浅谈工业机器人的发展及应用

杨涛 米君昊

摘 要：在2015年国家提出“中国制造2025”这个战略计划，在步入“中国制造2025”中，工业机器人是关键的一部分，实现工业智能化，工业机器人是必不可少的，本文主要针对工业机器人的发展历史、趋势以及应用做探讨，为进一步设计出相关工业或者其他方面可减轻劳动力、提升工作效率的机器人做理论参考。

关键词：工业机器人 发展历史 发展现状 应用范围

1 引言

“机器人”一词主要产生于捷克剧作家卡雷尔·凯培克，而阿西莫夫在1940年提出了“机器人三守则”，进一步拉近了机器人与人之间的距离。在20世纪50年代，提出了人工智能的概念，而作为人工智能最重要的技术应用之一，就是工业机器人。根据国际机器人联盟 （ International Federation of Robotics，以下简称IFR） 定义，工业机器人是“在工业自动化中使用的、可重复编程的、多用途自动控制操作机”，并可依靠人工智能技术进行编程从而实现各种制造功能的机器设备，也是工业4.0的重要代表[1]。2015年国家提出“中国制造2025”，工业机器人的需求量也逐渐扩大，利用智能化代替人力，从而提高效率。随着技术的发展，我国的工业机器人的需求占到全球总量的三分之一，工业机器人的发展和应用也成为关键[2]。

2 工业机器人的发展历史

2.1 国外工业机器人的发展历史

在20世纪50年代，约瑟夫·恩格尔贝格利用伺服系统的灵感于乔治·德沃尔发明了第一台工业机器人并在通用汽车的生产车间使用。20世纪60年代开始，工业机器人进一步发展，机器人传感器的应用提高了机器人的可操作性，包括恩斯特采用的触觉传感器等。紧接着，美国、英国等知名大学陆续成立了机器人实验室[3]。70年代以后，机器人和以机器人为核心的自动化设备在工业发达国家应用非常活跃[4]。当前工业机器人最大的生产商为日本，它占据着整个世界40%左右的生产力，由于日本政府大力支持以及一定的专业基础，日本已经成为世界上最先进的工业机器人生产国家。

2.2 国内工业机器人的发展历史

20世纪70年代，我国的工业机器人技术才开始起步，1986年，国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施，经过几年的努力，成功研制了特种机器人。中国科学院沈阳自动化研究所研制了6000m水下机器人并在1995年9月完成了6000m深海实验，这使我国跨入世界机器人先进行列。我国工业机器人的潜在市场比较大，所以有着充足的研发动力。

3 工业机器人发展现状

3.1 国外工业机器人发展现状

工业机器人在全球范围的应用规模增长迅猛，根据IFR（国际机器人联合会）发布的最新报告，全球工业机器人销量在2019年时已达近40万台，同比增长2%左右。日本、德国的工业机器人水平全球领先，四大家族的机器人依旧为全球主要的工业机器人供应商，德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。

3.2 国内工业机器人发展现状

从2013年以来，我国工业机器人市场开始迅速增长，成为全球最大的市场，根据IFR统计，2018年，我国工业机器人市场累计销售工业机器人15.6万台，占全球的比重达到36%，年销量连续第六年位居世界首位[5]。在国家、地方政策的引导下，到2020年，我国机器人的市场规模预计突破100亿美元，其中工业机器人的比重占到60%左右[6]。

4 工业机器人的发展趋势

4.1 技术发展趋势

4.1.1 人机协作

传统的机器人必须远离人类，在保护围栏或者其他屏障之后，以免人类受到伤害，这限制了工业机器人的应用效果，人机协作将人的认知能力与机器人的效率结合在一起，从而使人可以安全、简便的进行使用，这样也使编程更简单，同时降低了对操作人员的要求。

4.1.2 自主化

现在的机器人主要是依靠预编程、示教再现控制等操作模式进行控制，后期机器人的发展逐渐向自主学习、自主作业等方向发展，工业机器人可以根据实际的工作环境、工作内容，自动设定和优化轨迹路径，进行检测，避开障碍等功能。

4.2 产业发展趋势

随着各工业大国提出机器人产业政策，比如说德国的工业4.0、日本机器人新战略，美国先进制造伙伴计划、中国十三五规划与《中国制造2025》等国家级政策，促使工业机器人市场持续发展，IFR预计到2024年全球工业机器人产量销售额达到355.0亿美元。

