我国机器人技术在制造业中研究和运用

2022-09-21 16:43:11 来源:写作指导

摘要:随着科技的进步,机器人技术已成为制造发展的主要方向。本文论述了我国机器人技术的应用现状,分别介绍了机器人技术在焊接、自动化生产、物流等制造业领域的应用及优势,总结了现阶段我国机器人技术的发展趋势及存在问题。

关键词:机器人技术;制造业;焊接;自动化;物流

“中国制造2025”明确了成为制造强国的目标。机器人技术具有工作精度高、稳定性好、重复性好、能在有害环境下工作等显著优点。在我国制造业产业化转型升级进程中,机器人技术在变革生产模式、提高生产质量、提高管理效率,缓解用人压力等方面发挥了巨大作用。生产模式的革新是制造业产业化转型升级的重要内容,机器人的使用优化生产线和生产分工,合理配置资源,提高品质和效率。产品规格的标准性与产品质量的稳定性是衡量制造业水平的重要指标,传统的生产过程中,易受内外部因素的影响,无法完全保障产品的高质量和稳定性,机器人技术很好的克服了这类问题。近年来,随着自动化技术、计算机控制、图像识别、传感器与信号处理等行业的发展,机器人技术也相应得到了很大的提高,使制造生产不断迈向高端层次,成为制造业发展的重要内容与支撑。机器人技术已经成为新一次的科技和产业革命的重要方向,标志着一个国家的创造力和竞争力。

1我国机器人技术的研究现状

世界上首个机器人专利于1954年产生于美国,我国机器人技术起步较晚,第一台机器人1980年诞生于中科院自动化研究所。1983年,国家高技术研究发展计划的开展与实施将机器人发展推向高潮,许多机器人研究院正式成立,许多企业也加入机器人的研发与应用中。近些年来,我国对机器人的重视也从教育科研层次上明显提升,很多高校逐渐增加了机器人专业方向,进行机器人知识的学习和研究。江苏省有14所院校都开设了机器人专业,在开设机器人专业方向的高校省份中位居第一,很多院校在双一流评选结果中成功将机器人相关专业评选为一流专业。第一代工业机器人的构造简单,功能少,只是机械性地完成同一个功能,重复同一个动作,主要应用于周围环境固定、变化小的工作场景。随后,随着传感器、云计算、人工智能、物联网等技术的发展成熟,工业机器人具有更加灵敏、高智慧的特点。经过40多年的努力,机器人技术从最初的作业方式单一、重复等简单工序转变为多元化互联的一个状态,并渗入多个行业中。当下已有很多企业开始用工业机器人代替人工操作,从事各种实际生产加工。虽然我国机器人在相关关键技术上有所进展,但我国机器人的发展也面临着较多问题,最根本问题在于缺乏整体的核心技术,特别在整体装配与生产工艺方面,没有高速、高精密与高效的减速机、伺服电动机、控制器等关键零件。

2机器人技术在制造业中的应用

机器人是指有多关节机械手或自由度高的自动装置,可以自动开展工作。由于其具备便捷和高效的优点,已广泛应用于机器人焊接、自动化加工、物流等制造生产领域。

2.1机器人在焊接领域的应用

焊接是国民生产中必不可少的基础制造加工工艺,常因一些精度要求高、劳动强度大、工作环境差(烟尘、弧光、噪声)等实际情况对焊接人员的专业水平和身体素质要求高。焊接机器人的出现,能够自动完成工件的传送和焊接,解决了传统焊接技术的问题,更好地提升了焊接品质,保证了生产效能,保护了劳动者的健康,很好的应用于汽车零部件制造、锅炉压力容器件、国防兵器等方面。焊接机器人指拥有三个或者三个以上可自由编程的运动轴,依靠程序使机器人能够按照预先规定的路径及速度,把焊接工具送到指定位置的机器。目前,焊接机器人主要研究焊接追踪技术、路径规划及离线编程技术、多机协调控制技术,还有专用弧焊电源、焊接工艺方法、特种机器人焊接、遥控焊接技术等方向。焊接机器人包含有视觉传感器、声音传感器、触觉传感器等,使机器人在焊接时实现自动管控,对各个部件进行精准定位,且运动灵活性更高。焊接机器人系统能够很好的兼容错误代码,数据处理的效能及准确性都得到了改善。另外,基于VR的虚拟现实技术的应用,能将图形技术与3D场景进行有机融合,在焊接机器人生产监控工作过程中加入仿真、钻孔、开发等,从而实现虚拟遥控的功能,工作人员通过远程监控确可以达到真实操作焊接机器人的感觉,进行人机交互,从而实现自动化工作。焊接机器人目前还缺乏高端产品,主要向集成化、智能化控制、数字网络远程控制、柔性化等方向发展。

