用

浅谈工业机器人在智能制造中的应用

摘要：随着德国“工业4.0”，“中国制造2025”等概念的到来，智能制造

已经成为当今制造业的发展趋势。工业机器人是集机械、电子、计算机、传感器、人工智能、控制技术等多学科先进技术于一体的复杂智能机器。能够帮助企业对

生产线进行提前预估，有效地提高生产过程的智能化，缩短生产制造周期。本文

主要结合自身工作实践，对工业机器人在智能制造现状及发展进行分析。

关键词：工业机器人；智能制造；现状；应用

随着智能制造在自动化领域的不断深入，机器人得到广泛的应用。工业机器

人的应用表明我国的智能制造技术水平正在不断提高。

50 年代末，机械制造技术进入了现代制造技术阶段，60 年代末，机床的数

控技术实现了机床加工过程的自动化，这就是最初的直接数字控制技术( DNC) ，然后出现了加工中心和柔性制造系统 ( FMS) ，实现了在生产过程中自动化取代

体力劳动。到了80 年代，计算机集成制造系统( CIMS) 在制造工艺中取代了部

分脑力劳动。80 年代末，激烈的全球市场竞争对制造系统提出了更高的要求，

要求制造系统可以在确定性受到限制的或没有先验知识的、不能预测的环境下，

根据不完全的、不精确的信息来完成拟人的制造任务。工业机器人是综合机械、

电子、计算机、传感器、人工智能、控制技术等多种学科先进技术于一体的复杂

智能机器。将工业机器人应用在智能制造业中，不仅可以提高劳动生产率、保证

产品质量，而且能够缩短生产准备周期和改善劳动条件。工业机器人具有重复精

度高、可靠性好、适用性强等优点，广泛应用于汽车、机械、电子、物流等行业，已被证明是当前最高效的生产工具。

1 工业机器人的组成与技术参数

工业机器人系统是由工业机器人和作业对象及环境共同构成的，其中包括机

器人机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统四大部分。

（1）机械系统。工业机器人的机械系统包括机身、臂部、末端执行器，构成一个多自由度的机械系统。末端执行器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是手爪式、喷漆枪、焊枪等作业工具

（2）驱动系统。工业机器人的驱动系统是指驱动操作机运动部件动作的装置，也就是机器人的动力装置，驱动装置主要是驱动机械系统动作的。驱动源的执行部件大多安装在操作机的运动部件上，所以要求它的结构小巧、重量轻、工作平稳。电气驱动系统是工业机器人中应用最普遍的，可以分为步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机三种驱动形式。

（3）控制系统。工业机器人的控制系统相当于机器人的“大脑”，它操纵机器人是通过各种控制电路硬件和软件的结合，并协调机器人与生成系统中其他设备的关系。控制系统主要是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号来完成任务，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。本论文采用的运动控制器是系列运动控制器。

（4）感知系统。感知系统主要是通过获取信息而向控制系统进行反馈的。这个过程主要通过内外部传感器获取机器人内外部环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。对于各关节位置、速度等变量是通过内部状态传感器获取的，而对外部环境状态的获取是通过外部传感器获得，外部传感器可使机器人以灵活的方式对它所处的环境作出反应，赋予机器人以一定的智能。

工业机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作，机器人的主要技术参数有自由度、定位精度、重复定位精度、工作范围等。

工业机器人是工业智能化发展的一项总要举措，其能够模范人类的思维、行动，通过机器装置设定接受人类指挥，从而完成高风险、高精度的操作，这也预示着人工智能化的到来。从当前社会发展来看，机器人的应用范围不断扩大，从最早的工业生产，已经涉及到仓储物流、家居智能等多个方面。比如：焊接机器人、移动机器人、激光加工机器人等等，我国对于焊接机器人的应用较为成熟，常见于汽车制造中，焊接机器人能够实现人工操作的电焊、弧焊等技术标准，并且工作速度快、效率高，能够提高焊接整体质量。而移动机器人最早得利于電子

商务的迅速发展，在仓储物流货物分拣、搬运等方面发挥了一定的价值，在后续

创新与完善下之间应用到一些地处偏僻、辐射较大、不利于人工操作的变电站所

的相关工作中。

工业机器人在我国企业中的应用主要体现在以下两个大的方面。一方面是机

器人能够在恶劣环境中正常工作，比如：真空焊接、高温热处理、锻造冲压等。

机器人能够胜任一些精密度要求比较高的工作，比如：微米级或者原子级的加工

工艺。另一方面随着企业数量不断的增加，对于工人的需求量也在不断增加，而

相对的人力劳动力是有限的，因此很多生产线上的工作就可以使用机器人来代替，从而大大减少了人力、物力方面的成本。根据相关调查显示，在我国目前智能制

造中对于工业机器人的应用依据功能不同可以划分为自动拆捆、自动贴签、自动

取样以及无人行车等四个角度，并且还在不断的扩大，已覆盖了智能制造的大部

分领域。

2.工业机器人在数控机床中的应用

在现代工业生产中，机器人可以应用在各种生产活动中，既可以是不相同

的单品生产线，也可以是不同生产规模的柔性生产线。在这些生产线上广泛应用

工业机器人可以提升工作效率、改善工作环境，减少对原材料的浪费，降低工业

生产的成本。例如：机器人可以实现和不同类型数控机床的连接，从而可以按照

不同要求来进行生产，为打造柔性生产线打下良好的基础。在一些制造企业中，

加工工件的生产线主要包括卧式加工中心和机器人两大部分，而工业机器人则主

要负责工件的搬运任务，通过扫描系统，控制器可以根据机器人的扫描结果来判

断何时运输工件。工业机器人还可以使用视觉传感器来进行精确定件，实现工件

的运输任务。在整个过程当中，不需要人员的参与，实现了完全的智能化制造，

体现出了工业机器人工作高效率、高精度以及高度一致性的优点。

3.工业机器人在汽车制造中的应用

工业机器人在汽车制造业中的应用十分广泛，主要应用于搬运、焊接、喷涂

以及整车装配等方面。首先是搬运，在自动化机床进行工件装卸过程中，机器人

可以做到准确、快速的抓取到所需零部件，并在不损坏零部件的情况下进行精准