工业机器人的技术发展及其应用研究

工业机器人的技术发展及其应用研究

作者：王群亮

来源：《山东工业技术》2018年第10期

摘要：本文从工业机器人的发展现状入手，针对工业机器人关键技术以及发展特点提出几点建议，以供参考。

关键词：工业；机器人；技术发展；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.10.062

1 引言

随着我国周边国家制造业的不断崛起，我国在制造业方面不再占据优势，因此，面对新的发展形势与发展任务，建立一个集标准化、模块化、网络化和智能化为一体的新型的制造体系已经迫在眉睫，所以说，对于工业机器人技术产业技术的研究具有十分重要的现实意义，相信在不远的未来，工业机器人必将成为推动我国制造业转型升级的重要力量。

2 机器人发展现状分析

早在20世纪50年代，美国就已经研制出了第一台工业机器人，作为在研发技术遥遥领先的科技强国，美国在长达四十年的时间里始终在工业机器人关键技术领域占据领先地位。与美国相比，素有机器人王国之称的日本工业机器人发展速度十分迅速，全世界大概有70%的机器人生产于日本，日本的工业机器人核心技术在世界上取得了领先优势。半个多世纪以来，伴随着自动化技术，传感器技术以及计算机网络技术的不断发展，许多国家都已经建立了完善的工业机器人产业体系，我国为了缩小与发达国家之间的距离，逐渐将机器人产业提升到了国家战略层面，特别是在新一轮的科技浪潮背景下，我国政府加大了对工业机器人的投资力度，到2013年为止，我国工业机器人的销量第一次超过日本，一跃成为工业机器人产销大国，近年来，我国加大了对工业机器人的关注力度，在生产和研发环节上逐渐形成了一套完善的体系，截止到目前为止，北京以及上海等城市已经率先掌握了具有自主知识产权的工业机器人产品，这些产品的发展与市场投放使我国工业机器人产业的发展迈向了新的台阶。

3 工业机器人的技术分析

3.1 高精度的减速机

目前，高精度机器人关节减速器产品百分之七十五的市场被Nabtesco和HarmonicDrive公司垄断，国内部分厂家以及研发单位将高精度摆线针轮减速机作为产业化产品进行研究，在谐波减速机方面，我国已经生产出相应的替代品，但是与日本相比，产品在转速的输入、强度的扭转以及转动方面的精度以及效率上依旧存在不小的差距。

高精度减速机研制的关键技术主要包括：

3.1.1 材料成型控制技术

工业机器人的研发应当增强RV减速机的减速齿轮的耐磨性，确保减速齿轮的高刚性，只有这几个方面有了保障才能确保机器人的高精度，因此，在生产RV减速机的过程中要对基本部件的化学元素、材料的含量以及金相组织加强控制，提升超长规热处理工艺质量，从而确保材料的使用质量。

3.1.2 特殊部件的加工工艺

特殊轴承的加工工艺是一项极为精密复杂的工作，作为RV减速机的重要结构之一，为了使机器人整体结构更加紧凑，其间隙要根据零部件尺寸进行动态调整，实现薄壁角接触球轴承的游隙为零。

3.1.3 精密装配技术

RV减速机在工业机器人上具体应用时，由于减速较大，其特点呈现出了微进给、无侧隙、刚性高、承载较大扭矩等现象，因此要结合现场的检测技术，利用精密的装配技术和工具，保证其输出轴的侧面缝隙为零，静刚度额定。

3.2 电机和高精度伺服驱动器

高精度伺服电机和驱动器研制包括以下技术：

3.2.1 快响应伺服控制技术

截止到目前为止，工业机器人的电机驱动主要由三方面进行控制，一个是位置环，要通过对电流环的干扰观测以及前馈补偿算法，建立电机内部预测模型，从而实现机器人内部的闭环优化，确保电机的快速响应。

3.2.2 在线参数自整定技术

对于伺服系统来说，这项技术主要是为了帮助机器人完成辨识功能，包括关节的转换以及参数整定等。算法优化可以让伺服系统实现自动辨别功能，根据不同的工况完成参数的自适应性调整。

3.3 机器人控制系统

机器人的运动学控制系统对于实时性具有较高的要求，目前机器人的运动控制卡都是专门定制，与实时操作系统进行配合，有效地实现了数据的传输以及系统精确性和稳定性。目前工

业机器人通用的操作系统的消息处理机制在操作过程中难以满足高稳定性以及快速响应的需求，实时性必然也会大大降低，在一定程度上也影响了工业机器人的产业化发展之路。

4 工业机器人发展趋势和特点

随着信息技术的不断发展，工业机器人逐渐朝着高速度、高精度、重载化、轻量化和智能化的方向发展。08年日本机械学会从技术的角度对工业机器人发展进行了分析和预测，根据对机器人的平均功率、密度、精度以及智能化水平等重点参数进行检测，虽然工业机器人对设计的绝对精度具有十分高的要求，但是在不断的改进与实践过程中，机器人设计的绝对精度会逐渐接近于机器人的重复定位精度，设计机器人的材料性能逐渐提升，能够有效的减轻驱动器的质量进一步提升机器人驱动器的刚度，同时工业机器人的伺服电机与驱动器的平均功率比密度也会因此而得到提升，所以说，在不久的将来，工业机器人的发展将具有以下特点：

1）工业机器人在不断的发展过程中将通过对工业机器人生产的全过程的检测、控制、优化、调度与管理决策提升自身质量与品质，降低生产成本，减少环境的污染与能源消耗，实现集精密性、柔性化、智能化等众多技术为一体的多功能性的机器人。

2）工业机器人与自动化成套装备是生产过程中的重要设备，具有精细化加工以及柔性生产等重要特点，是在动力机械的研究以及计算机技术发展之后的新型生产工具，同时也是实现工业生产的数字化、自动化以及网络智能化的重要方式。工业机器人与自动化成套装备能够应用于工业生产中的产品制造、安装以及检测和物流等众多生产环节，对于汽车制造行业、工程机械行业、轨道交通行业、低压电器行业具有十分重要的作用。

3）工业机器人与自动化成套技术将多种学科融合到了一起，技术应用领域涉及广泛，其中包含工业机器人控制技术、有限元的分析技术、激光的加工技术、以及物流的精细化制造技术等等，具有较强的综合性特点。

5 结语

随着产业结构的升级和劳动力成本的上涨，工业机器人应用越发普遍，相信在不久的未来，我国工业机器人关键技术将会取得突破性的进展，登上世界舞台。

参考文献：

[1]骆敏舟.工业机器人的技术发展及其应用[J].机械制造.