工业机器人的技术发展及其应用

工业机器人技术及其应用

随着现代工业的快速发展，工业机器人已经成为了不可缺少的一部分。它们能够高效地完成各种重复性任务，为企业节省大量的人力和物力成本，让生产变得更加精准和高效。在本文中，我们将讨论工业机器人技术的发展历程、现状和未来发展趋势，以及工业机器人在各个领域的应用。

一、工业机器人技术的发展历程

工业机器人的起源可以追溯到上世纪50年代，当时有几家公司开发了能够执行简单、重复性任务的机器人，如贝尔实验室的“电子手臂”和英国的“The Factory Electronic Automation Ltd”公司的“Hardwired Arm”。不过，这些早期的机器人只能够执行简单的、单一的、预定的任务。随着计算机和电子技术的不断进步，工业机器人开始变得更加智能化、灵活化。

在70年代和80年代，工业机器人的应用领域逐渐扩大，比如在汽车制造和电子生产领域。同时，机器人的工作范围也越来越广泛，从只能在固定位置上执行任务到可以在三维空间中自由移动。工业机器人也不再是机械臂的形式，还有移动机器人和协作机器人等形式的出现。

到了90年代，随着计算机技术和传感器技术的不断发展，工业机器人的应用领域和功能变得更加多样化和复杂化。比如，视觉和触觉传感器的广泛应用，使机器人能够更加准确地感知到周围环境和物体，从而执行更加灵活和智能的任务。同时，工业机器人还具有了更强的计算能力和通讯能力，能够实现远程监控和控制，为企业节省大量的维护和运维成本。

二、工业机器人技术的现状

目前，世界上最主要的工业机器人制造商有ABB、Fanuc、KUKA、Yaskawa等企业。全球工业机器人市场规模不断扩大，预计到2025年将达到240亿美元，年复合增长率为11.92%。在应用领域方面，工业机器人主要用于汽车和电子制造、食品和饮料加工、医疗等行业，但是未来也将应用到更多的领域，比如服装、家电等行业。

除了传统的工业机器人，近年来还涌现出一些新兴技术，如协作机器人、移动机器人、人工智能等。协作机器人能够和人类工作在同一空间之内，执行一些需要人机协作的任务，如物料搬运、装配等。移动机器人则具有更强的灵活性，可应用于更加复杂多变的环境中。人工智能的发展也为工业机器人的发展带来很大的机遇，在识别、决策等方面可以更加自主和高效。

