從機器人五大領(lǐng)域出發(fā)談工業(yè)機器人發(fā)展趨勢
工業(yè)機器人由機械本體、控制系統、驅動(dòng)與傳動(dòng)系統和傳感器組件等基本部分組成。是應用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節機械手或多自由度的機械裝置，能自動(dòng)執行工作，靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現設計功能的裝置。機器人的主體為機座和執行機構，主要包括臂部、腕部和手部，有的帶有行走機構。既可接受人類(lèi)指揮，也可按照預先編排的指令程序運行，先進(jìn)的工業(yè)機器人能夠根據人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。
自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來(lái)，機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(FMS)、自動(dòng)化工廠(chǎng)(FA)、計算機集成制造系統(CIMS)的自動(dòng)化工具。 廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著(zhù)十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改變著(zhù)人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式。
自20世紀60年代初機器人問(wèn)世以來(lái)，機器人技術(shù)經(jīng)歷了不斷的發(fā)展，已取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步和成果。主要體現在如下幾個(gè)方面：
?。?）提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度 應用機器人，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動(dòng)化的步伐。
?。?）改善勞動(dòng)條件、避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機器人即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善工人的勞動(dòng)條件。同時(shí)，在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復作業(yè)的操作中，以機器人代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
?。?）減少人力，便于有節奏的生產(chǎn) 應用機器人代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側面，同時(shí)由于應用機器人可以連續地工作，這是減少人力的另一個(gè)側面。因此，在自動(dòng)化機床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上目前幾乎都設有機器人，以減少人力和更準確地控制生產(chǎn)的節拍，便于有節奏地進(jìn)行生產(chǎn)。
目前，世界上有百萬(wàn)多臺工業(yè)機器人正在各種生產(chǎn)現場(chǎng)工作；在非制造領(lǐng)域，上至太空艙、宇宙飛船，下至極限環(huán)境作業(yè)、日常生活服務(wù)，機器人技術(shù)的應用已拓展到社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的諸多領(lǐng)域；傳統制造領(lǐng)域，工業(yè)機器人經(jīng)過(guò)誕生、成長(cháng)、成熟期后，已成為不可或缺的核心自動(dòng)化裝備。
?。?）熱加工生產(chǎn)中的工業(yè)機器人
工業(yè)機器人在鑄造生產(chǎn)中應用廣泛，涉及鑄造、噴砂處理、噴丸清理及鑄件運輸等幾乎所有環(huán)節。
工業(yè)機器人在鑄造生產(chǎn)中所完成的基本功能包括：從機器的工作區域取出鑄件；依次將鑄件移送到檢測位置，進(jìn)入冷卻裝置；放入切邊機的壓模中；從壓模中拿走，分放在包裝箱中；將芯放到鑄造砂型中并澆注金屬。用于鑄造生產(chǎn)中的工業(yè)機器人應具有特殊的結構形式，以防止周?chē)橘|(zhì)的作用；如控制柜、控制臺、導軌以及摩擦表面的密封，將控制系統布置在獨立單元中等。鑄造生產(chǎn)中的工業(yè)機器人正朝著(zhù)運行的快速性及可靠性方向發(fā)展。
