工業(yè)機器人技術在智能制造領域中的運用研究

前言：

科技與經(jīng)濟的結合衍生出了一大批的先進技術，其中便包含了工業(yè)機器人。而工業(yè)機器人的出現(xiàn)不僅為制造領域的發(fā)展帶來了諸多新的發(fā)展優(yōu)勢，更是極大優(yōu)化了制造業(yè)的工作效率。然而，時至今日仍有不少企業(yè)及工作人員因從未親眼見證而沒能意識到工業(yè)機器人的應用價值，以致日常工作也鮮少與工業(yè)機器人打交道，更遑論加大對工業(yè)機器人的研發(fā)力度，這便是導致工業(yè)機器人目前與制造業(yè)融合程度較差的主要原因之一。對此，為改善以上狀況，除了要持續(xù)加強對工業(yè)機器人技術的研究力度外，加大對工業(yè)機器人技術的推廣也是十分重要。只有讓工業(yè)領域的參與者全面意識到工業(yè)機器人的效用價值，才能提升其在我國制造領域中的應用成效，繼而在推動我國制造業(yè)的不斷發(fā)展同時也提高我國的綜合國力?；诖?，本文將圍繞工業(yè)機器人的概念及其應用優(yōu)勢展開詳盡說明，以期為機器人技術于我國制造領域的合理運用起到有力的推動效果。

一、 工業(yè)機器人及智能制造的內(nèi)涵

（一）工業(yè)機器人的運作過程

工業(yè)智能化發(fā)展的標志之一便是智能機械。而所謂的智能機械，也便是我們俗稱的機器人，其運行機制除了對人類思維行動的模仿外，也包含了一系列的能力意識，譬如發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等。與此同時，基于機械裝置本身在操作的精細程度方面便是人力所無法比擬的。因此，人類通過指揮機械裝置，諸多此前難以完成的高精度與高風險的技術難題也能迎刃而解。誠然，人類智能化時代開啟的標志也必然有智能機械的身影。不僅如此，就從當前的社會經(jīng)濟發(fā)展角度來看，此前在工業(yè)生產(chǎn)中便經(jīng)常出現(xiàn)因人為操作失誤而導致的安全事故，而如今運用智能機器人便可有效解決這些問題。此外，工業(yè)機器人還擁有以下特征：其一便是工業(yè)機器人的“大腦”，也便是自動控制程序，其主要作用便是對工業(yè)機器人的身體機能及內(nèi)部功能進行支配；其二為身體，也就是工業(yè)機器人的形態(tài)和結構。由于工業(yè)機器人在類型上存在差異，因此其身體部位也具有較大的區(qū)別；其三是動作能力，這項功能是工業(yè)機器人完成預設任務的關鍵，如今最常見的形式有多關節(jié)機器手與自由機械裝置等，而運用最為廣泛者當屬焊接機器人，汽車制造領域正是仰仗該項技術實現(xiàn)了工作效率的飛速提升，并且焊接工作的質(zhì)量也能得到有效保障。而最早的運用當屬電子商務領域，彼時的倉儲物流貨幣分揀及搬運便充分彰顯了工業(yè)機器人的積極作用。

（二）智能制造

從本質(zhì)上來看，所謂的機械制造，也便是人類專家協(xié)同智能機械所構建出的人機一體化智能系統(tǒng)。其中，智能機械最主要的作用便是在人類專家進行決策、推理、分析以及判斷等智能活動時為其提供必要的輔助。而如今，國內(nèi)外學者對智能制造的研究主要集中在兩方面：一是智能制造技術；二是智能制造系統(tǒng)。隨著社會科技的不斷發(fā)展，我國所掌握的智能制造系統(tǒng)也愈發(fā)完善，如今的智能制造系統(tǒng)不僅能獨立完成信息數(shù)據(jù)的搜集，還能對自身的路徑行為予以科學規(guī)劃。不僅如此，如今的智能制造行業(yè)因數(shù)字化技術的加入又迎來了新一輪的發(fā)展機遇。有了工業(yè)制造核心技術的加持，傳統(tǒng)制造行業(yè)所面臨的技術問題均能迎刃而解。譬如專家系統(tǒng)技術便很好地解決了工程設計生產(chǎn)中的諸多問題；生產(chǎn)調(diào)度的諸多問題也在神經(jīng)網(wǎng)絡及模糊控制技術的作用下得到了合理優(yōu)化?？梢姡斯ぶ悄芗夹g在解決特別復雜與不確定的問題方面確有其獨到之處。

