工业机器人是现代制造业中的核心自动化装备,集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体,已成为国内外备受重视的高新技术产业,并成为衡量一个国家制造业综合实力的重要标志。工业机器人的关键技术涵盖驱动系统、操作系统和感知系统等多个方面。
在驱动系统方面,工业机器人的动力源主要分为液压、气动和电动三大类。液压技术成熟,具有动力大、力与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。气压驱动系统则具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低廉等优势。此外,三种基本类型的驱动系统也可以组合成复合式驱动系统。
机器人操作系统是指通用的机器人操作系统(ROS),为机器人设计的标准化构造平台,使得机器人设计师能够使用同样的系统来开发软件。它提供硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、进程间消息以及数据包管理等服务,有助于推进机器人行业向硬件和软件独立的方向发展。
感知系统是工业机器人智能化的关键,将内部状态信息和环境信息转变为机器人能够理解和应用的数据。感知系统不仅需要感知机械量(如位移、速度、加速度、力和力矩),还需要视觉感知技术,如视觉传感器等,这对于工业机器人的工作至关重要。
在智能制造领域,工业机器人主要面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人,能够自动执行工作。其应用包括搬运、加工、分拣、焊接、装配等操作,并可以根据示教的动作、传感器反馈的负载情况及视觉反馈等来调整自己的动作。特别是在人力成本不断上升的背景下,工业机器人在制造业中的应用将迎来发展高潮。
应用实例展示了工业机器人在柔性生产线的应用,如某公司的箱体生产线,由卧式加工中心和工业机器人组成。工业机器人在生产线上承担搬运工作,并配有视觉系统、人机交互设备和控制系统。通过机器人在生产线上的应用,有效减少了工件的辅助加工时间,提高了工作效率。
除了在柔性生产线的应用,工业机器人在其他领域的应用主要集中在两个方面:一是危险或恶劣环境下作业,如冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成型等工序;二是劳动密集型产业,如食品、电子及物流等,其中机器人可执行分拣、搬运、砝垛等工作。在这些场景中,机器人能够替代人工完成不适合或不愿意进行的工作,同时在精度、质量和效率上往往优于人力。
总体而言,工业机器人的快速普及将推动自动化生产、提高社会生产效率,并成为推动企业和社会生产力发展的有效手段。然而,中国在机器人制造和应用方面与发达国家之间存在较大差距,中国机器人正从产业发展阶段步入智能化发展阶段,未来还需要不断努力,缩小与发达国家的差距。