工业机器人的应用和发展趋势

-370-工业机器人的应用和发展趋势

无锡工艺职业技术学院 郁 晗

【摘要】随着科技进步，工业机器人的应用也不断增大，不同行业对于工业机器人的要求不同，因此很有必要对工业机器人进行深入的研究和分析，这将能够很大的提高其社会生产效率。

【关键词】工业机器人技术；发展现状；发展趋势

0.引言

工业机器人出现于20世纪60年代，并在不断升级发展着。由于工业机器人是结合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科相互交互而形成的高新科技，在当代的研究非常的活跃。由于机器人不怕苦、不怕累，他们能够长期从事单调、重复的体力劳动,并能够在更复杂的领域替代人工作业。

据悉，世界工业机器人行业4大巨头瑞士ABB、日本FANUC发那科、日本YASKAWA安川电机、德国KUKA库卡都在中国设立了分公司，连同其他进口品牌，在中国市场的占有率达到8成以上。

作为世界上最大的制造业国家，中国市场对机器人产业意义重大。根据IFR(国际机器人联盟)的研究，到2014年，全球每年新安装工业机器人将达到16.67万台，届时我国工业机器人年装机量将超过日本，达到近3.2万台，将占到世界总量的20%。

1.工业机器人概念、组成、分类、技术前景

1.1 工业机器人的概念

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。从工业机器人的用途而言，其主要完成的是通过计算机来控制机器人的自主自动化控制系统。

1.2 工业机器人的组成

工业机器人的主要是由三大部分组成：机器人主体、驱动管理、计算机控制系统。具体而言，机器人主体是机器人所需要的操作机械，例如机械手腕、机械臂部、行走设备等，这是构成机器人运行的主体。驱动管理部件主要功能是将计算机控制命令转化成为机械语言，进而实现。控制系统是按照输入流程，对驱动程序、执行机构发出指令信息，并对其进行信息控制。

图1、2为一个工业机器人机械手和其工作

原理图

图1 机械手系统

如图1所以，机械手系统由三套伺服器和

伺服电机组成，分别为X、Y和Z轴，控制板卡

上有三路脉冲+方向输出，可以单独对X、Y和Z

轴进行控制。其中Z轴处于垂直位置，为防止

掉电在重力作用下掉下来，需使用带抱闸的电

机。

图2 伺服驱动器工作原理图

伺服驱动器工作在位置模式，以X轴为

例，系统原理图如图2所示。通过脉冲控制卡

的脉冲输出来控制伺服电机，方向信号控制电

机的运转方向。 Y轴Z轴与X轴控制原理相同。

1.3 工业机器人的分类

(1)移动机器人(AGV)

移动机器人(AGV)是工业机器人的一种类

型，它由计算机控制，具有移动、自动导航、

多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应

用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、

造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用

于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配

系统(以AGV作为活动装配平台)；同时可在车

站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。

(2)点焊机器人

点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工

作，生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国

际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期

合作关系，向各大型汽车生产企业提供各类点

焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产

线配套形式进入中国，在该领域占据市场主导

地位。

(3)激光加工机器人

激光加工机器人是将机器人技术应用于

激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加

柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行

在线操作，也可通过离线方式进行编程。该系

统通过对加工工件的自动检测，产生加工件的

模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数

据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打

孔、焊接和模具修复等。

1.4 工业机器人的经济效益

工业机器人是现代工业自动化发展到一定

阶段的必然产物，它主要基于计算机自动化控

制和电子物理相互结合。

采用工业机器人还有如下优点：第一，

改善劳动条件，逐步提高生产效率；第二，更

强与可控的生产能力，加快产品更新换代；第

三，提高零件的处理能力与产品质量；第四，

消除枯燥无味的工作，节约劳动力；第五，提

供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，

减少劳动风险；第六，提高机床；第七，减少

工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存；

第八，提高企业竞争力。

2.我国机器人技术的发展

2.1 国内工业机器人的现状

我国工业机器人起步比较晚技术与国外的

相比还是有着一定的差距。虽然我国在某些关

键技术上有所突破,但还是缺乏整体核心技术

的突破，具有中国知识产权的工业机器人则很

少。目前我国工业机器人技术水平不是很高，

特别是在制造工艺与装备方面，不能生产高精

密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较

大进展的机器人技术有：数控机床关键技术与

装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智

能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关

技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装

配、搬运、包装、激光加工、检验、真空、自

动导引车等的工业机器人产品，主要应用于汽

车、摩托车、工程机械、家电等行业。

2.2 制约我国工业机器人的因素

制约我国机器人技术发展的瓶颈是市场，

换句话说，就是对机器人的应用需求。工业机

器人发展长期以来受限于成本较高与国内劳动

力价格低廉的状况，随着中国经济持续快速的

发展，近几年的国民生产总值年平均增长率更

是保持在9%左右，人民生活水平不断地提高，

劳动力供应格局已经逐步从“买方”市场转为

“卖方”市场、由供远大于求转向供求平衡。

作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温

饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的

要求。这些情况使得许多劳动密集型企业为了

提高劳动生产率所采用的增加工人数量、延长

工人劳动时间的方法变得成本高昂，同时也受

到法律的限制和政策的阻碍。无论是企业还是

社会都认识到必须采取从改善机器设备入手，

提高技术和资金的密集度来减少用工量以应对

这种改变。总之，劳动力过剩程度降低、单个

工人成本上升、对产品质量更高的要求、国家

对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使

用环境，工业机器人及技术在中国已逐步得到

了政府和企业的重视。随着机器人知识的广泛

普及，人们对于各种机器人的了解与认识逐步

深化，利用机器人技术提升我国工业发展水

平、从制造业大国向强国转变，提高人民生活

质量成为全社会的共识。

2.3 如何解决制约我国工业机器人的因素

一是随着我国经济的快速发展，中国机

器人界要能提供质量稳定可靠，价格适宜的各

类机器人商品,要做到这一点，产业化是提高

质量、降低成本的必由之路，是扩大市场销售

(包括出口)量的前提，而现时，中国机器人的

产业化还有一段路程要走。

二是有关各方(包括主管部门和企业界)

要加深工业机器人对稳定提高工业产品质量和

劳动生产率、快速满足商品更新换代要求的突

出作用的认识。才能有决心在工业机器人这一

高新技术领域采取“高投人高产出”的战略措

施。

三是要解决用好机器人的问题，主管部门

除继续鼓励机器人研制生产单位和用户紧密结