工业机器人在制造业中的应用研究

张松林

（安徽信息工程学院，安徽 芜湖 241000）

制造业的发展水平直接体现着国家整体的生产水平，因此不断提高制造业生产能力以及创新水平，促进制造业走向科技化、自动化是达成制造强国目标的必经渠道.目前，制造业正向高度智能化、自动化水平发展，其中智能、自动科技的典型代表非工业机器人莫属.

目前，已经投入使用的工业机器人通常拥有3～6个自由度，由传动结构以及动力装置作为工业机器人实时操作的驱动系统，工业机器人的操作系统则需对操作人员输入的命令程序进行控制.工业机器人除在制造业中担负重任之外，在科研任务中，也担任着关键的攻坚任务，如深海探索科研任务以及登月计划中，所应用到的机器人都是由工业机器人进一步发展而来的.

1 工业机器人应用现状

作为机电一体化高度集成的代表物，工业机器人是当前我国制造业重点发展的领域之一，是推动工业制造领域实现自动化、智能化，进一步达到工业4.0的主要标志.实际操作过程中，工业机器人凭借多关节机械手臂来进行各项操作，不仅大幅度提升了制造、生产效率，同时还有效缓解了当前制造业人力、成本以及技术压力.例如，当前日本日立公司凭借工业机器人与人工操作相结合的工作模式，提高了公司8%的生产效率.在2011-2016年间，工业机器人在全球的年均销售率高达12%，同一时间，我国工业机器人的年均销售率也快速增长到30%.以汽车工业机器人为例，国际社会上，美国、德国、意大利、法国等国家，其汽车工业机器人的密度已高达每万人1000台以上，我国因在此领域的起步较晚，因此我国工业机器人在各制造领域的使用水平距离国际上较为先进工业的国家还有一段距离.

近年来，工业机器人创新和应用技术发展迅速，其应用领域也出现了巨大改变.除上文提到的汽车制造业之外，机电、采矿、物流、造船以及航空等诸多领域都已经展开对工业机器人的应用，单在搬运、打磨、焊接等环节中应用的机器人种类，就多达数千种.本文以搬运和焊接机器人为主展开探讨，就工业机器人的应用现状做简要分析.

1.1 焊接机器人的应用

焊接过程中对于焊接精细度要求较为严格，对人工技能水平的要求较高，再加上焊接工作的环境较为恶劣，高强度的焊接工作对焊接人员的眼睛和皮肤都会造成严重损害.而焊接机器人的投入使用使得这些问题得到有效解决.目前，焊接机器人分类较多，不同应用场合所选取的焊接机器人也各有不同，其中多关节机器人因能够任意调整姿态，并能以任意角度调整焊枪的位置，所以多关节机器人在当前使用作为广泛.

调查表明，工业机器人中，焊接机器人的应用要占到其整体应用的一半左右，其主要分为弧焊和点焊两大分类.通过在汽车行业的广泛应用，使得焊接机器人在短时间内得到了迅速发展.当前，焊接机器人技术在汽车导轨、底盘和液力变矩器等部件的应用已经非常成熟.如在本田车身的焊接生产线中，采用自动化技术进行焊接的环节已达85%以上，并且在其车体安全部件的焊接过程中，也完全使用机器人进行焊接，有效避免了人工操作失误，提高了汽车整体的安全性能.再如，丰田公司在其国内外所有的电焊机器人上都装备了电焊标准，这种技术能够不服提高焊接精准度，保证焊接质量.汽车生产过程中，通过结合弧焊和点焊机器人，能够实现在同一时间内对汽车上、下部件进行同时加工，实现了汽车焊接生产线的进一步精简.

随着焊接作业越加复杂，焊接过程中，对焊缝精准度的要求也在不断提高.通过在焊接机器人上安装速度传感器，同时在系统结合电弧传感器技术的基础上，能够有效达到焊缝自动跟踪效果，该技术在德国汽车制造业中应用较为普遍，如在奥迪、奔驰等轿车车身生产过程中，就采用了机器人激光焊接工艺.除此以外，焊接机器人在造船业、工程以及铁路机械中的应用也较为普遍.如在造船以及铁路机械的板材焊接中，就有着德国KUKA焊接机器人的“身影”.与人工焊接方式相比，焊接机器人无论在焊接质量还是焊接速度层面上，都具有明显优势，投入适量的焊接机器人能够有效改善焊接条件，缩短焊接周期，不断提高焊接效率以及产品生产效率.

当前，由于数字化电压技术的发展，焊接机器人再利用数字化电压技术的基础上，能够有效保障焊接工作的持续稳定，并且焊缝成形与人工焊接相差无几.随着计算机控制技术、人工智能等技术的快速发展，焊接机器人正快速向多样化、自动化、智能化等方向发展.目前，焊接机器人焊接过程的智能控制技术、自动焊接系统的柔性控制以及焊接机器人传感技术等都是当前学术研究的热点，也是进一步推动焊接机器人突破发展瓶颈而急需解决的技术难关，可以肯定的是，科研技术的不断发展和应用，必然会不断推动焊接机器人技术走向更高境界.

