工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在智能制造領(lǐng)域中的運(yùn)用研究

前言：

科技與經(jīng)濟(jì)的結(jié)合衍生出了一大批的先進(jìn)技術(shù)，其中便包含了工業(yè)機(jī)器人。而工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)不僅為制造領(lǐng)域的發(fā)展帶來了諸多新的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，更是極大優(yōu)化了制造業(yè)的工作效率。然而，時(shí)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(shí)到工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值，以致日常工作也鮮少與工業(yè)機(jī)器人打交道，更遑論加大對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)力度，這便是導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人目前與制造業(yè)融合程度較差的主要原因之一。對(duì)此，為改善以上狀況，除了要持續(xù)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究力度外，加大對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的推廣也是十分重要。只有讓工業(yè)領(lǐng)域的參與者全面意識(shí)到工業(yè)機(jī)器人的效用價(jià)值，才能提升其在我國(guó)制造領(lǐng)域中的應(yīng)用成效，繼而在推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的不斷發(fā)展同時(shí)也提高我國(guó)的綜合國(guó)力?；诖?，本文將圍繞工業(yè)機(jī)器人的概念及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)展開詳盡說明，以期為機(jī)器人技術(shù)于我國(guó)制造領(lǐng)域的合理運(yùn)用起到有力的推動(dòng)效果。

一、 工業(yè)機(jī)器人及智能制造的內(nèi)涵

（一）工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)作過程

工業(yè)智能化發(fā)展的標(biāo)志之一便是智能機(jī)械。而所謂的智能機(jī)械，也便是我們俗稱的機(jī)器人，其運(yùn)行機(jī)制除了對(duì)人類思維行動(dòng)的模仿外，也包含了一系列的能力意識(shí)，譬如發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等。與此同時(shí)，基于機(jī)械裝置本身在操作的精細(xì)程度方面便是人力所無法比擬的。因此，人類通過指揮機(jī)械裝置，諸多此前難以完成的高精度與高風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)難題也能迎刃而解。誠(chéng)然，人類智能化時(shí)代開啟的標(biāo)志也必然有智能機(jī)械的身影。不僅如此，就從當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dǎo)致的安全事故，而如今運(yùn)用智能機(jī)器人便可有效解決這些問題。此外，工業(yè)機(jī)器人還擁有以下特征：其一便是工業(yè)機(jī)器人的“大腦”，也便是自動(dòng)控制程序，其主要作用便是對(duì)工業(yè)機(jī)器人的身體機(jī)能及內(nèi)部功能進(jìn)行支配；其二為身體，也就是工業(yè)機(jī)器人的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。由于工業(yè)機(jī)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(dòng)作能力，這項(xiàng)功能是工業(yè)機(jī)器人完成預(yù)設(shè)任務(wù)的關(guān)鍵，如今最常見的形式有多關(guān)節(jié)機(jī)器手與自由機(jī)械裝置等，而運(yùn)用最為廣泛者當(dāng)屬焊接機(jī)器人，汽車制造領(lǐng)域正是仰仗該項(xiàng)技術(shù)實(shí)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(yùn)用當(dāng)屬電子商務(wù)領(lǐng)域，彼時(shí)的倉(cāng)儲(chǔ)物流貨幣分揀及搬運(yùn)便充分彰顯了工業(yè)機(jī)器人的積極作用。

（二）智能制造

從本質(zhì)上來看，所謂的機(jī)械制造，也便是人類專家協(xié)同智能機(jī)械所構(gòu)建出的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)。其中，智能機(jī)械最主要的作用便是在人類專家進(jìn)行決策、推理、分析以及判斷等智能活動(dòng)時(shí)為其提供必要的輔助。而如今，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)智能制造的研究主要集中在兩方面：一是智能制造技術(shù)；二是智能制造系統(tǒng)。隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展，我國(guó)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(dú)立完成信息數(shù)據(jù)的搜集，還能對(duì)自身的路徑行為予以科學(xué)規(guī)劃。不僅如此，如今的智能制造行業(yè)因數(shù)字化技術(shù)的加入又迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。有了工業(yè)制造核心技術(shù)的加持，傳統(tǒng)制造行業(yè)所面臨的技術(shù)問題均能迎刃而解。譬如專家系統(tǒng)技術(shù)便很好地解決了工程設(shè)計(jì)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(luò)及模糊控制技術(shù)的作用下得到了合理優(yōu)化?？梢?，人工智能技術(shù)在解決特別復(fù)雜與不確定的問題方面確有其獨(dú)到之處。

二、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成

工業(yè)機(jī)器人主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及人機(jī)交互系統(tǒng)4個(gè)部分構(gòu)成。