二、工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成

工業(yè)機器人主要由機械結構系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及人機交互系統(tǒng)4個部分構成。

（一）機械結構系統(tǒng)

一般情況下可以將工業(yè)機器人的結構分為兩類，分別為并聯(lián)與串聯(lián)。其中，并聯(lián)結構的工業(yè)機器人因僅是在某個單一的軸上運行，故當其運動時，其他軸坐標原點不會產(chǎn)生變化；采用串聯(lián)結構的工業(yè)機器人由于各個軸之間都有關聯(lián)，因此在運動過程中，其他軸也會產(chǎn)生坐標原點變化。在早期的工業(yè)機器人設計中，多采用串聯(lián)結構，之后為了克服串聯(lián)結構的一些不足，開始逐漸向并聯(lián)結構轉型升級。與串聯(lián)結構相比，并聯(lián)結構擁有更強的剛性和更高的生產(chǎn)精度。隨著近年來科技的發(fā)展，如今的機械結構系統(tǒng)除了包含底座與臀部、手腕、手臂等促動器外，部分機器人還裝上了行走裝置并能完成3-6個動作。

（二）感知系統(tǒng)

感知系統(tǒng)的應用使得工業(yè)機器人的工件識別、產(chǎn)品擺放及質(zhì)量檢測等功能得到了進一步的優(yōu)化，故使得產(chǎn)品的總體質(zhì)量也得到了有效提升。而工業(yè)機器人的感知系統(tǒng)之所以具備極高的智能化程度與極強的運動性能，關鍵便在于其感知系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別是外部傳感器模塊及內(nèi)部傳感器模塊。有了上述模塊的加持，部分人工在調(diào)節(jié)和處理時容易被忽略的信息，工業(yè)機器人也能全面捕捉，這樣便能進一步降低各種意外事故的發(fā)生概率。

（三）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)作為實現(xiàn)工業(yè)機器人運作的核心，其主要由人工智能控制同、自適應系統(tǒng)與程序控制系統(tǒng)三個部分組成。基于控制系統(tǒng)設定的指令，驅動系統(tǒng)及執(zhí)行器在接收到系統(tǒng)指令后，便會依照預先設定好的控制程序，保質(zhì)保量地完成各項任務。此外，基于不同的控制運動方式，還可以分別實現(xiàn)工業(yè)機器人的連續(xù)軌跡控制和點控制。

（四）人機交互系統(tǒng)

要想實現(xiàn)操作人員與計算機之間的信息交流，就必須工業(yè)機器人添加人機交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)中囊括了多種人工智能和計算機科學技術，可以幫助操作人員更好的對工業(yè)機器人進行操控。加入了人機交互系統(tǒng)的工業(yè)機器人在靈活性與可操作性上都有很大的提升。此外，經(jīng)由人機交互系統(tǒng)進行人工操作工業(yè)機器人，可以促使工業(yè)機器更加精準有效的完成企業(yè)生產(chǎn)任務，同時提升完成任務的精細度。

三、工業(yè)機器人在智能制造中的應用優(yōu)勢分析

自我國于2015年提出了智能制造布局以后，與工業(yè)機器人相關的技術理論便開始愈發(fā)豐富，這不僅提升了工業(yè)機器人的綜合水平，也讓各行業(yè)部署的工業(yè)機器人數(shù)量及種類均發(fā)生了巨大改變。從我國工業(yè)和信息化部門于2015年公布的智能制造試點示范項目名單中便可得知，在入圍的46個智能制造試點示范項目中總共涉及了38個行業(yè)及6個類別，覆蓋范圍可謂極其寬廣。而最終實踐也表明，未來制造業(yè)的發(fā)展趨勢必將以人工智能為主，而工業(yè)制造業(yè)要想實現(xiàn)自動化、數(shù)字化與智能化，也必將以智能創(chuàng)造為基礎條件。通過對智能制造試點示范項目近年來于工業(yè)制造領域的應用情況可知，其在工業(yè)制造領域中的具體運用具體彰顯出了以下優(yōu)勢：