1.2 搬运机器人的应用

作为能够自动执行工作命令的装置，机器人不仅能够实时接受人们发出的指令，还能有效运行编排人员预先编排下的程序，同时又能运行人工智能技术所指定的动作，所以，能够自动化进行搬运的机器人在物流业中的各个环节都有着广泛应用，如在货物包装、运输以及货物储存等都有着搬运机器人的身影.从1960年，首台搬运机器人投入使用开始，到目前为止，世界上已经有超过20万台的搬运机器人被投入到各个领域这种，其中最为常见的搬运机器人要属适用于大中型重物搬运的IRB4400.目前，搬运机器人技术无论是在机械制造还是汽车、电子等领域，其技术应用以十分成熟.而在化工行业中，因涉及能源、石油以及各类涂料等，在采用人工搬运时具备一定的危险性，而通过将搬运机器人应用其中，不仅能有效提高搬运效率，同时还能一定程度地避免安全事故的发生.

当前，四轴搬运机器人以及六轴搬运机器人是交叉多学科领域中研究最多的两种高新技术，其中四轴搬运机器人的特点在于其搬运速度，因其运动轨迹接近直线，因此可实现高速搬运，通常应用在高速码垛以及包装中.而六轴搬运机器人的特点在于其善于进行重物搬运，如KUKA公司研发的高负载搬运机器人，最大负荷能力可达1300kg，最高作业高度为5m，被广泛应用与建材、汽车以及铸造业等.

目前，国际上多采用多个高速并联机器人，Delta机械手就是其典型代表.Delta机械手能够在任意角度下进行物品摆放，并且其重复定位的准确度为±0.1mm.我国由于对搬运机器人的研究起步较晚，与国际上较为先进的搬运机器人技术相比，缺乏能够稳定应用于实际搬运操作的产品.尤其在涉及精度以及速度的电子制造业中，我国所应用的搬运机器人在速度以及精度要求上仍旧有较大的发展空间.

1.3 其他领域中工业机器人的应用

当前，工业机器人出应用于汽车、采矿、石油等制造业之外，在航天、生化、船舶等领域也有着较为广泛的应用，如高压线作业机器人、深海作业机器人等.再如，就海底种植来讲，其不仅费时费力，对种植人员的种植技能要求较高，并且还具备一定的危险因子.而采用水下机器人，不仅能够有效节省人工精力，还能大幅提高海地种植效率，避免安全事故的发生.另外，高压巡线也是一项危险性较高的工种，工作人员需攀爬高压线设备进行安全巡视，具有一定危险性.而通过借助高压线作业机器人来帮助工作人员进行高压线巡视，不仅省时省力，还能有效保障工作人员的生命安全.在医药领域，工业机器人具备良好的发展前景.随着药品质检标准不断提升，药品生产过程中对于生产环境的要求也越来越高，为确保药品质量，所有药品都需在无菌的环境中进行生产，卫生型机器人的投入使用有效降低了药品生产过程中，人工活动对药品卫生造成的影响，在提高药品生产效率的同时，有效促进药品生产更加符合制药卫生标准.航天领域中使用的机器人代表了机器人最为高薪的科技，在历经多批科学家的通力研制后，最新问世的智能机器人已经能够实现在其他星球进行收集以及各类科研任务.

2 工业机器人的未来

随着科学技术以及人工智能技术的不断发展，各类形制特异的新材质逐渐逐渐被应用到实践生产过程当中，国际上各发达国家已经将机器人研发技术列到重点发展领域之中，特别是在结合互联网信息技术以及自动化技术的背景下，促进机器人实现高精度智能操作以及全自动化操作将指日可待.工业机器人的投入使用，虽然会一定程度的加剧社会就业压力，然而从在职员工和企业管理者层面来讲，工业机器人的投入使用还是带来了诸多益处的.对企业管理者来讲，以低成本、高效率的生产方式才是实现企业运营效益最大化的有效方式，工业机器人的使用，不仅能有效降低人工成本，同时还能有效提高产品生产效率，实现企业效益的最大化.对于在职员工来讲，一方面，工业机器人的使用能够使得员工避免参与对人体造成危害的生产环节，保证了员工身体健康；另一方面，在就业压力不断加剧的今天，工业机器人的使用对于在职员工来讲，相当于一种变相的激励，员工只有在不断学习的过程中，掌握更多技术，才能保证不被社会所淘汰.对于企业自身来讲，工业机器人的应用，无论是在提高产品质量还是提高在职员工工作技能层面上，都有着一定促进效果.

3 结束语

综上所述，工业机器人在制造业中起着不可替代的作用.在现代制造业不断发展的背景下，人们对工业机器人，尤其是全自动、智能化的先进型工业机器人的要求将会越来越高.企业生产过程中，利用全自动化、智能化的工业机器人实现高效率、标准化的生产模式将是企业实现生产效率最大化的未来追求.

〔1〕顾凯．工业机器人——中国制造业的“救世主”[J]．技术与市场,2017(04)：309-310+312．

〔2〕李丫丫,潘安．工业机器人进口对中国制造业生产率提升的机理及实证研究[J]．世界经济研究,2017(03)：87-96+136．

〔3〕殷俊．智能工业机器人在航空制造业的应用[J]．制造业自动化,2016(10)：105-107．