工业机器人技术在智能制造领域中的运用研究

前言：

科技与经济的结合衍生出了一大批的先进技术，其中便包含了工业机器人。而工业机器人的出现不仅为制造领域的发展带来了诸多新的发展优势，更是极大优化了制造业的工作效率。然而，时至今日仍有不少企业及工作人员因从未亲眼见证而没能意识到工业机器人的应用价值，以致日常工作也鲜少与工业机器人打交道，更遑论加大对工业机器人的研发力度，这便是导致工业机器人目前与制造业融合程度较差的主要原因之一。对此，为改善以上状况，除了要持续加强对工业机器人技术的研究力度外，加大对工业机器人技术的推广也是十分重要。只有让工业领域的参与者全面意识到工业机器人的效用价值，才能提升其在我国制造领域中的应用成效，继而在推动我国制造业的不断发展同时也提高我国的综合国力。基于此，本文将围绕工业机器人的概念及其应用优势展开详尽说明，以期为机器人技术于我国制造领域的合理运用起到有力的推动效果。

一、 工业机器人及智能制造的内涵

（一）工业机器人的运作过程

工业智能化发展的标志之一便是智能机械。而所谓的智能机械，也便是我们俗称的机器人，其运行机制除了对人类思维行动的模仿外，也包含了一系列的能力意识，譬如发现问题、解决问题等。与此同时，基于机械装置本身在操作的精细程度方面便是人力所无法比拟的。因此，人类通过指挥机械装置，诸多此前难以完成的高精度与高风险的技术难题也能迎刃而解。诚然，人类智能化时代开启的标志也必然有智能机械的身影。不仅如此，就从当前的社会经济发展角度来看，此前在工业生产中便经常出现因人为操作失误而导致的安全事故，而如今运用智能机器人便可有效解决这些问题。此外，工业机器人还拥有以下特征：其一便是工业机器人的“大脑”，也便是自动控制程序，其主要作用便是对工业机器人的身体机能及内部功能进行支配；其二为身体，也就是工业机器人的形态和结构。由于工业机器人在类型上存在差异，因此其身体部位也具有较大的区别；其三是动作能力，这项功能是工业机器人完成预设任务的关键，如今最常见的形式有多关节机器手与自由机械装置等，而运用最为广泛者当属焊接机器人，汽车制造领域正是仰仗该项技术实现了工作效率的飞速提升，并且焊接工作的质量也能得到有效保障。而最早的运用当属电子商务领域，彼时的仓储物流货币分拣及搬运便充分彰显了工业机器人的积极作用。

（二）智能制造

从本质上来看，所谓的机械制造，也便是人类专家协同智能机械所构建出的人机一体化智能系统。其中，智能机械最主要的作用便是在人类专家进行决策、推理、分析以及判断等智能活动时为其提供必要的辅助。而如今，国内外学者对智能制造的研究主要集中在两方面：一是智能制造技术；二是智能制造系统。随着社会科技的不断发展，我国所掌握的智能制造系统也愈发完善，如今的智能制造系统不仅能独立完成信息数据的搜集，还能对自身的路径行为予以科学规划。不仅如此，如今的智能制造行业因数字化技术的加入又迎来了新一轮的发展机遇。有了工业制造核心技术的加持，传统制造行业所面临的技术问题均能迎刃而解。譬如专家系统技术便很好地解决了工程设计生产中的诸多问题；生产调度的诸多问题也在神经网络及模糊控制技术的作用下得到了合理优化。可见，人工智能技术在解决特别复杂与不确定的问题方面确有其独到之处。

二、工业机器人的系统组成

工业机器人主要由机械结构系统、感知系统、控制系统以及人机交互系统4个部分构成。

（一）机械结构系统

一般情况下可以将工业机器人的结构分为两类，分别为并联与串联。其中，并联结构的工业机器人因仅是在某个单一的轴上运行，故当其运动时，其他轴坐标原点不会产生变化；采用串联结构的工业机器人由于各个轴之间都有关联，因此在运动过程中，其他轴也会产生坐标原点变化。在早期的工业机器人设计中，多采用串联结构，之后为了克服串联结构的一些不足，开始逐渐向并联结构转型升级。与串联结构相比，并联结构拥有更强的刚性和更高的生产精度。随着近年来科技的发展，如今的机械结构系统除了包含底座与臀部、手腕、手臂等促动器外，部分机器人还装上了行走装置并能完成3-6个动作。

