工业机器人中的自动化生产技术分析
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摘要：随着科学技术的快速发展，工业机器人逐步进入人们视线，其向智能化方向逐步进行，这使得工业机器人技术逐步成为一种高新产业技术。本文主要介绍了工业机器人的相关特征优势，并针对性地分析了工业机器人的控制系统及关键技术，同时也分析了工业机器人的应用现状。
关键词：工业机器人;自动化;应用
中图分类号：TP393 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）24-0212-02
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
随着科学技术的飞速发展，工业机器人已经被广泛应用于各个行业，成为航空、工业制造及自动化生产的重要机电设备。工业机器人，已被人们广泛接受，其中一些高危行业更是希望工业机器人代替人类完成工作。就工业机器人而言，它是一种集中了机械、电子、计算机等技术的现代化设备，也是一种由操作机和控制器等共同构成的传感装置，可以实现自动控制的现代化设备。近些年来，该技术也在进一步突破，对生产制造方面有很大的积极作用，是工业生产中的重要技术之一。
1 工业机器人的发展及特征
通常来说，在工业发展的進程中，工业机器人主要分为具有高度自由的机器人和关节较多的机械手臂，后者可以依赖自身展开工作。两种机器人的功能实现依靠人工智能技术，利用自身的动力和控制力实现。目前，国际上领先的工业机器人正逐步向高精、高速的方向发展，使其在工业生产中的作用也越来越明显，工业机器人的使用不仅能有效的保证工业生产效率，还能提高生产质量。当前的工业机器人主要有以下几大特征：
（1）具有较高的自由度。加强控制能力，需要增多伺服机构，并且会以自由度方式将伺服各个机构表现出来。因此，为了加强机器本身的控制能力，其必须具备有较高的自由度。通常上，简单的机器人自由度仅有4个;越是复杂的机器人，自由度越是较高，目前最高自由度可达100以上。
（2）具有智能化的特点。工业机器人的发展运行过程需要计算机技术的参与，并对工业机器人进行有效的控制，使得整个系统能够按照机器人的方式进行活动。
（3）具有精密化、柔性化特点。工业机器人在开发制造过程中需要使用精密先进的制造术，同时，工业机器人使用过程中也需要通过柔性化生产，增强制造企业的灵活性和应变能力，提高效率。
2 工业机器人的控制系统及控制方式
工业机器人由机械部分、传感部分和控制部分三大部分组成，机械部分是机器人所需要的操作机械，这是构成机器人运行的主体。传感部分主要功能是将计算机控制命令转化成为机械语言，进而实现该命令。控制部分是按照输入流程，对驱动程序、执行机构发出指令信息，并对其进行信息控制。根据控制原理可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统;根据控制运动的形式可分为点位控制和连续轨迹控制。而工业机器人的控制方式主要有以下几种：
（1）点位控制：这是指工业机器人的执行器在操作过程中，只需要控制某些重要位点，这种控制方式中，不需要规定工业机器人到目标的工作轨迹，仅需指定工业机器人的运行速度与相邻位点的位姿即可，但要求工业机器人在相邻点之间准确的进行运动。
（2）智能控制：所谓智能化控制是指工业机器人具有一定的智能化效果，利用机器人本身的传感器系统了解周围环境，并结合自身的存储知识，根据一定的算法将具体执行的决策做出来，其工业机器人具有一定的学习能力，且能更好地适应周围环境。
（3）连续轨迹控制：工业机器人在进行作业时，不仅需要规定工业机器人的运动轨迹，还需要明确工业机器人的位姿精度和运行速度，同时，工业机器人需在规定的速度与运行轨迹中运动行进，可见工业机器人在完成指令的过程中，不仅要运动平稳、速度可控，且其轨迹也要光滑。
3 工业机器人发展的核心技术
目前，我国的工业机器人发展技术还不是特别成熟，创新性相对较差，许多重要零部件仍需借助进口资源，这就需要我们研发属于自己的核心技术与部件，这样才能更好地发展中国的工业机器人产业，从而提升工业生产效率。
（1）启动控制技术