科技资讯2017 NO.10SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术

110科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工业机器人的设计与制造是一个非常复杂的过程,涉及的技术与领域很多,如机电、电气、计算机、工业设计等,其是多种先进技术的有机结合体,因此工业机器人的发展离不开所涉及的各项技术的支持。为了更好地满足人们对使用功能的要求,工业机器人不断地向标准化和网络化发展,以下对工业机器人的技术发展与应用进行浅析。1 工业机器人的国内外发展史1.1 国内发展史受核心技术的限制,我国在工业机器人领域起步较晚,直到20世纪70年代才有企业和高校开始进行工业机器人的研发,截止到目前,已经开展了近40年的研究,并取得了一定的成果。在早期的研究中,主要是解决国产化的问题,因为缺乏先进的技术和经验,导致在研发过程中出现各种各样的问题,致使进度相对缓慢,随着我国对工业机器人重视程度的提升,并将其列入国家计划当中,工业机器人的发展速度明显提升,尤其是在数个五年计划中均给予工业机器人足够的支持,为其发展提供了良好的契机。近些年来,随着科技的发展和社会的进步,工业机器人被广泛应用于工业生产中,并为企业带来高额的利润,其需求量也在不断扩大,因此,机器人的自动化生产开始被引进国内,与此同时,工业生产设备也在向自动化方向发展,这些都为工业机器人的发展提供了优质的条件,目前,北京、上海、广州等一线城市已经具备了工业机器人的自主研发能力,并已经实现产业化, 在实际的应用中表现良好。1.2 国外发展史工业机器人技术最为先进的国家是日本,目前,日本占据了全球工业机器人市场份额的40%左右,日本具有最为先进可靠的技术,而且已经拓展出广阔的市场,在全球工业机器人领域占有着举足轻重的作用。日本于2004年将工业机器人的发展列入到国家发展战略中,通过政府在经济及技术方面的支持,为日本工业机器人的发展提供了良好的外部环境。机器人的发源地是美国,其对工业机器人的研究也是最早的,经过多年的发展,美国在工业机器人领域也具有更为先进的技术,并且相关的生产商在研发能力上较为突出,为工业机器人技术的更新和发展提供了理论与技术支持。欧洲等其他较为发达的国家,也都给予工业机器人足够的重视,并为工业机器人技术的发展营造出良好的氛围。2 工业机器人技术分析工业机器人通常包含两个主要部件,分别为机械主体和控制系统,再加上其他辅助部件共同完成工业生产操作,很大程度的节省了人力和物力。控制与传动系统是决定工业机器人性能的最为关键的部件,为了最大程度的提升工业机器人的准确性和可靠性,为企业创造更大的价值,需要选用优质的控制与传动系统,并加强后期维护,及时进行相关部件的更新与升级。而在我国,对于工业机器人的核心技术还未完全掌握,很大程度上限制了我国工业机器人事业的发展。2.1 高精度减速机在我国工业机器人的发展历程中,高精度减速机一直都是一道瓶颈,缺乏自主研发能力,要想制造高精度机器人就需要向国外进口高精度减速机,这样就大大限制了我国工业机器人事业的发展。为了能尽早的实现高精度工业机器人的国产化,部分科研能力较强的高校开始致力于高精度减速机的研究和开发,并已经将部分研究成果转变成了相关产品,但是在实际的应用过程中仍未取得理想的效果,制约高精度减速器研发的技术主要有以下几个方面:第一,材料成型控制技术。为了更好地提升工业机器人的精确性和可靠性,需要保证减速机的减速齿轮具有足够的耐磨性,这样才能保证工业机器人性能的稳定,所以,这就对减速齿轮的成型技术提出了更高的要求,并且在成型过程中要控制好各种原辅材料的比例。第二,某些特殊部件的加工工艺。在减速机的结构中,最为复杂的部件当属非标特殊轴承,在其生产过程中,间隙一定要控制在合理的范围内,否则将会影响减速机的性能,需要采取特殊的加工工艺才能得以实现,但是在国内尚未找到合适的加工工艺,所生产的产品也达不到相关标准的要求。第三,装配技术的精密性。在实际的应用过程中,工业机器人必须具有良好的减速效果,所以,在工业机器人的装配过程中,需要引进高精度的装配技术,通过精密安装保证其具有足够的减速性能。2.2 电机和高精度伺服驱动器要想实现高难度的操作,需要工业机器人具有足够的控制精度,传统的电机以及驱动器无法实现这一目标,所以需要采用专业的电机和驱动器来实现精准控制,国外相关的研究起步较早,DOI:10.16661/ki.1672-3791.2017.10.110浅谈工业机器人的技术发展与应用黄文俊(武汉轻工大学机械工程学院 湖北武汉 430023)摘 要:随着科技的发展和计算机的普及,计算机技术被广泛应用于各行各业中,为了更好地满足工业生产的需求,工业机器人应运而生,其是计算机技术与工业生产活动的完美融合,为企业带来了更大的利润以及更强的市场竞争力。该文首先对机器人的国内外发展史进行了概述,然后对工业机器人的关键技术发展趋势进行了探讨,对工业机器人的技术进行了剖析,最后对工业机器人的产业化应用进行了分析,力求为今后工作提供一定的理论依据。关键词:工业机器人 发展趋势 产业化应用中图分类号:TP242文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)04(a)-0110-02科技资讯2017 NO.10SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术

工业机器人的关键技术及应用趋势

我国工业机器人的市场主要集中在汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业。中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，2007年共装配了约6,581台工业机器人，较上年安装的5,770台上升了百分之十四点零五，汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。本文就当前工业机器人的关键技术及其应用进行了梳理。