（二）感知系统

感知系统的应用使得工业机器人的工件识别、产品摆放及质量检测等功能得到了进一步的优化，故使得产品的总体质量也得到了有效提升。而工业机器人的感知系统之所以具备极高的智能化程度与极强的运动性能，关键便在于其感知系统主要由两部分组成，分别是外部传感器模块及内部传感器模块。有了上述模块的加持，部分人工在调节和处理时容易被忽略的信息，工业机器人也能全面捕捉，这样便能进一步降低各种意外事故的发生概率。

（三）控制系统

控制系统作为实现工业机器人运作的核心，其主要由人工智能控制同、自适应系统与程序控制系统三个部分组成。基于控制系统设定的指令，驱动系统及执行器在接收到系统指令后，便会依照预先设定好的控制程序，保质保量地完成各项任务。此外，基于不同的控制运动方式，还可以分别实现工业机器人的连续轨迹控制和点控制。

（四）人机交互系统

要想实现操作人员与计算机之间的信息交流，就必须工业机器人添加人机交互系统。该系统中囊括了多种人工智能和计算机科学技术，可以帮助操作人员更好的对工业机器人进行操控。加入了人机交互系统的工业机器人在灵活性与可操作性上都有很大的提升。此外，经由人机交互系统进行人工操作工业机器人，可以促使工业机器更加精准有效的完成企业生产任务，同时提升完成任务的精细度。

三、工业机器人在智能制造中的应用优势分析

自我国于2015年提出了智能制造布局以后，与工业机器人相关的技术理论便开始愈发丰富，这不仅提升了工业机器人的综合水平，也让各行业部署的工业机器人数量及种类均发生了巨大改变。从我国工业和信息化部门于2015年公布的智能制造试点示范项目名单中便可得知，在入围的46个智能制造试点示范项目中总共涉及了38个行业及6个类别，覆盖范围可谓极其宽广。而最终实践也表明，未来制造业的发展趋势必将以人工智能为主，而工业制造业要想实现自动化、数字化与智能化，也必将以智能创造为基础条件。通过对智能制造试点示范项目近年来于工业制造领域的应用情况可知，其在工业制造领域中的具体运用具体彰显出了以下优势：

（一）灵活性高

工业机器人执行的每一个动作均预先设定好了相应的参数，指代接收到相应的指令便会自主完成指令所对应的动作。不同于人类的身体构造，机器人的主体可以根据具体工作所需而设计为不一样的外形。就现阶段而言，我国工业生产活动中运用最为普遍的工业机器人便是机械臂，而机械臂从事的主要工作便是物体搬运与产品制造。不仅如此，应不同工种的需求，工业机器人还分为了焊接机器人与运输机器人，这些机器人投入生产均仅需操作社设定简单指令便可迅速完成对应工作，这与传统的人工操作及机床加工模式相对比无疑更加灵活。

（二）生产效率高

工业机器人最显著的优点之一便是能解放大量的劳动力并且能提升工作成效，以此便可帮助工业生产企业节约大笔的生产成本。就以运输机器人为例。现实中搬运大规模设备的工作对每一名工作人员而言均具有极高的工作难度，过程中稍有不慎便可能导致人员及机械设备受到损害。而运输机器人不仅能解决上述问题，且作业过程既不会感到疲累，亦不会产生超负荷工作的缺陷问题。只要电量充分，机器人便可无休止的持续工作，实现了持续化的工作目标。

四、智能制造中的工业机器人应用方向

（一）液晶面板

利用工业机器人设计液晶面板，可以为新时代工业智能化的发展提供技术支撑，真正满足自动化行业的发展需求。从实际应用的角度来看，液晶面板可以使用BC系统操作机械臂来执行选择和放置等任务。该系统的总体设计也称为FabAuto，是一个以计算机为核心的自动化智能工业控制系统。一方面，该系统的功能可以定期补充信息传输、信息收集和流程控制等基本业务设施。一方面，系统设计满足了新时代工厂自动化发展的需要，有效地控制了工厂自动化带来的安全风险。不仅如此，从长远发展来看，基于工业机器人的液晶面板设计有着非常广阔的发展空间。它可以根据不同领域的技术要求自动调整参数，明智地选择半自动或全自动模式，提高机器人应用的综合水平。它是目前中国智能制造领域最先进的技术之一。

