從機(jī)器人五大領(lǐng)域出發(fā)談工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)
工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)和傳感器組件等基本部分組成。是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)械裝置，能自動(dòng)執(zhí)行工作，靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的裝置。機(jī)器人的主體為機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包括臂部、腕部和手部，有的帶有行走機(jī)構(gòu)。既可接受人類(lèi)指揮，也可按照預(yù)先編排的指令程序運(yùn)行，先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人能夠根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。
自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(chǎng)(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。 廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式。
自20世紀(jì)60年代初機(jī)器人問(wèn)世以來(lái)，機(jī)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(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
?。?）提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)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(jī)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(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)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(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)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(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)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。
（3）減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)器人可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上目前幾乎都設(shè)有機(jī)器人，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。
目前，世界上有百萬(wàn)多臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正在各種生產(chǎn)現(xiàn)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(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用已拓展到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的諸多領(lǐng)域；傳統(tǒng)制造領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過(guò)誕生、成長(zhǎng)、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(jī)器人
工業(yè)機(jī)器人在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，涉及鑄造、噴砂處理、噴丸清理及鑄件運(yùn)輸?shù)葞缀跛协h(huán)節(jié)。
工業(yè)機(jī)器人在鑄造生產(chǎn)中所完成的基本功能包括：從機(jī)器的工作區(qū)域取出鑄件；依次將鑄件移送到檢測(cè)位置，進(jìn)入冷卻裝置；放入切邊機(jī)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(jī)器人應(yīng)具有特殊的結(jié)構(gòu)形式，以防止周?chē)橘|(zhì)的作用；如控制柜、控制臺(tái)、導(dǎo)軌以及摩擦表面的密封，將控制系統(tǒng)布置在獨(dú)立單元中等。鑄造生產(chǎn)中的工業(yè)機(jī)器人正朝著運(yùn)行的快速性及可靠性方向發(fā)展。
（2）冷加工設(shè)備中的工業(yè)機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人在鍛壓設(shè)備生產(chǎn)中涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括：用于曲柄壓力機(jī)、模壓曲柄彎管機(jī)、螺旋壓力機(jī)等。
在鍛壓生產(chǎn)中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，其基本功能包括：從規(guī)定位置夾持毛坯；移送到工作位置；從一個(gè)位置轉(zhuǎn)放到另一個(gè)位置（其中包括轉(zhuǎn)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(jī)器人技術(shù)綜合裝置的指令等。
（3）金屬切削機(jī)床用的工業(yè)機(jī)器人 在柔性生產(chǎn)單元、柔性制造系統(tǒng)中，采用工業(yè)機(jī)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(jié)構(gòu)的金屬切削機(jī)床用工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
金屬切削機(jī)床用的工業(yè)機(jī)器人所完成的基本功能包括：在機(jī)床工作空間內(nèi)安裝事先已經(jīng)定向的毛坯；從機(jī)床上取下零件并放入包裝箱（貯料器）中；必要時(shí)翻轉(zhuǎn)零件，清洗零件及夾具的基準(zhǔn)面；控制裝置發(fā)出工藝指令；檢測(cè)零件等。當(dāng)采用輔助裝置和坐標(biāo)循環(huán)臺(tái)、升降平臺(tái)等機(jī)構(gòu)時(shí)，可以擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人的功能。
?。?）裝配用工業(yè)機(jī)器人 在裝配生產(chǎn)中的工業(yè)機(jī)器人，既可為自動(dòng)裝配機(jī)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(xiàn)工業(yè)機(jī)器人操作必須保證基本功能的實(shí)現(xiàn)：如在垂直方向上手臂應(yīng)該能作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人結(jié)構(gòu)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(dāng)大的作用力；機(jī)器人有補(bǔ)償定位誤差的可能性，即結(jié)構(gòu)的柔順性，如依靠在垂直于裝配基本方向的平面上結(jié)構(gòu)的柔順性；工作機(jī)構(gòu)能作高速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)考慮上述基本功能要求時(shí)，裝配工業(yè)機(jī)器人合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)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(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人的承載能力不應(yīng)超過(guò)極限值，并且，機(jī)器人應(yīng)具有很靈活的、較大的工作空間以及緊湊的結(jié)構(gòu)。
?。?）金屬電鍍?cè)O(shè)備用的工業(yè)機(jī)器人 金屬電鍍?cè)O(shè)備用的工業(yè)機(jī)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(yīng)用領(lǐng)域包括：電鍍法涂層、化學(xué)法涂層、陽(yáng)極機(jī)械法在零件上涂層等。目前，提高金屬電鍍機(jī)器人操作機(jī)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(jī)器人的發(fā)展方向。
同樣，在工業(yè)機(jī)器人研究領(lǐng)域，學(xué)者們正朝著模糊控制、智能化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、高精化、網(wǎng)絡(luò)化及自我完善和修復(fù)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(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，用傳統(tǒng)控制模型難以正確描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，此時(shí)便可以用模糊數(shù)學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題。未來(lái)機(jī)器人的特點(diǎn)在于其具有更高的智能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)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(jī)器人的工作能力將會(huì)突破性的提高及發(fā)展。
（2）通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化 工業(yè)機(jī)器人的組件及構(gòu)件實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化是降低成本的重要途徑之一。
（3）高精化 隨著制造業(yè)對(duì)機(jī)器人要求的提高，開(kāi)發(fā)高精度工業(yè)機(jī)器人是必然的發(fā)展結(jié)果。
（4）網(wǎng)絡(luò)化 目前應(yīng)用的機(jī)器人大多僅實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制，如何使機(jī)器人由獨(dú)立的系統(tǒng)向群體系統(tǒng)發(fā)展，使遠(yuǎn)距離操作監(jiān)控、維護(hù)及遙控是目前機(jī)器人研究中的熱點(diǎn)之一。
?。?）自我完善和修復(fù)能力 機(jī)器人應(yīng)該具有自我修復(fù)的能力，才能更好地避免因?yàn)橥话l(fā)狀況導(dǎo)致的生產(chǎn)停頓。當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤指令時(shí)應(yīng)該自己進(jìn)行報(bào)警或調(diào)試；當(dāng)元器件損壞時(shí)可以自我進(jìn)行修復(fù)。
