下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
工业机器人是机器人在工业化道路上的一个产品分支，是机器人在工业生产领域的一个应用延伸。伴随全球经济的工业化及升级，工业自动化的程度越来越高。而工业机器人的出现，加速了工业自动化的发展，也可以说是促进了工业自动化程度的提升，工业机器人的出现，是必然的一个结果，顺应了工业时代的发展潮流。当下，工业机器人的应用越来越广泛，特别是在医疗和物流这两个领域，工业机器人的发展速度可以说是突飞猛进。工业机器人的广泛应用不但给社会带来了巨大的经济效益，而且帮助人类从部分繁重的体力劳动完成了向脑力劳动的转化，并带动了人类文明的进步。因此，工业机器人的出现，对社会的影响是巨大的。
1）可以使劳动生产率得到提高。
2）可以使企业的市场竞争力得到提高。
3）可以改变工作岗位的配置，增加就业率。
4）可以使社会的技术创新能力得到提高。
搬运是将物品从一个位置移动到另一个位置的重复作业，且两个位置也是相对较固定的。正因为是简单的重复性作业，所以搬运作业向自动机械化方向升级是必然的，搬运机器人也因此而诞生。可以将搬运机器人定义为可进行自动化搬运作业的工业机器人，此类工业机器人用于搬运作业最早是在1960年的美国，Versatran和Unimate两种工业机器人首次用于搬运作业。目前，工业机器人被广泛应用于搬运作业，比如机床的上/下料、一些自动化的生产线和装配流水线工作、物流集装箱等的搬运活动。
搬运机器人是众多学科知识技术的综合应用，其中知识技术包括了力学、机械学、电气、液压/气压技术、自动控制技术、传感器技术、单片机技术和计算机技术等，同时在这些已经成熟的技术上加入了人工智能元素。
搬运机器人如图2-1所示，它主要有以下特点：
1）能完成分类、搬运、传送工作，实现过程自动化。
2）通过图像识别控制机器的方法，可应用到其他领域。
3）处理器能对机械进行准确控制，并对目标进行准确跟踪。
4）可以利用传感器准确找到并分辨出已经标记的不同物体，将物体转运到指定位置。转动过程中实现寻线、避障工作，实现智能分类、装卸、搬运的功能。
图2-1 搬运机器人
堆垛是指把物品整齐地堆叠好。堆垛机器人，顾名思义是指用于将物品整齐地堆叠好的机器人，本质上来讲是搬运机器人的一种，是一种对具有一定规则外形的物品进行包装、搬运以及整齐有序摆放到某一固定位置的工业机器人，广泛应用于具有实体产品或原料的企业或行业中。
根据堆垛机器人的含义，可以知道堆垛机器人除了具有搬运功能之外，还具有包装产品、整齐摆放货物的功能，如图2-2所示，因此它受到了广泛的欢迎。堆垛机器人主要有以下特点：
1）机械结构相对简单，所用零部件较少；
2）工作时所占空间较小；
3）对货物的大小、尺寸适用性强；
4）相比人工来说，所耗成本更低；
5）操作简单，示教方法简单易懂。
工业机器人在焊接方面的应用也相当广泛。焊接机器人是从事金属切割、焊接的工业机器人，如图2-3所示。焊接机器人在工业机器人的末端法兰盘装接焊钳或焊（割）枪，使之能进行焊接、切割或热喷涂。一般工业机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人而言，还应具有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。根据焊接类型，焊接机器人又可以分为电焊机器人和弧焊机器人两种。焊接机器人的特点如下：
图2-2 堆垛机器人
图2-3 焊接机器人
1）稳定和提高焊接质量；
2）提高劳动生产率；
3）降低工人劳动强度，可在有害环境下工作；
4）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。
焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等的焊接，尤其是汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。有的公司已决定将点焊作为标准来装备其所有点焊机器人，用这种技术可以提高焊接质量，因而可以尝试用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司推出的一款高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种高度较低的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。国内生产的部分汽车的轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为1.5~4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用焊接机器人完成焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性、降低工人的劳动强度，改善了工人的劳动环境。
作为海洋工程装备技术的重要组成部分，海洋焊接如今已成为海洋资源开发和海洋工程建设不可缺少的基础和支撑技术。经过大量的工艺试验和配置调整，研发的焊接材料以及水下焊接专用设备，已成功应用于胜利油田海上采油平台、港珠澳大桥等海洋工程。