（一）機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

一般情況下可以將工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分為兩類，分別為并聯(lián)與串聯(lián)。其中，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人因僅是在某個(gè)單一的軸上運(yùn)行，故當(dāng)其運(yùn)動(dòng)時(shí)，其他軸坐標(biāo)原點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生變化；采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人由于各個(gè)軸之間都有關(guān)聯(lián)，因此在運(yùn)動(dòng)過程中，其他軸也會(huì)產(chǎn)生坐標(biāo)原點(diǎn)變化。在早期的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，多采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，之后為了克服串聯(lián)結(jié)構(gòu)的一些不足，開始逐漸向并聯(lián)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)。與串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)擁有更強(qiáng)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(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)除了包含底座與臀部、手腕、手臂等促動(dòng)器外，部分機(jī)器人還裝上了行走裝置并能完成3-6個(gè)動(dòng)作。

（二）感知系統(tǒng)

感知系統(tǒng)的應(yīng)用使得工業(yè)機(jī)器人的工件識(shí)別、產(chǎn)品擺放及質(zhì)量檢測(cè)等功能得到了進(jìn)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(jī)器人的感知系統(tǒng)之所以具備極高的智能化程度與極強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)性能，關(guān)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(shí)容易被忽略的信息，工業(yè)機(jī)器人也能全面捕捉，這樣便能進(jìn)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(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)作的核心，其主要由人工智能控制同、自適應(yīng)系統(tǒng)與程序控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成?；诳刂葡到y(tǒng)設(shè)定的指令，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及執(zhí)行器在接收到系統(tǒng)指令后，便會(huì)依照預(yù)先設(shè)定好的控制程序，保質(zhì)保量地完成各項(xiàng)任務(wù)。此外，基于不同的控制運(yùn)動(dòng)方式，還可以分別實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的連續(xù)軌跡控制和點(diǎn)控制。

（四）人機(jī)交互系統(tǒng)

要想實(shí)現(xiàn)操作人員與計(jì)算機(jī)之間的信息交流，就必須工業(yè)機(jī)器人添加人機(jī)交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)中囊括了多種人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，可以幫助操作人員更好的對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行操控。加入了人機(jī)交互系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)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(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行人工操作工業(yè)機(jī)器人，可以促使工業(yè)機(jī)器更加精準(zhǔn)有效的完成企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)提升完成任務(wù)的精細(xì)度。

三、工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

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

（一）靈活性高

工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行的每一個(gè)動(dòng)作均預(yù)先設(shè)定好了相應(yīng)的參數(shù)，指代接收到相應(yīng)的指令便會(huì)自主完成指令所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。不同于人類的身體構(gòu)造，機(jī)器人的主體可以根據(jù)具體工作所需而設(shè)計(jì)為不一樣的外形。就現(xiàn)階段而言，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中運(yùn)用最為普遍的工業(yè)機(jī)器人便是機(jī)械臂，而機(jī)械臂從事的主要工作便是物體搬運(yùn)與產(chǎn)品制造。不僅如此，應(yīng)不同工種的需求，工業(yè)機(jī)器人還分為了焊接機(jī)器人與運(yùn)輸機(jī)器人，這些機(jī)器人投入生產(chǎn)均僅需操作社設(shè)定簡(jiǎn)單指令便可迅速完成對(duì)應(yīng)工作，這與傳統(tǒng)的人工操作及機(jī)床加工模式相對(duì)比無疑更加靈活。

（二）生產(chǎn)效率高

工業(yè)機(jī)器人最顯著的優(yōu)點(diǎn)之一便是能解放大量的勞動(dòng)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(yùn)輸機(jī)器人為例?，F(xiàn)實(shí)中搬運(yùn)大規(guī)模設(shè)備的工作對(duì)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(dǎo)致人員及機(jī)械設(shè)備受到損害。而運(yùn)輸機(jī)器人不僅能解決上述問題，且作業(yè)過程既不會(huì)感到疲累，亦不會(huì)產(chǎn)生超負(fù)荷工作的缺陷問題。只要電量充分，機(jī)器人便可無休止的持續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)了持續(xù)化的工作目標(biāo)。

四、智能制造中的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方向

（一）液晶面板

利用工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)液晶面板，可以為新時(shí)代工業(yè)智能化的發(fā)展提供技術(shù)支撐，真正滿足自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展需求。從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，液晶面板可以使用BC系統(tǒng)操作機(jī)械臂來執(zhí)行選擇和放置等任務(wù)。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)也稱為FabAuto，是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)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(bǔ)充信息傳輸、信息收集和流程控制等基本業(yè)務(wù)設(shè)施。一方面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足了新時(shí)代工廠自動(dòng)化發(fā)展的需要，有效地控制了工廠自動(dòng)化帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。不僅如此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，基于工業(yè)機(jī)器人的液晶面板設(shè)計(jì)有著非常廣闊的發(fā)展空間。它可以根據(jù)不同領(lǐng)域的技術(shù)要求自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，明智地選擇半自動(dòng)或全自動(dòng)模式，提高機(jī)器人應(yīng)用的綜合水平。它是目前中國(guó)智能制造領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一。

