浅谈工业机器人的分类与发展趋势

吴丽媛

摘 要：随着科技的高速发展，机器人已成为当今前沿高技术研究最活跃的领域之一，以机器人等为主体的技术与装备将成为未来制造强国的重要标志，具有巨大的产业发展前景。而工业机器人作为工业领域中的机器人，正为工业自动化发挥着巨大作用。本文简要介绍了工业机器人的概念、基本分类及发展现状和趋势。

关键词：工业机器人；组成分类；发展趋势

1959年，有着工业机器人之父之称的英格伯格和德沃尔两位美国科学家共同研制出了世界上第一台工业机器人，这也标志着制造业由此进入工业机器人时代。对于我国而言，虽然我们起步较美国晚了近二十年，但这些年来我国一直致力于工业机器人的研发工作，并取得了一些骄人的成绩。“七五”期间完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人，促进了我国制造业等行业的发展。在“中国制造2025”计划的引领下，中国的工业机器人技术也在飞速发展并取得了长足的进步。众所周知，机器人可以代替人类的劳动，而工业机器人则是在工业领域内解放了人类单调、重复的体力劳动，特别是针对高强度工作、超长工作时间、工作环境恶劣等困难，更突出了工业机器人优势。通过这种代替人工操作提高生產效率和产品质量，使批量化、标准化生产成为可能。工业机器人技术并不是一项单独的科学，它包含了计算机技术、机械设计、仿生学、信息和传感技术、人工智能等多门技术，在汽车、机械、电子等领域应用都十分广泛，它的出现总之，经过近七十年的发展，一个国家对工业机器人的利用率代表着这个国家的自动化水平。

一、工业机器人的概念

国际标准化组织在1987年对工业机器人进行了如下的定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”它通常配备有机械手、刀具或其他可装配的加工工具，可以模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或加工制造的任务。

二、工业机器人的组成

工业机器人由执行机构、驱动系统、控制系统和感知系统四个基本部分组成。执行机构包括固定或移动的基座、臂部、腰部、腕部和手部（操作器），有的机器人还有行走机构。驱动系统包括动力装置和传动装置，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制；感知系统是由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用以获取内部和外部环境状态中有意义的信息。

三、工业机器人的分类

我国从1972年开始自行研制工业机器人，经过这些年的发展，工业机器人技术逐渐成熟。90年代，我国研制出了点焊弧焊、装配、喷涂、、搬运、打磨、码垛等各种用途的工作机器人。

（一）点焊、弧焊机器人

点焊、弧焊机器人主要应用于汽车、船舶等行业。焊接技术对工人的操作技术能力要求很高，不同工人或者同一工人不同时期的工作质量都不同，因此人工焊接稳定性差，并且焊接工作环境较差，噪声和空气质量都可能使工人的身体受到伤害，故而不能长期连续工作，所以生产率的提高就必然会使生产成本增加，从而降低效益，因此在焊接生产中应用机器人具有明显的优势。其优点如下：

1）具有稳定性和焊接均一性，能够保证和提高焊接质量；

2）提高劳动生产率，可以一天24小时连续作业；

3）能够适应坚苦的劳动条件，可在有害的环境下长期工作；

4）降低了对工人操作技术的要求，可实现批量产品焊接自动化。

（二）装配机器人

装配机器人主要用于各种家用电器制造（如电视机、录音机、洗衣机、电冰箱、吸尘器）、小型电机、汽车及其部件、计算机、玩具、机电产品及其组件的装配等方面。末端执行器根据装配对象的不同设计成各种手爪或手腕等，进行简单的抓、紧等装配工作。由于装配机器人的多数工作是进行轴与孔的装配，因此机器人必须具备较高的精度和很好的柔顺性，其特点如下：

1）工作范围较小，具有更大的灵活性；

2）通过机器人视觉识别减小失误率；

3）具有高速性能的最大化吞吐量，提高劳动生产率，可以24小时连续作业；

4）大幅降低批量产品的生产成本。

（三）喷涂机器人

喷涂机器人可以进行自动喷漆或喷涂其他涂料，主要应用在汽车行业。其末端执行器多为手腕。其主要特点为：

1）柔性大，具有更大的灵活性；

2）具有稳定的性能和喷涂质量；

3）能够适应坚苦的劳动条件，可在有害的环境下长期工作；

4）大幅降低批量产品的生产成本。

（四）搬运机器人

搬运机器人是指可以进行自动化搬运作业的工业机器人。多用于机械行业，针对上下料搬运的领域，可以实现加工过程的完全自动化。末端执行器多为集成机械手夹具，可以实现对圆盘类、长轴类、板类、不规则形状等工件的自动上下料、工件的翻转、工件转序等工作，具有很高的生产效率和产品质量的稳定性。

（五）抛光打磨机器人

抛光打磨机器人顾名思义是可以进行抛光打磨改善工件表面质量的机器人。主要用于机械行业。其末端执行器为多腕部，其特点如下：

1）提高打磨质量和产品光洁度，保证打磨效果的一致性；

2）能够适应坚苦的劳动条件，避免粉尘对工人造成伤害；

3）降低了对工人操作技术的要求；

4）提高生产效率。

（六）码垛机器人

码垛机器人，是机械与计算机程序有机结合的产物。主要特点如下：

1）节约仓库面积；

2）节约大量人力资源；

3）具有高速性能的最大化吞吐量；

4）货物摆放更加整齐，规避了人工码垛带来的倒塌风险。

四、工业机器人的发展趋势

人的发展经历了萌芽期、起步期、发展期和成熟期四个基本阶段。第一代可编程机器人具有简单的控制系统，能够进行示教编程、重复作业和自动生产，这种技术得到美国和日本等国家的大力推广并迅速进入产业化阶段；随着科技的发展和劳动力的缺失，第二代感知机器人利用感知信息来改善机器人的性能，从而能代替更多的人力劳动；近些年来，车、电子电气等产业获得高普及率，在这些领域中靠人工智能技术进行自主地解决问题的第三代智能机器人得到了及大的应用。工业机器人也将从以下几个方面来进行发展。

（一）一体化、规范化发展

随着工业机器人的集成化发展，各国都致力于发展集成式机器人，其各个部件都将具有互换性，通过简单的组装就能够达到一体化，能提高机器人的工作精度，减少重量和占地面积，降低生产的成本提高工厂的效益。

（二）智能化发展

智能化机器人是指基于传感器的机器人，目前的研究方向多指多传感器集成、智能化研究。除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还应用了视觉，力觉等传感器来进行实现协调和决策控制。

综合国内外工业机器人研究和应用现状，工业机器人的研究正在超智能化、模块化、系统化、微型化、多功能化及高性能、自诊断、自修复趋势发展，以适应多样化、个性化的需求向更大更宽广的应用领域发展。

参考文献：

[1] 杜祥瑛.工业机器人及其应用[M].机械工业出版社，2004.

[2] 吴振彪.工业机器人[M].华中科技大学出版社，2002.