工业机器人与智能制造

　　工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有柔性好、自动化程度高、可编程性好、通用性强等特点。在工业领域中，工业机器人的应用能够代替人进行单调重复的生产作业，或是在危险恶劣环境中的加工操作。国际上，工业机器人的定义主要有两种：一种是具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。还有一种是可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机;或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统。

　　在智能制造领域，工业机器人作为一种集多种先进技术于一体的自动化装备，体现了现代工业技术的高效益、软硬件结合等特点，成为柔性制造系统、自动化工厂、智能工厂等现代化制造系统的重要组成部分。机器人技术的应用转变了传统的机械制造模式，提高了制造生产效率，为机械制造业的智能化发展提供了技术保障;优化了制造工艺流程，能够构建全自动智能生产线，为制造模块化作业生产提供了良好的环境条件，满足现代制造业的生产需要和发展需求。

　　工业机器人的结构与功能

　　一、机械部分机械部分包括工业机器人的机械结构系统和驱动系统。机械部分是工业机器人的基础，其结构决定了机器人的用途、性能和控制特性。

　　机械结构系统：即工业机器人的本体结构，包括基座和执行机构，有些机器人还具有行走机构，是机器人的主要承载体。机械结构系统的强度、刚度及稳定性是机器人灵活运转和定位的重要保证。

　　驱动系统:包括工业机器人动力装置和传动机构，按动力源分为液压、气动、电动和混合动力驱动，其作用是提供机器人各部位、各关节动作的原动力，使执行机构产生相应的动作。驱动系统可以与机械系统直接相连，也可通过同步带、链条、齿轮、谐波传动装置等与机械系统间接相连。

　　二、传感部分传感部分包括工业机器人的感受系统和机器人-环境交互系统。传感部分是工业机器人的信息来源，能够获取有效的外部和内部信息来指导机器人的操作。

　　感受系统:是工业机器人获取外界信息的主要窗口，机器人根据布置的各种传感元件获取周围环境状态信息，对结果进行分析处理后控制系统对执行元件下达相应的动作命令。感受系统通常由内部传感器模块和外部传感器模块组成：内部传感器模块用于检测机器人自身状态;外部传感器模块用于检测操作对象和作业环境。

　　机器人-环境交互系统:是工业机器人与外部环境中的设备进行相互联系和协调的系统。在实际生产环境中，工业机器人通常与外部设备集成为一个功能单元。该系统帮助工业机器人与外部设备建立良好的交互渠道，能够共同服务于生产需求。

　　三、控制部分控制部分包括工业机器人的人-机交互系统和控制系统。控制部分是工业机器人的核心，决定了生产过程的加工质量和效率，便于操作人员及时准确地获取作业信息，按照加工需求对驱动系统和执行机构发出指令信号并进行控制。

　　人机交互系统:是人与工业机器人进行信息交换的设备，主要包括指令给定装置和信息显示装置。人机交互技术应用于工业机器人的示教、监控、仿真、离线编程和在线控制等方面，优化了操作人员的操作体验，提高了人机交互效率。

　　控制系统:是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号，支配工业机器人的执行机构完成规定动作的系统。控制系统可以根据是否具备信息反馈特征分为闭环控制系统和开环控制系统;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系统和连续轨迹控制系统。

　　工业机器人在智能制造用的应用优势

　　工业机器人的应用可提高产品质量、降低生产成本，制造企业可获得更高的生产效益。

　　此外，在工业生产中，工业机器人可与不同数控机床连接，进行多种产品生产，为柔性生产线建设提供帮助。整个过程无需人工操作，工业机器人可24h进行工件生产，表现出生产效率高、产品精度高、一致性强等优势。

　　既然工业机器人在智能制造中有如此大的优势，那么在实际应用上表现如何?

　　工业机器人在智能制造中的应用

　　在钢铁企业生产中，工业机器人可以大展身手。第一，自动拆捆机器人可自动测量捆带和卷边的位置，进行剪裁，并将捆带压缩为最小尺寸，运输至废料斗中。第二，自动取样机器人可以自动取出小车中的试样板，并在试样板上粘贴标签。有些流水线上还单独使用了自动贴标签机器人，自动完成标签的打印、拾取与粘贴操作。当然，最常见的还是无人化行车，通过计算机编程，可按照最短路线行驶，自动完成钢卷吊装、信息识别与存储等操作，实现准确定位、轻装轻卸。

　　其实，工业机器人应用最广泛的领域就是汽车制造领域。如今，汽车制造的各个环节基本都由机器人完成主要工作，宝马、大众、东风日产等等，都有它们固定的机器人供应商，协助配合完成机器人部署。

　　重要的焊接环节中，工业机器人配置相应的焊接工具，与传感器配合使用，可以自动完成车体焊接操作，不仅减少了人工焊接高风险的情况，而且和人工操作相比，焊接机器人作更为准确。另外，在外车喷漆环节，工业机器人配置相应的喷漆工具与程序，可保障外车喷漆的一致性，并在喷漆结束后完成涂胶操作，提高生产效率。最后，在整车装配环节，往往是最复杂的。人工装配精度低、效率低，在这一环节使用工业机器人，可根据内置程序规范装配汽车座椅、车窗、仪表等部件，保障装配的精度。

　　5、工业机器人如何助力智能制造

　　首先也是最基础的，就是加强人才培养，毕竟工业机器人属于高新技术，专业人才较为稀缺，为保障工业机器人技术的深入研发，需加强人才培养，提供人才保障。教育部门可进一步完善机器人等专业，加大教育经费投入。同时，企业需加强技术骨干的培养，定期组织技术人员到行业龙头企业及先进企业学习经验，掌握工业机器人要点，结合生产实际，进行机器人的研发。

　　当然，还有老生常谈的技术创新，就目前技术水平而言，我国工业机器人研发在执行力方面与国际领先水平相差无几，但在工业机器人的功能、性能、系统集成化水平及运动精度等方面，仍存在较大差距。

　　最后，还要加强性能优化，因为目前我国工业机器人在制造企业中的应用集中于运输、焊接等，性能相对比较单一。为扩大工业机器人应用广度，工业机器人需不断优化，结合智能制造相关企业的需求，实现机器人在生产线全覆盖，真正去实现智能制造。

　　6、结论

　　工业机器人在智能制造中的应用，可提高产品生产效益，建设柔性生产线，实现产品制造的智能化、高效化发展。为了增强工业机器人在智能制造中的应用，需加强人才培养、技术创新与性能优化等工作，加大工业机器人在智能制造中的应用广度与深度，推动智能制造的进一步发展。当然，推进智能制造是一项复杂而庞大的系统工程，也是一件新生事物，这需要一个不断探索、试错的过程，难以一蹴而就，更不能急于求成。