工业机器人技术的应用及发展探析

林汉威

摘要：本文在对工业机器人技术的发展现状进行阐述的基础上，从机器人技术在自动装配线中的应用、机器人技术在焊接领域的应用、搬运机器人的应用等方面对工业机器人的应用进行了探讨。

关键词：工业机器人；机器人技术；应用与发展

工业机器人具有工作效率高、稳定可靠、重复精度好、能在高危环境下作业等优势，在传统制造业，特别是劳动密集型产业的转型升级中可发挥重要作用。目前，工业机器人的应用领域不断得到拓展，所能够完成的工作日趋复杂。其主要应用行业是汽车和摩托车制造、金属冷加工、金属铸造与锻造、冶金、石化、塑料制品等。工业机器人己经可替代人工完成装配、焊接、浇铸、喷涂、打磨、抛光等复杂工作。本文就目前工业机器人技术的应用及发展现状进行探讨。

1工业机器人技术的发展现状

一般来说，工业机器人由3大部分6个子系统组成。3大部分是机械部分、传感部分和控制部分。6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。

从机械结构来看，工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，而并联机器人所采用的并联机构，其一个轴运动不会改变另一个轴的坐标原点。早期的工业机器人都是采用串联机构。并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

工业机器人的驱动方式主要包括液压驱动、气压驱动和电机驱动。早期的工业机器人采用了液压驱动。但液压系统存在泄露、噪声和低速不稳定等问题，并且功率单元笨重和昂贵，目前只有大型重载机器人、并联加工机器人和一些特殊应用场合使用液压驱动的工业机器人。气压驱动具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等优点。但是由于气压装置的工作压强低，不易精确定位，一般仅用于工业机器人末端执行器的驱动。气动手抓、旋转气缸和气动吸盘作为末端执行器可用于中、小负荷的工件抓取和装配。电机驱动是现代工业机器人的一种主流驱动方式，分为4大类电机：直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和直线电机。直流伺服电机和交流伺服电机采用闭环控制，一般用于高精度、高速度的机器人驱动；步进电机用于精度和速度要求不高的场合，采用开环控制；直线电机及其驱动控制系统在技术上己日趋成熟，己具有传统传动装置无法比拟的优越性能，例如适应非常高速和非常低速应用、高加速度，高精度，无空回、磨损小、结构简单、无需减速器和齿轮丝杠联轴器等。鉴于并联机器人中有大量的直线驱动需求，因此直线电机在并联机器人领域己经得到了广泛应用。

2工业机器人技术的应用

2.1机器人技术在自动装配线中的应用

根据臂部的运动形式不同，可以将装配机器人分为旋轉关节型装配机器人、直角坐标型装配机器人和平面关节型装配机器人。

垂直多关节型装配机器人大都有6 个自由度，可以在空间上任意一点确定任意位姿； 直角坐标装配机器人操作比较简便，常被用于零部件的移送、简单的插入、旋拧等作业。平面关节型装配机器人是一种精密装配机器人，具有速度快、精度高、柔性好等优点，它在装配生产线上应用也十分普遍。双臂装配机器人可以完成比传统的单臂装配机器人更为复杂的装配动作。日本YASKAWA公司MOTOMAN 系列双臂装配机器人目前已经投入生产。由于双臂装配机器人结构比较复杂，应用多集中于高精尖产业，目前尚未大面积普及应用。并联机器人在高精度拾放料作业方面有着良好表现，也多用于装配领域。

2.2机器人技术在焊接领域的应用

船舶制造中有大量的焊接工作目前仍需要人工作业，以焊接机器人替代人工完成焊接工作是未来船舶焊接的发展方向。由于船舶构件体积庞大，一般需使用移动焊接机器人进行焊接。Rail Runner机器人可在船体结构内部移动，并基于无线通讯实现PDA与机器人的通讯，以PDA替代了常规的示教盒实现了对焊机机器人路径和焊接过程的无线示教，其优点在于：①对焊接空间没有限制，可进入封闭空间无人化工作；②无需操作人员接近机器人和恶劣的焊接环境，确保人员安全；③无线通信减轻了连接电缆和机器人整机的重量。船体焊接作业正在从劳动密集型走向自动化，己经成为机器人应用的重要领域。

白车身的生产要在55到75个工位上大批量、快节奏的焊接而成，焊点多达4000到5000个。以焊接机器人为核心的白车身焊接生产线正朝着高度自动化，多品种混流生产以及大规模定制生产线的方向发展。德国KUKA公司为奔驰、大众、宝马、福特等整车企业研制的大型自动化白车身焊接生产线，生产线上的机器人占有率高达95%甚至98%以上；意大利COMAU公司在多车型混装焊接生产线方面处于领先地位，研制的主焊接线合装平台可同时生产4种以上不同的车型，具有高度柔性化。

2.3搬运机器人的应用

为了提高自动化程度和生产效率，制造企业通常需要快速高效的物流线来贯穿整个产品的生产及包装的过程，搬运机器人在物流线中发挥着举足轻重的作用。

用于搬运的串联机器人，一般有六轴机器人和四轴机器人。六轴机器人一般用于各行业的重物搬运，特别是重型夹具、重型零部件的起吊、车身的转动等。四轴机器人的轴数较少，运动轨迹接近于直线，所以速度上较为优势，适合于高速包装、码垛等工序。ABB公司的IRB7600六轴机器人，最大承重能力高达650 kg，适用于各行业的重载场合；IRB660机器人采用了四轴设计，具有3. 15 m到达距离和250 kg有效载荷，适合用于袋、盒、板条箱、瓶等包装形式的物料堆垛。

3结束语

我国制造业自动化程度整体上说还处于较低水平，同时尚有大量低端劳动密集型产业需转型升级，机器人应用市场的增长空间巨大。新型的机器人结构、机器人操作系统、视觉反馈等关键技术的进步，将促进工业机器人不断进军新的应用领域。应该引起重视的是，在机器人关键技术，特别是关键零部件技术方面，发达国家仍处于技术垄断地位，我国工业机器人技术的发展，仍面临欧美日等发达国家的重大挑战。

参考文献：

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