机器人控制技术

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

关键技术包括：

(1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。

(2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。

·综述与展望·骆敏舟，等·工业机器人的技术发展及其应用

MachineBuildingAutomation，Feb2015，44（1）：1～

4作者简介：骆敏舟（1973－），男，安徽肥东人，博士，研究员，博士生导师，主要研究领域：仿生与智能机器人、机电一体化。江苏省机器人与智能装备产业技术创新战略联盟理事长，《InternationalJournalOfInformationAcquisiton》杂志编委，中国人工智能学会智能机器人专业委员会委员、中国自动化学会智能机器人专业委员会委员，国家自然基金委员会网评专家、国家发改委机器人领域评审专家；《ＲOBOTICA》、《中国机械工程》、《机器人》、《北京化工大学学报》、《传感技术学报》、《中国激光》等期刊评审专家。获得全国五一劳动奖章、安徽省科技进步三等奖、中国产学研合作促进奖等。近五年主持参加多项国家科技计划、国家自然基金、中科院、省市各级项目；共发表论文128篇，其中SCI收录14篇，EI收录36篇；申请或获得发明专利37项；软件登记8项。在spring出版社合作出版《Graspinginrobotics》英文专著等。工业机器人的技术发展及其应用骆敏舟1，方健2，赵江海1（1．中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所，江苏常州213164；2．中国科学技术大学，精密机械与精密仪器系，安徽合肥230027）摘要：介绍了工业机器人的发展史，指出了机器人产业将是未来十年国内装备制造业中成长性最快的行业。同时介绍了工业机器人的分类和主要的应用领域，分析了工业机器人未来市场巨大需求的深层次原因，论述了工业机器人处于爆发式增长的必然性。在机器人研究方面，对我国工业机器人发展中亟待解决的问题进行了探讨，重点是工业机器人关键技术和基础零部件制造工艺。提出了工业机器人的发展方向和下一代工业机器人的基本构想，预测了下一代工业机器人的发展途径和发展的关键。关键词：工业机器人；市场需求；关键技术；存在问题；下一代工业机器人中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：1671-5276（2014）06-0001-04TheDevelopmentandtheApplicationoftheIndustrialＲobotTechnologyLUOMin-zhou1，FANGJian2，ZHAOJiang-hai1（1．InstituteofAdvancedManufacturingTechnology，Changzhou213164，China；2．UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China）Abstract：Wefirstpresentthedevelopmenthistoryoftheindustrialrobotsimply．Basedonthedevelopingtrendsoftheindustrialro-botinthenextdecade，wealsoindicatethattherobotindustrywillbecomethefastestgrowingindustryintheequipmentmanufactur-ingindustry．Inaddition，thereasonofthehugedemandoftherobotintheindustrialmarketisalsoanalyzed．Besides，thedeeplyreasonthattheindustrialrobotwillinevitablybecomeanexplosivegrowthisdiscusseddirectly．Basedonthesedescriptions，theclassificationanditsapplicationoftheindustrialrobotarealsointroducedclearly．Subsequently，theseriousproblemswhichrestrictourcountry’srobotdevelopmentaredepictedfromtheviewoftherobotkeytechnologyandbasiccomponents．Conclusively，thetrendsoftheindustrialrobotdevelopmentandthestructureofthenextgenerationofrobotsarealsoproposedattheendofthispaperandthedevelopmentpathandthedevelopmentcorearealsopredictedattheendofthispaper．Keywords：industrialrobot；demandofthemarket；keytechnology；existenceproblem；nextgenerationofindustrialrobot0引言工业机器人涉及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成。因此它的发展与上述学科发展密切相关。工业机器人在制造业的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，并向着成套技术和装备的方向发展［1-2］。1机器人发展状况1）国外发展概况日本具有国际上最先进的机器人技术，就全世界范围来看，全球工业机器人约有4成在日本。不论在技术方面，还是在市场规模方面，日本可以称得上是“机器人大国”。日本在2004年5月发布的“新产业发展战略”中所指出的7个产业领域，机器人产业也是其中之一，同时，在进一步实施“新产业发展战略”的“新经济成长战略”报告中也把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上，并在近两年开始重新审视机器人产业政策［3］。美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称机器人王国的日本起步至少要早五、六年。经过40多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。据统计，截止到2009年底，美国运行工业机器人大约有19．4万台。目