（二）裝配領(lǐng)域

  一直以來，裝配領(lǐng)域便對(duì)工作的精細(xì)度有著極高的要求，加之零部件裝配又較為復(fù)雜性，故傳統(tǒng)的制造方法即便需要耗費(fèi)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(dāng)，不僅會(huì)對(duì)整體的工作效率造成影響，嚴(yán)重者還會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而裝配機(jī)器人具有安裝精度高、應(yīng)用靈活性強(qiáng)以及耐用性高等優(yōu)勢(shì)，可以完美適應(yīng)汽車精細(xì)部件以及電子零件安裝等工作，這也是導(dǎo)致該項(xiàng)工作如今的人力作業(yè)部分逐漸被工業(yè)機(jī)器人所取代的重要原因。

（三）打磨和拋光

智能制造領(lǐng)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(jìn)行，故不僅會(huì)消耗大量精力，且因人工操作的精細(xì)度也遠(yuǎn)不如工業(yè)機(jī)器，故在產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量方面也無法與工業(yè)機(jī)器人相比。不僅如此，工業(yè)機(jī)器人于現(xiàn)實(shí)中的適應(yīng)性也非是人工所能企及，如工業(yè)機(jī)器人在水利領(lǐng)域中的運(yùn)用便能解決過往人工所難以將誒絕的現(xiàn)場(chǎng)工作難題；如在智能生產(chǎn)制造中，通常需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)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(fù)雜，而直接運(yùn)用工業(yè)機(jī)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(chǎng)工作人身財(cái)產(chǎn)安全。除此之外，工業(yè)機(jī)器人也可以用在水利領(lǐng)域中，其能方便處理現(xiàn)場(chǎng)工作難題。比如，在水輪機(jī)的維護(hù)和生產(chǎn)過程中，目前對(duì)拋光和拋光技術(shù)的要求得到了相應(yīng)的發(fā)展和提高。不正確操作的風(fēng)險(xiǎn)很高，很容易導(dǎo)致安全事故。使用工業(yè)機(jī)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(jī)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(shí)技術(shù)，在生產(chǎn)制造過程中發(fā)揮著重要作用。如今，焊接機(jī)器人在應(yīng)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(xué)的分析，機(jī)器人的工作時(shí)間表得到了保證，優(yōu)化和創(chuàng)新也基于特定的問題。同時(shí)，為了進(jìn)一步確保焊接質(zhì)量，研究人員結(jié)合人工智能進(jìn)行了一系列深入的探索研究，重點(diǎn)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求來制定相應(yīng)的焊接強(qiáng)度參數(shù)，并建立起相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使焊接工作的?zhǔn)確性得到進(jìn)一步的提升。

五、智能制造領(lǐng)域中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)化措施

（一）不斷提升工業(yè)機(jī)器人的智能化程度

提升工業(yè)機(jī)器人智能化程度，能夠更加有效的提升工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用水平與應(yīng)用效率。為此，相關(guān)單位和技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，通過優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人芯片算法、加大研發(fā)投入等方式對(duì)工業(yè)機(jī)器人的智能化程度進(jìn)行不斷的提升。

（二）建立健全工業(yè)機(jī)器人技術(shù)管理機(jī)制

根據(jù)現(xiàn)階段我國(guó)智能制造領(lǐng)域?qū)τ诠I(yè)機(jī)器人的應(yīng)用管理情況而言，還有很多需要相關(guān)工作人員繼續(xù)加以完善的地方。例如，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，技術(shù)人員要根據(jù)企業(yè)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品質(zhì)量要求以及市場(chǎng)需求情況等來對(duì)工業(yè)機(jī)器人管理制度進(jìn)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(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)。

（三）進(jìn)一步強(qiáng)化信息技術(shù)的作用

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大多數(shù)制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中雖然應(yīng)用了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，但同時(shí)還是要輔以大量的人工操作。從工業(yè)機(jī)器人近年來的發(fā)展情況可以看出，其發(fā)展速度是與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的有著非常緊密的關(guān)系?，F(xiàn)階段，國(guó)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(yīng)用中仍然沒有將工業(yè)機(jī)器人信息系統(tǒng)的作用進(jìn)行有效的發(fā)揮?；诖?，相關(guān)工作人員在實(shí)際工作中要緊密結(jié)合市場(chǎng)需求和產(chǎn)品生產(chǎn)要求，進(jìn)一步提高信息技術(shù)應(yīng)用水平，提高工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品性能，才能讓工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用更好的滿足企業(yè)生產(chǎn)需要。除此以外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人員還需要在對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品性能進(jìn)行全面了解之后，通過制定有效的控制策略來實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。

結(jié)語：

總而言之，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在智能制造領(lǐng)域有著極其重要的作用，在智能制造領(lǐng)域中加強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)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(shí)際應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的過程中，還應(yīng)該加大對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究和開發(fā)力度，提高工業(yè)機(jī)器人的智能化水平，使機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中發(fā)揮出更大的作用。

文章來源：  《上海輕工業(yè)》   http://m.k2057.cn/w/kj/30978.html