开发工业机器人最重要的是取代人力去做一些相对高危的工作，这就需要工业机器人具有一定的灵活性、可操作性。工业机器人手臂本身就是模仿人手所制造，需要一定的灵活性。通过一系列核心技术的开发，可以巧妙地完成复杂作业，提高工作效率。同时，在工业机器人的新结构设计和高效驱动方面，若改良相关的机械装置和执行器，也可有效地提高工业机器人的精度和其他的系列性能。
（2）多传感融合技术
传感系统是工业机器人系统中的重要基础，一台拥有智能化性能的工业机器人必须拥有良好的感知系统，这样工业机器人才可以通过感知能力了解周边的环境信息，才能快速检测部件和产品组件的生产情况，同时，侵入式的生物传感器可以评估出操作者的情绪，并根据操作者的行为做出相应的判断，以此来配合操作人员，并安全完成操作任务。因此，这就需要工业机器人本身需要拥有极其精密的传感器，这样才能实现智能化操作。目前许多工作流程复杂、工种较多的生产线需要的工业机器人具有一定的通用性，这就需要提高工业机器人的灵敏性和智能化程度，可在未知环境中工作，并且可与人协同工作，这就增加了工业机器人环境感知的难度。因此，传感融合技术是工业机器人发展的重中之重。
（3）人机交互技术
工业机器人主要是协同工业操作人员完成一些笨重枯燥和相对危险、人力难以完成的工作，因此，这就需要工业机器人拥有良好的人机交互技术，才能实现人机协作。这也就需要研究人员多了解人机交互技术中的一些关键技术。例如，机器人与人、环境之间的绝对安全共存技术，目标环境的自适应技术等等。人机交互技术实现方式从最开始的命令行格式，逐步发展到触摸屏图形界面，现在VR虚拟现实技术也在工业机器人中得以应用。在实际操作中，还必须保证人机交互的安全性，为此，工业机器人已经向协作型机器人演变。 （4）路径规划技术
目前，许多智能化的工业机器人在复杂环境中工作时，若没有固定的导轨，就需要工业机器人能够自主的检测周边环境，且能自主避免障碍物，并完成最优的路径规划。例如搬运机器人能够自主避开行进道路上的障碍，这就需要工业机器人拥有良好的路径规划技术，不过这一技术仍需要深入研发。
4 工业机器人在实际中的应用研究
目前，工业机器人已经被广泛应用于工业生产中，在与操作工的严密配合下，不仅能有效地完成单一作业，也可以多机联合，实现复杂工作的操作。
（1）搬运机器人
搬运机器人目前比较常见，在生产制造过程中，企业为提升自身的生产效率会采用搬运机器人进行工作，这样不仅能有效地提高生产效率，也可以减少操作人员的作业劳动强度，从而降低部分成本。常见的搬运机器人主要有六轴和四轴两种串联关节型机器人。相比较而言，六轴机器人的可操作性更强，主要被应用于较大较重的货物搬运过程中。
（2）自动化装配线
许多大型化生产企业均采用流水线生产，这样不仅能提高生产效率，还能降低工作人员的劳动强度，节约生产成本。而自动化装配线上的机器人也因操作手臂的运动情况水平被分为旋转关节型和直角坐标型等多种装配机器人。垂直多关节型装配机器人在运行过程中能够实现任意一定的工作姿势，而直角坐标装配机器人因在生产过程中的操作简单而应用在零件的移送等简单操作。对于双臂装配机器人而言，其性能较佳，可以实现较为复杂的装配工作。
（3）焊接机器人
许多的大型设备在制造过程中需要大量的焊接工作，但仍主要采用人工焊接，相当费时、费力。焊接机器人主要是在工业机器人上安装焊接工具，代替焊工从事焊接工作。这样不仅能顺利完成工作，提高生产效率，还能减轻劳动负担。目前，点焊机器人主要应用汽车的焊接，但是随着科技技术和制造业的快速发展，焊接智能化技术也突飞猛进，激光焊接技術在汽车焊接领域已全面推广。焊接机器人应用更加普及化成为国内外焊接技术的发展趋势以及焊接生产发展的新需求和新动向。实现焊接产品的自动化、柔性化与智能化已成为发展的必然趋势。
5 结论
随着科学技术的飞速发展，工业机器人在技术和功能方面已经有了很大的提升，基本实现自动化、智能化控制。同时，基于工业机器人自身的优点，其已经被广泛应用于生产制造行业，不仅有效地提高了生产效率，还减轻了劳动人员的劳动负担。但是工业机器人仍存在许多的不足之处，这就要求我们要提升核心竞争力，发展核心关键技术，才能实现工业机器人的价值，造福人类。
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【通联编辑：光文玲】
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