（二）装配领域

  一直以来，装配领域便对工作的精细度有着极高的要求，加之零部件装配又较为复杂性，故传统的制造方法即便需要耗费大量的人力成本也难以确保良好的工作质量。一旦操作不当，不仅会对整体的工作效率造成影响，严重者还会导致巨大的经济损失。而装配机器人具有安装精度高、应用灵活性强以及耐用性高等优势，可以完美适应汽车精细部件以及电子零件安装等工作，这也是导致该项工作如今的人力作业部分逐渐被工业机器人所取代的重要原因。

（三）打磨和抛光

智能制造领域通常是以打磨或抛光等方式来保证产品质量。而基于过往的产品打磨及抛光产品均是以人工的方式进行，故不仅会消耗大量精力，且因人工操作的精细度也远不如工业机器，故在产品的生产质量方面也无法与工业机器人相比。不仅如此，工业机器人于现实中的适应性也非是人工所能企及，如工业机器人在水利领域中的运用便能解决过往人工所难以将诶绝的现场工作难题；如在智能生产制造中，通常需要对产品进行打磨和抛光处理。传统的人工操作模式需要消耗大量的精力，需要掌握的工作内容和工作要求比较复杂，而直接运用工业机器人处理，既能满足产品生产制造的高质量要求，又可以保障现场工作人身财产安全。除此之外，工业机器人也可以用在水利领域中，其能方便处理现场工作难题。比如，在水轮机的维护和生产过程中，目前对抛光和抛光技术的要求得到了相应的发展和提高。不正确操作的风险很高，很容易导致安全事故。使用工业机器人可以解决上述问题，控制成本，降低安全事故的可能性。除上述之外，工业机器人的抛光工艺还可以用于去除金属片和花岗岩等各种材料。

（四）焊接

智能制造中最重要的内容之一就是焊接，其中包含了大量的知识技术，在生产制造过程中发挥着重要作用。如今，焊接机器人在应用中经常使用遗传算法、群体形成算法等方法。得益于科学的分析，机器人的工作时间表得到了保证，优化和创新也基于特定的问题。同时，为了进一步确保焊接质量，研究人员结合人工智能进行了一系列深入的探索研究，重点根据实际生产需求来制定相应的焊接强度参数，并建立起相关的实验模型，使焊接工作的准确性得到进一步的提升。

五、智能制造领域中工业机器人技术的优化措施

（一）不断提升工业机器人的智能化程度

提升工业机器人智能化程度，能够更加有效的提升工业机器人的应用水平与应用效率。为此，相关单位和技术人员要结合实际生产需要，通过优化工业机器人芯片算法、加大研发投入等方式对工业机器人的智能化程度进行不断的提升。

（二）建立健全工业机器人技术管理机制

根据现阶段我国智能制造领域对于工业机器人的应用管理情况而言，还有很多需要相关工作人员继续加以完善的地方。例如，在实际生产应用中，技术人员要根据企业企业实际生产情况、产品质量要求以及市场需求情况等来对工业机器人管理制度进行修改和完善，以保证智能制造生产中能够更有有效的应用工业机器人技术。

（三）进一步强化信息技术的作用

现阶段国内大多数制造企业在生产过程中虽然应用了工业机器人技术，但同时还是要辅以大量的人工操作。从工业机器人近年来的发展情况可以看出，其发展速度是与计算机信息技术的有着非常紧密的关系。现阶段，国内已经很多制造企业都逐步采用了智能制造模式，但在具体应用中仍然没有将工业机器人信息系统的作用进行有效的发挥。基于此，相关工作人员在实际工作中要紧密结合市场需求和产品生产要求，进一步提高信息技术应用水平，提高工业机器人产品性能，才能让工业机器人的实际应用更好的满足企业生产需要。除此以外，工业机器人技术人员还需要在对工业机器人产品性能进行全面了解之后，通过制定有效的控制策略来实时监控工业机器人的运行状态。

结语：

总而言之，工业机器人技术在智能制造领域有着极其重要的作用，在智能制造领域中加强对工业机器人技术应用能够帮助企业大幅降低生产成本，提高产品生产质量和生产效率等。在实际应用工业机器人技术的过程中，还应该加大对工业机器人技术的研究和开发力度，提高工业机器人的智能化水平，使机器人在智能制造领域中发挥出更大的作用。