5 工业机器人的应用

随着机器人应用范围的扩大，工业机器人的应用范围也逐渐扩大，市場需求主要在汽车、电子设备以及金属制造等领域。

5.1 汽车行业的应用

汽车车身的制造分为四大工艺，冲压、焊装、涂装、总装，工业机器人在这些工艺中，主要承担上下料、焊接、喷漆涂装、码垛搬运等工作。在冲压环节，工业主要用于冲压零件的上下料搬运工作，为打造轻量化车身，大负载机器人就可承担很多工作，可以完成很多大重量的零件。为完成一个漂亮的车身，机器人与整个产线的夹具协作配合，将每块铁皮链接，完成车身的制造。最后利用工业机器人完成整车喷涂、涂胶、玻璃安装等工作，在减少人力的同时，还保证了安装效果，减少了工作时间，提高了工作效率。

5.2 电子行业的应用

人们对电子产品的要求越来越高，而电子产品的价格却逐渐降低，现在一部低端的智能手机的价格在1000元左右，然而，如果使用工人来完成手机的组装，不仅耗费高人力，组装的效果还不能满足生产要求。工业机器人的引入，解决了这些问题，在手机生产领域，更是解决将流程做到了自动化。

5.3 制造业的应用

工业机器人在数控机床领域应用较多，比如参与加工制造，在生产过程中，用机器人代替人工，完成上下料、零部件搬运等工作，可完成批量生产，提高工作效率。工业机器人还可辅助数控折弯机工作，在定位台和翻转架领域实现自动化生产，机器人在折弯施教的耗费时间较少，在防盗门、电梯等加工生产中，应用广泛。

工业机器人还可在数控机床冲压集成功能中发挥巨大作用，它的使用，能够增强数控生产线的柔性，确保生产效率的同时，还能确保机器人实现自我保护。在热模锻领域，工业机器人可以代替数控机床完成操作，节省了时间[7]。

5.4 食品行业的应用

机器人的运用范围越来越广泛，很多传统工业领域人们也逐渐用及其来代替人类工作，比如食品工业。目前，人们已经开发制造出包装罐头机器人、自动午餐机器人、切割牛肉机器人等。

例如切割牛肉机器人，虽然牛的身体结构差不多，但还是有很多不同的地方，为最大限度的保证牛肉的使用率，机器人要选择每头牛的最佳切割方法，机器人系统会模拟技术纯熟的屠宰工人的动作，完成牛肉的切割。

5.5 其他行业的应用

工业机器人不仅仅用在上述几个行业，随着逐渐的机器化，越来越多的行业对机器人的需求量增加。

比如化工行业，在产品生产中要保证一个洁净的化境，洁净度的高低还直接影响产品的质量，工业机器人可以严格按照产品生产要求完成生产。

比如玻璃行业，现在的绝大多数玻璃制造厂，主要依靠人力制造、搬运，而随着科技的发展，对于玻璃的洁净度要求越来越高，有些洁净度要求非常高的玻璃，人工是无法完成的，这个时候工业机器人可以代替人力完成，而且在搬运过程中，工业机器人可以更好的代替人力，完成搬运，还保证了洁净度。

比如家用电器行业，家用电器的大型设备领域对经济性和生产率的要求也越来越高，降低工艺成本，提高生产效率成为重中之重，使用机器人可以更经济有效的完成生产、加工、搬运、测量和检验工作，由此可以确保生产流水线的物料流通顺畅，同时始终保持恒定高产量。工业机器人可以运用到家用电器生产工艺流程的所有方面。

6 结语

机器人从示教再现等原有操作模式逐渐向自主学习、自主作业的方向发展。未来，工业机器人将更小，更轻，更灵活，为了确保国家经济发展的速率和质量，就必须不断创新发展生产技术，打破传统人工生产，通过发展工业机器人技术，提高我国制造业乃至整个工业的装备技术水平，以增强我国的国家安全与综合国力。

参考文献：

[1]闫雪凌，朱博楷，马超.工业机器人使用与制造业就业：来自中国的证据[J].统计研究，2020，37（01）：74-87.

[2]李肇惠，郝昭.工业机器人的技术发展及其应用分析[J].内燃机与配件，2020（01）：249-250.

[3]杨正泽 .中国制造2025 高档数控机床和机器人[M].济南：山东科学技术出版社，2018.05：91-92.

[4]张福学 . 机器人技术及其应用[M]. 北京：电子工业出版社，2000.01：1-6.

[5].工业机器人发展现状及分析[J].电器工业，2020（04）：22-30.

[6]周浩，熊君尹，邵宁.我国工业机器人产业发展现状及思考[J].科技风，2020（11）：1-2.

[7]陶婕.工業机器人在数控机床中的运用实践研究[J].科技风，2020（07）：165.