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。基于此，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?，人工智能技術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部傳感器模塊。有了上述模塊的加持，部分人工在調節(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?，F(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://12-baidu.cn/w/kj/30978.html