2.2机器人在自动化生产领域的应用

机器人在制造业自动化生产中,广泛应用于铸造、铣削加工、打磨、切割、装配等,很多工厂、车间已基本全面解放人力,实现了无人化和全自动化。机器人技术在铸造生产时,利用3D打印技术原理,使金属在较少时间内形成快速成型,制造出的产品不光精度满足要求,降低了传统金属熔化过程中,对工作人员身体造成的伤害,保证了铸造生产的安全可靠。传统依靠人力的打磨和抛光,需耗费大量的精力和财力,还不能保障成品质量。去除材料是机器人的强项技术,完善了传统工艺的缺陷,适用于各种金属材料,扩大使用范围,还保证了材料抛光表面的精度。铣削机器人应用于柔性自动化零件加工生产线,且能够对所加工的产品进行自动检测,对不合格产品进行筛选,构建了一条完整的柔性自动化生产线。在科技的不断发展下,阻尼控制系统的出现,使切割机器人发挥了很大的优势,优化定位性能,完善切割流程,使切割工艺中的切削流越来越细。在自动化制造生产过程中,装配机器人使用柔性自动化的组装系统,发挥了其高精度的优点,实现了机器人操作机、控制系统、执行系统及传感系统的科学配合,保证了产品制造效率与质量。装配机器人包含了机械、光学、微电子、自动控制等多种先进技术,相较于焊接机器人更为灵活,处理细致工作更为精准,能借助可动关节、科学程序,实现精细工作的装配,避免了传统人工拆装的缺点和受限性。

2.3机器人在物流领域的应用

机器人在物流行业中主要应用于包装分拣、装卸、搬运环节。在传统包装作业中,反复抓取工作一般由人工操作,人工和管理成本高,且包装合格率不高。在现代化物流体系中,机器人作业柔性好、承重大、速率高,搭载识别图象系统和功能多样的机械手。每到一种物品前可以依靠识别系统来分辨物品属性,采用与之设置好的机械手进行抓取,可以有效提高物流工作的成效。近几年,货物品种的辨认、位置确定等方面也随着传感技术的发展取得了极大的进步,特别适用于货物种类多、订单批量小、产品批次多等方面的要求,实现了全程自动化操作。AGV与物流系统相配合,不仅提高了工作环境空间的使用率,增大物品搬运重量,减少了装卸、搬运过程中的非必要停留时间,提高了整体工作效率,还减轻了繁重的体力劳动。比较典型的AMR、料箱机器人、叉车AGV、拣选机器人、复合型机器人、无人驾驶技术等应用彻底颠覆了物料与人的交互模式,突破了多货箱随时装卸。如AMR自主导航移动机器人增设了感知四周环境、自主导航、智能避开障碍物等模块,免去了繁重的人工贴地标线、铺设导引线等环节,如果实际生产中,作业流程有变动,只要让机器人从新构造生成地图,不需要人工重新布置环境,减少成本、提高成效。还有料箱机器人创造性地改变了传统的从货物到人的作业形式,实现了从货架到人以及货箱到人的形式,缩小了目标范围,从而提高了拣选速度,完成订单的全自动无人拣选作业流程。复合型机器人是一种新兴的物流机器人,主要应用智能导航技术,实现了物品的智能拣选、自动装卸,尤其适合柔性化程度高的生产线。无人叉车实现了点对点的物品搬运,还完成了多个生产环节相互连接的物流运输服务,尤其适用于仓库位置比较高、不同生产线间相互运转、仓库外自由装卸物品等,而且在物品重量大、特殊物品搬运等场合发挥着很实用。无人驾驶技术包含无人驾驶物流车、智能驾驶平台、智能仿真系统互动体验等也是当下机器人发展的新技术新方向。未来的物流机器人更注重AI算法的应用,使用AI技术帮助机器人进一步提高自动化作业效率,从而提升产业效能。物流机器人技术提升更重视安全性和柔性,利用先进的传感器、软件和相机等,辨认四周环境,很好地避开操作人员和障碍物品。

3机器人技术的发展趋势及存在问题

(1)智能机器人技术的发展和研究已成为国家制造业发展的主要方向。但智能机器人技术存在开发难度大、周期长以及资金投入高等特点。机器人技术涉及导航技术、定位技术、传感器信息技术、视觉技术等多交叉多技术领域。相关学科技术的研究较为分离,没有统一整合,技术创新型人才缺口大。(2)我国机器人市场还处于起步时期,存在着市场规范性低,同质化产品竞争激烈,没有统一的行业标准,尤其核心技术以及关键性功能还未完善等问题。国家应进一步强化政策扶持及加大投资力度,打造一批机器人相关科学研究领域的具有较强研究实力的高校及企业,强化解决细节问题,增强自主创新能力。如加强针对高强度轻质材料的探索,重视控制技术以及多传感系统等核心技术的发展,研究模糊技术与神经控制的有机结合,扩大机器人作业的范围,提高执行的精度。(3)随着机器人技术在焊接、自动化、物流等多个生产制造领域中的不断应用,机器人技术会越发向更先进、便捷的方向发展,并渗入医疗、教育、军事以及服务等多领域。机器人技术的应用将会对劳动人员带来较大的影响,劳动力被代替的速度和规模会越来越大。积极开展技能培训,提高劳动人员的工作能力和适应性,解决机器人技术发展对于社会产生的影响。

4结语

机器人技术具有良好的前景和强大的应用需要,发达国家的机器人技术已快速发展,我国机器人技术起步缓慢,目前发展较慢,很多企业也没有足够重视。应注重智能机器人技术的研究,不断进行技术创新,完善管理、升级产能,提高我国机器人技术水平,不断缩小我国机械制造的发展水平与发达国家的差距。

作者:崔欢欢 刘红 曾学淑 单位:云南机电职业技术学院