机器人在工业中的应用

机器人在工业中的应用

【摘要】

工业机器人以其高效、高质、稳定的特点，在行业中起重要作用。在美国、日本、法国及英国工业中起举足轻重作用。我国也跟随时代发展的脚步，在石油等重工业中有所突破。未来，工业机器人将沿着高智能、小型、结构一体化的方面发展，将更大便捷我们的生活。

关键词：应用、发展、趋势

机器人在在工业领域，主要包括多关节机械手或多自由度的机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的专门系统。因其灵活性高、输出功率大、定位精确的特点，工业机器人被广泛应用于制造业的各个环节。以其高效，高质、稳定的运转工作，工业机器人为所在行业的高效生产和稳定质量起到重要作用。

工业机器人的应用领域主要有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业,具体应用比例见图2所示。国际上工业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔,其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高,功能越来越强,正向着成套技术和装备的方向发展。

1962年，美国研制出世界上第一台工业机器人,因此，美国被成为机器人的诞生地。经过30多年的发展,美国现已成为世界上的机器人强国之一,其机器人性能可靠,全面,精确度高水平高居世界之首。

虽然日本不是第一个发明机器人的国家，但由于二战后日本国内劳动力不足等原因，使日本重视并且依赖于用机器人来代替劳动力，同时颁布一系列扶植政策来推动生产力自动化的发展。基于以上原因，日本一跃成为“机器人王国”。

法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。

而英国的机器人发展史比较曲折，英国政府曾一度对工业机器人实行了限制发展的严厉措施，因而机器人工业一蹶不振。不过由于意识到了错误，近来英国政府转而采取支持态度，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施，使英国机器人开始了在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期。

另外，机器人数量位居世界第三的德国，和拥有一流的机器人制造技术的俄罗斯，也在机器人发展史上占据着很大比重。

我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全

国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂投入运行。1986年3月开始的国家863高科技发展规划已列入研究、开发智能机器人的内容。就目前来看，我们应从生产和应用的角度出发，结合我国国情，加快生产结构简单、成本低廉的实用型机器人和某些特种机器人。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。

工业机器人应用于多个领域。在石油海洋开采领域。

在油气勘探开发领域，中国石化上海海洋石油局使用水下机器人，检测“勘探三号”井平台的清洗工作；胜利油田不仅使用水下机器人进行水下作业，而且使用油罐机器人清理罐；江苏油田油建项目部使用管道内自动防腐机器人作业——它们在电脑遥控下进入管道内行打磨、吸尘并喷涂防腐材料工作，其中喷涂工作可1 分钟内完成，涂层厚度均匀。这款机器人每次作业距离可达1.5 公里。

中国海油在水下作业时使用机器人，将其投入3000 米深的水下并顺利完成测试工作。这一机器人由世界著名水下机器人生产商英国SMD 公司制造，是目前国内作业水深最深、马力最大的水下机器人。

这一机器人由水面母船上的工作人员通过连接潜水器的“脐带”提供动力，通过水下电视、声呐等专用设备进行科学考察活动，通过机械手进行水下作业。专家预测，由于水下环境恶劣，人类的潜水深度有限，这一机器人将成为开发海洋能源的重要工具。

在国外，美国麻省理工学院研制了名为“海洋蜂群”的吸油装置。这一装置由一组小型机器人组成，它们可以评估海洋浮油的状况并进行清理，比使用石油回收船成本低、效率高。与之相比，普遍采用的石油回收船不仅要依附在大型船只上，而且要人工操作，作业易受天气影响。

在炼油化工领域，机器人在生产线上投用。

2012 年3 月，巴陵石化1 万吨/年邻甲酚醛环氧树脂生产线使用全自动化机器人包装产品。这一机器人由哈尔滨哈博实业公司研发，它的包装“风格”整齐规范，效率比人工包装高，符合国际物流中转的标准化要求。这一机器人可以自动切割、缝口，实现不间断作业，拥有能检测并调整包装重量的特殊装置。

此外，合成橡胶自动化码垛装箱机器人在齐鲁石化橡胶厂投用。

长期以来，该厂采用人工码垛方式,不仅耗费大量人力,而且员工劳动强度大。这一机器人装箱设备每小时可完成600 块合成橡胶的装箱任务,最高纪录是 3 分钟装满一箱。它可完成多种型号的国际标准集装箱的作业,每年可节省人工成本48 万元并实现集装箱系统的重复使用，减少公用工程建设以及包装袋塑料降解的费用。

在安庆石化大修期间，他们使用机器人清理总控室的空调通风管道。这一机器人靠四轮驱动、远程遥控，拥有照明、吸尘设备，可以清理员工不易清理的卫生死角。

目前，国内外研究所和企业在研制应对溢油事故的清洁机器人和可以自动焊接、检测管线的工程机器人。

然而，工业机器人不仅应用于传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中。如，水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压线作业机器人、服装裁剪机器人、制衣机器人、管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人、作战机器人、侦察机器人、哨兵机器人、排雷机器人、布雷机器人等军用机器人都广泛应用于各行各业。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣兴旺。

通过网络资料的检索，发现机器人系统是由机器人和作业对象及环境共同构成，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。

机械系统——机器人的机械本体机构基本上分为为两大类：一类是操作本体机构，它类似于人的手臂和手腕，配上各种手爪与末端的操作器后可以进行不同的抓取动作和操作作业，一般的工业机器人都是采用这种基本结构。另一类则为移动形体结构，主要功用是实现移动功能，按移动方式可以分为轮式、履带式、足腿式结构以及蛇形、蠕动、变形运动等机构。该部分的作用相当于人的身体（骨骼、手、臂、腿等）。

驱动系统——驱动系统主要指驱动机械系统动作的驱动装置。机器人本体机械结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，伺服控制器的作用是使驱动单元驱动关节并带动负载朝减少偏差的方向动作。根据驱动源的不同，驱动系统可分为电气、液压、气压三种遗迹把他们结合起来应用的综合系统。该部分的作用相当于人的肌肉。

控制系统——控制系统的任务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，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。如果机器人不具备信息反馈特征，则该控制系统称为开环控制系统，反之，则称为闭环控制系统。该部分主要由计算机硬件和控制软件组成。软件主要由人与机器人进行联系的人机交互系统和控制算法等组成。该部