（一）靈活性高

工業(yè)機器人執(zhí)行的每一個動作均預先設定好了相應的參數(shù)，指代接收到相應的指令便會自主完成指令所對應的動作。不同于人類的身體構造，機器人的主體可以根據(jù)具體工作所需而設計為不一樣的外形。就現(xiàn)階段而言，我國工業(yè)生產(chǎn)活動中運用最為普遍的工業(yè)機器人便是機械臂，而機械臂從事的主要工作便是物體搬運與產(chǎn)品制造。不僅如此，應不同工種的需求，工業(yè)機器人還分為了焊接機器人與運輸機器人，這些機器人投入生產(chǎn)均僅需操作社設定簡單指令便可迅速完成對應工作，這與傳統(tǒng)的人工操作及機床加工模式相對比無疑更加靈活。

（二）生產(chǎn)效率高

工業(yè)機器人最顯著的優(yōu)點之一便是能解放大量的勞動力并且能提升工作成效，以此便可幫助工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約大筆的生產(chǎn)成本。就以運輸機器人為例。現(xiàn)實中搬運大規(guī)模設備的工作對每一名工作人員而言均具有極高的工作難度，過程中稍有不慎便可能導致人員及機械設備受到損害。而運輸機器人不僅能解決上述問題，且作業(yè)過程既不會感到疲累，亦不會產(chǎn)生超負荷工作的缺陷問題。只要電量充分，機器人便可無休止的持續(xù)工作，實現(xiàn)了持續(xù)化的工作目標。

四、智能制造中的工業(yè)機器人應用方向

（一）液晶面板

利用工業(yè)機器人設計液晶面板，可以為新時代工業(yè)智能化的發(fā)展提供技術支撐，真正滿足自動化行業(yè)的發(fā)展需求。從實際應用的角度來看，液晶面板可以使用BC系統(tǒng)操作機械臂來執(zhí)行選擇和放置等任務。該系統(tǒng)的總體設計也稱為FabAuto，是一個以計算機為核心的自動化智能工業(yè)控制系統(tǒng)。一方面，該系統(tǒng)的功能可以定期補充信息傳輸、信息收集和流程控制等基本業(yè)務設施。一方面，系統(tǒng)設計滿足了新時代工廠自動化發(fā)展的需要，有效地控制了工廠自動化帶來的安全風險。不僅如此，從長遠發(fā)展來看，基于工業(yè)機器人的液晶面板設計有著非常廣闊的發(fā)展空間。它可以根據(jù)不同領域的技術要求自動調(diào)整參數(shù)，明智地選擇半自動或全自動模式，提高機器人應用的綜合水平。它是目前中國智能制造領域最先進的技術之一。

（二）裝配領域

  一直以來，裝配領域便對工作的精細度有著極高的要求，加之零部件裝配又較為復雜性，故傳統(tǒng)的制造方法即便需要耗費大量的人力成本也難以確保良好的工作質(zhì)量。一旦操作不當，不僅會對整體的工作效率造成影響，嚴重者還會導致巨大的經(jīng)濟損失。而裝配機器人具有安裝精度高、應用靈活性強以及耐用性高等優(yōu)勢，可以完美適應汽車精細部件以及電子零件安裝等工作，這也是導致該項工作如今的人力作業(yè)部分逐漸被工業(yè)機器人所取代的重要原因。

