从机器人五大领域出发谈工业机器人发展趋势

工业机器人由机械本体、控制系统、驱动与传动系统和传感器组件等基本部分组成。是应用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机械装置，能自动执行工作，靠自身动力和控制能力来实现设计功能的装置。机器人的主体为机座和执行机构，主要包括臂部、腕部和手部，有的带有行走机构。既可接受人类指挥，也可按照预先编排的指令程序运行，先进的工业机器人能够根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。


自20世纪60年代初机器人问世以来，机器人技术经历了不断的发展，已取得了实质性的进步和成果。主要体现在如下几个方面：


（1）提高生产过程的自动化程度 应用机器人，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。


（2）改善劳动条件、避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机器人即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机器人代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。


（3）减少人力，便于有节奏的生产 应用机器人代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机器人可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机器人，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。


目前，世界上有百万多台工业机器人正在各种生产现场工作；在非制造领域，上至太空舱、宇宙飞船，下至极限环境作业、日常生活服务，机器人技术的应用已拓展到社会经济发展的诸多领域；传统制造领域，工业机器人经过诞生、成长、成熟期后，已成为不可或缺的核心自动化装备。


（1）热加工生产中的工业机器人 工业机器人在铸造生产中应用广泛，涉及铸造、喷砂处理、喷丸清理及铸件运输等几乎所有环节。


工业机器人在铸造生产中所完成的基本功能包括：从机器的工作区域取出铸件；依次将铸件移送到检测位置，进入冷却装置；放入切边机的压模中；从压模中拿走，分放在包装箱中；将芯放到铸造砂型中并浇注金属。用于铸造生产中的工业机器人应具有特殊的结构形式，以防止周围介质的作用；如控制柜、控制台、导轨以及摩擦表面的密封，将控制系统布置在独立单元中等。铸造生产中的工业机器人正朝着运行的快速性及可靠性方向发展。


（2）冷加工设备中的工业机器人 工业机器人在锻压设备生产中涉及的应用领域包括：用于曲柄压力机、模压曲柄弯管机、螺旋压力机等。


在锻压生产中应用的工业机器人，其基本功能包括：从规定位置夹持毛坯；移送到工作位置；从一个位置转放到另一个位置（其中包括转动）；取下成品件并将其放到包装箱中；抓放废料；发出控制机器人技术综合装置的指令等。


（3）金属切削机床用的工业机器人 在柔性生产单元、柔性制造系统中，采用工业机器人辅助生产是最有成效的方法。目前，具有基本组合模块结构的金属切削机床用工业机器人已经得到广泛的应用。


金属切削机床用的工业机器人所完成的基本功能包括：在机床工作空间内安装事先已经定向的毛坯；从机床上取下零件并放入包装箱（贮料器）中；必要时翻转零件，清洗零件及夹具的基准面；控制装置发出工艺指令；检测零件等。当采用辅助装置和坐标循环台、升降平台等机构时，可以扩大工业机器人的功能。


（4）装配用工业机器人 在装配生产中的工业机器人，既可为自动装配机服务，又可直接用来完成大批量零件装配作业。


装配作业包括堆垛、拧螺丝、压配、铆接、弯形、卷边、胶合等。为实现工业机器人操作必须保证基本功能的实现：如在垂直方向上手臂应该能作直线运动；机器人结构在沿垂直轴方向上要有足够高的刚度，能够承受在装配方向上产生相当大的作用力；机器人有补偿定位误差的可能性，即结构的柔顺性，如依靠在垂直于装配基本方向的平面上结构的柔顺性；工作机构能作高速运动。当考虑上述基本功能要求时，装配工业机器人合理的结构应该是带有在水平面上铰接的工作手臂，并具有垂直行程的工作机构。工业机器人的承载能力不应超过极限值，并且，机器人应具有很灵活的、较大的工作空间以及紧凑的结构。


（5）金属电镀设备用的工业机器人 金属电镀设备用的工业机器人主要用于在电镀槽上的服务及涂漆作业。涉及的应用领域包括：电镀法涂层、化学法涂层、阳极机械法在零件上涂层等。目前，提高金属电镀机器人操作机的移动速度、提高电传动的劳动生产率、减少金属消耗量、减少生产过程所占的工作面积等是该类工业机器人的发展方向。


同样，在工业机器人研究领域，学者们正朝着模糊控制、智能化、通用化、标准化、模块化、高精化、网络化及自我完善和修复能力等方向进行研发。


（1）模糊控制和智能化 　模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。对于复杂的系统，由于变量太多，用传统控制模型难以正确描述系统的动态，此时便可以用模糊数学来处理这些控制问题。未来机器人的特点在于其具有更高的智能。随着计算机技术、模糊控制技术、专家系统技术、人工神经网络技术和智能工程技术等高新技术的不断发展，工业机器人的工作能力将会突破性的提高及发展。


（2）通用化、标准化、模块化　工业机器人的组件及构件实现通用化、标准化、模块化是降低成本的重要途径之一。


（3）高精化　随着制造业对机器人要求的提高，开发高精度工业机器人是必然的发展结果。


（4）网络化　目前应用的机器人大多仅实现了简单的网络通讯和控制，如何使机器人由独立的系统向群体系统发展，使远距离操作监控、维护及遥控是目前机器人研究中的热点之一。


（5）自我完善和修复能力　机器人应该具有自我修复的能力，才能更好地避免因为突发状况导致的生产停顿。当出现错误指令时应该自己进行报警或调试；当元器件损坏时可以自我进行修复。