?。?）冷加工設備中的工業(yè)機器人 工業(yè)機器人在鍛壓設備生產(chǎn)中涉及的應用領(lǐng)域包括：用于曲柄壓力機、模壓曲柄彎管機、螺旋壓力機等。
在鍛壓生產(chǎn)中應用的工業(yè)機器人，其基本功能包括：從規定位置夾持毛坯；移送到工作位置；從一個(gè)位置轉放到另一個(gè)位置（其中包括轉動(dòng)）；取下成品件并將其放到包裝箱中；抓放廢料；發(fā)出控制機器人技術(shù)綜合裝置的指令等。
?。?）金屬切削機床用的工業(yè)機器人 在柔性生產(chǎn)單元、柔性制造系統中，采用工業(yè)機器人輔助生產(chǎn)是最有成效的方法。目前，具有基本組合模塊結構的金屬切削機床用工業(yè)機器人已經(jīng)得到廣泛的應用。
金屬切削機床用的工業(yè)機器人所完成的基本功能包括：在機床工作空間內安裝事先已經(jīng)定向的毛坯；從機床上取下零件并放入包裝箱（貯料器）中；必要時(shí)翻轉零件，清洗零件及夾具的基準面；控制裝置發(fā)出工藝指令；檢測零件等。當采用輔助裝置和坐標循環(huán)臺、升降平臺等機構時(shí)，可以擴大工業(yè)機器人的功能。
?。?）裝配用工業(yè)機器人 在裝配生產(chǎn)中的工業(yè)機器人，既可為自動(dòng)裝配機服務(wù)，又可直接用來(lái)完成大批量零件裝配作業(yè)。
裝配作業(yè)包括堆垛、擰螺絲、壓配、鉚接、彎形、卷邊、膠合等。為實(shí)現工業(yè)機器人操作必須保證基本功能的實(shí)現：如在垂直方向上手臂應該能作直線(xiàn)運動(dòng)；機器人結構在沿垂直軸方向上要有足夠高的剛度，能夠承受在裝配方向上產(chǎn)生相當大的作用力；機器人有補償定位誤差的可能性，即結構的柔順性，如依靠在垂直于裝配基本方向的平面上結構的柔順性；工作機構能作高速運動(dòng)。當考慮上述基本功能要求時(shí)，裝配工業(yè)機器人合理的結構應該是帶有在水平面上鉸接的工作手臂，并具有垂直行程的工作機構。工業(yè)機器人的承載能力不應超過(guò)極限值，并且，機器人應具有很靈活的、較大的工作空間以及緊湊的結構。
?。?）金屬電鍍設備用的工業(yè)機器人 金屬電鍍設備用的工業(yè)機器人主要用于在電鍍槽上的服務(wù)及涂漆作業(yè)。涉及的應用領(lǐng)域包括：電鍍法涂層、化學(xué)法涂層、陽(yáng)極機械法在零件上涂層等。目前，提高金屬電鍍機器人操作機的移動(dòng)速度、提高電傳動(dòng)的勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少金屬消耗量、減少生產(chǎn)過(guò)程所占的工作面積等是該類(lèi)工業(yè)機器人的發(fā)展方向。
同樣，在工業(yè)機器人研究領(lǐng)域，學(xué)者們正朝著(zhù)模糊控制、智能化、通用化、標準化、模塊化、高精化、網(wǎng)絡(luò )化及自我完善和修復能力等方向進(jìn)行研發(fā)。
?。?）模糊控制和智能化 模糊控制是利用模糊數學(xué)的基本思想和理論的控制方法。對于復雜的系統，由于變量太多，用傳統控制模型難以正確描述系統的動(dòng)態(tài)，此時(shí)便可以用模糊數學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題。未來(lái)機器人的特點(diǎn)在于其具有更高的智能。隨著(zhù)計算機技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專(zhuān)家系統技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能工程技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人的工作能力將會(huì )突破性的提高及發(fā)展。
?。?）通用化、標準化、模塊化 工業(yè)機器人的組件及構件實(shí)現通用化、標準化、模塊化是降低成本的重要途徑之一。
?。?）高精化 隨著(zhù)制造業(yè)對機器人要求的提高，開(kāi)發(fā)高精度工業(yè)機器人是必然的發(fā)展結果。
?。?）網(wǎng)絡(luò )化 目前應用的機器人大多僅實(shí)現了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )通訊和控制，如何使機器人由獨立的系統向群體系統發(fā)展，使遠距離操作監控、維護及遙控是目前機器人研究中的熱點(diǎn)之一。
?。?）自我完善和修復能力 機器人應該具有自我修復的能力，才能更好地避免因為突發(fā)狀況導致的生產(chǎn)停頓。當出現錯誤指令時(shí)應該自己進(jìn)行報警或調試；當元器件損壞時(shí)可以自我進(jìn)行修復。