（三）打磨和拋光

智能制造領域通常是以打磨或拋光等方式來保證產(chǎn)品質(zhì)量。而基于過往的產(chǎn)品打磨及拋光產(chǎn)品均是以人工的方式進行，故不僅會消耗大量精力，且因人工操作的精細度也遠不如工業(yè)機器，故在產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量方面也無法與工業(yè)機器人相比。不僅如此，工業(yè)機器人于現(xiàn)實中的適應性也非是人工所能企及，如工業(yè)機器人在水利領域中的運用便能解決過往人工所難以將誒絕的現(xiàn)場工作難題；如在智能生產(chǎn)制造中，通常需要對產(chǎn)品進行打磨和拋光處理。傳統(tǒng)的人工操作模式需要消耗大量的精力，需要掌握的工作內(nèi)容和工作要求比較復雜，而直接運用工業(yè)機器人處理，既能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)制造的高質(zhì)量要求，又可以保障現(xiàn)場工作人身財產(chǎn)安全。除此之外，工業(yè)機器人也可以用在水利領域中，其能方便處理現(xiàn)場工作難題。比如，在水輪機的維護和生產(chǎn)過程中，目前對拋光和拋光技術的要求得到了相應的發(fā)展和提高。不正確操作的風險很高，很容易導致安全事故。使用工業(yè)機器人可以解決上述問題，控制成本，降低安全事故的可能性。除上述之外，工業(yè)機器人的拋光工藝還可以用于去除金屬片和花崗巖等各種材料。

（四）焊接

智能制造中最重要的內(nèi)容之一就是焊接，其中包含了大量的知識技術，在生產(chǎn)制造過程中發(fā)揮著重要作用。如今，焊接機器人在應用中經(jīng)常使用遺傳算法、群體形成算法等方法。得益于科學的分析，機器人的工作時間表得到了保證，優(yōu)化和創(chuàng)新也基于特定的問題。同時，為了進一步確保焊接質(zhì)量，研究人員結合人工智能進行了一系列深入的探索研究，重點根據(jù)實際生產(chǎn)需求來制定相應的焊接強度參數(shù)，并建立起相關的實驗模型，使焊接工作的準確性得到進一步的提升。

五、智能制造領域中工業(yè)機器人技術的優(yōu)化措施

（一）不斷提升工業(yè)機器人的智能化程度

提升工業(yè)機器人智能化程度，能夠更加有效的提升工業(yè)機器人的應用水平與應用效率。為此，相關單位和技術人員要結合實際生產(chǎn)需要，通過優(yōu)化工業(yè)機器人芯片算法、加大研發(fā)投入等方式對工業(yè)機器人的智能化程度進行不斷的提升。

（二）建立健全工業(yè)機器人技術管理機制

根據(jù)現(xiàn)階段我國智能制造領域對于工業(yè)機器人的應用管理情況而言，還有很多需要相關工作人員繼續(xù)加以完善的地方。例如，在實際生產(chǎn)應用中，技術人員要根據(jù)企業(yè)企業(yè)實際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品質(zhì)量要求以及市場需求情況等來對工業(yè)機器人管理制度進行修改和完善，以保證智能制造生產(chǎn)中能夠更有有效的應用工業(yè)機器人技術。

（三）進一步強化信息技術的作用

現(xiàn)階段國內(nèi)大多數(shù)制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中雖然應用了工業(yè)機器人技術，但同時還是要輔以大量的人工操作。從工業(yè)機器人近年來的發(fā)展情況可以看出，其發(fā)展速度是與計算機信息技術的有著非常緊密的關系?，F(xiàn)階段，國內(nèi)已經(jīng)很多制造企業(yè)都逐步采用了智能制造模式，但在具體應用中仍然沒有將工業(yè)機器人信息系統(tǒng)的作用進行有效的發(fā)揮。基于此，相關工作人員在實際工作中要緊密結合市場需求和產(chǎn)品生產(chǎn)要求，進一步提高信息技術應用水平，提高工業(yè)機器人產(chǎn)品性能，才能讓工業(yè)機器人的實際應用更好的滿足企業(yè)生產(chǎn)需要。除此以外，工業(yè)機器人技術人員還需要在對工業(yè)機器人產(chǎn)品性能進行全面了解之后，通過制定有效的控制策略來實時監(jiān)控工業(yè)機器人的運行狀態(tài)。

結語：

總而言之，工業(yè)機器人技術在智能制造領域有著極其重要的作用，在智能制造領域中加強對工業(yè)機器人技術應用能夠幫助企業(yè)大幅降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率等。在實際應用工業(yè)機器人技術的過程中，還應該加大對工業(yè)機器人技術的研究和開發(fā)力度，提高工業(yè)機器人的智能化水平，使機器人在智能制造領域中發(fā)揮出更大的作用。

文章來源：  《上海輕工業(yè)》   http://m.12-baidu.cn/w/kj/30978.html