喷涂作为工业机器人的又一应用领域，往往和焊接功能集成在一起，因为在焊接工序之后，就是喷漆工序。因此，人们说的喷涂机器人又叫作喷漆机器人，是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，如图2-4所示。最早的喷涂机器人是1969年由挪威Trallfa公司提供的。喷涂机器人可以分为有气喷涂机器人和无气喷涂机器人，有气喷涂机器人也称低压有气喷涂，喷涂机依靠低压空气使油漆在喷出枪口后形成雾化气流作用于物体表面，以达到喷涂的目的。无气喷涂机器人可用于高黏度油漆的施工，而且喷漆完成后边缘清晰，甚至可用于一些有边界要求的喷涂项目。按机械类型，喷漆机器人又可分为气动式无气喷涂机、电动式无气喷涂机、内燃式无气喷涂机、自动喷涂机等多种。
图2-4 喷涂机器人
喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电动机等。多采用五自由度或六自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2~3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性工艺，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕动作，且其能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。目前喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等行业。
喷涂机器人的主要特点如下：
1）柔性大，工作范围大。工作范围大，升级可能性大；可实现内表面及外表面的喷涂；可实现多种车型的混线生产，如轿车、旅行车、皮卡车等车身的混线生产。
2）提高喷涂质量和材料使用率。仿形喷涂轨迹精确，提高涂漆的均匀性等外观质量；降低过喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料利用率。
3）易于操作和维护，可离线编程，大大地缩短现场调试时间。可离线编程，大幅缩短现场调试时间；可插件结构和模块化设计，可实现快速安装和更换元器件，极大地缩短维修时间；所有部件的维护可接近性好，便于维护保养。
4）设备利用率高，喷涂机器人的利用率可达90%~95%。
水切割，就是通常所说的水刀切割，最初常用于医疗行业，是一种高压水射流（水刀）切割技术。在计算机的控制下能按程序设计的方式任意雕琢器件，对器件所用材料的质量要求不高。因为水切割清洁性好、成本较低、成品率较高，水切割逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。
随着工业机器人的发展，将工业机器人和水切割设备组合为一体，便构成了智能水切割，将一般的水切割设备中融入智能元素，便产生了水切割机器人。水切割机器人目前分为框架式、机械臂式两种，框架式水切割机器人是一种由交流伺服驱动的通用工业机器人，并与水切割系统组成。机械臂式水切割机器人由高压水射流与多轴机械臂式机器人组成。
一般情况下，水切割机器人主要由以下三部分构成：
1）超高压水射流发生器。
2）多轴机器人或框架式工业机器人。
3）软化水系统、辅助供给系统等。
水切割机器人可用于多种材料的高压水切割，比如玻璃、大理石、皮革、塑料等，如图2-5所示。可对自由曲面的复杂工件进行精确的三维切割加工。采用水切割机器人进行各种复杂形状工件的切割加工在国外已广泛地应用于汽车内/外饰件加工、飞机制造、建材加工及服装加工等行业，它可以大大提高工件切割质量和生产效率，并适用于多品种产品的加工，比冲裁成型方式节省模具开发的费用，还可以降低劳动强度，把工人从繁杂的劳动中解脱出来。
图2-5 水切割机器人
水切割机器人主要有如下特点：
1）属于冷切割，不产生热变形或热效应。
2）环保无污染，不产生有毒气体及粉尘。
3）可加工各种高硬度的材料，如玻璃、陶瓷、不锈钢等，或比较柔软的材料，如皮革、橡胶、纸尿布等。
4）是一些复合材料、易碎的瓷材料复杂加工的唯一手段。
5）切口光滑、无熔渣，无须二次加工。
6）可一次完成钻孔、切割、成型工作。
7）生产成本低。
8）自动化程度高。
9）24h连续工作。
抛光、打磨一般是在喷涂工序之后的最后一个工序，是利用机械、化学或电化学的作用，摩擦使物体（如金器）光滑的过程，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的，有时也用以消除工件的光泽（即消光）。通常以抛光轮作为抛光工具。
当抛光、打磨这一工作交由工业机器人来完成时，便产生了打磨抛光机器人。一般是由示教盒、控制柜、机器人本体、压力传感器、磨头组件等部分组成，可以在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制。打磨抛光机器人是现代工业机器人众多种类的一种，用于替代传统人工进行工件的打磨抛光工作，如图2-6所示。其主要用于工件的表面打磨、打磨棱角、去毛刺、焊缝打磨、内腔内孔去毛刺、孔口螺纹口加工等工作。打磨抛光机器人一般分为工具型打磨机器人和工件型打磨机器人两种。
图2-6 打磨抛光机器人
打磨抛光机器人一般有以下特点：
1）提高打磨质量和产品光洁度，保证其一致性。
2）提高生产率。
3）改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作。
4）缩短产品改型换代的周期，减少相应的设备投资。
打磨抛光机器人正广泛应用于卫浴五金、汽车、医疗器械、木材建材家具制造、民用产品等行业。在传统制造行业中，抛光、打磨是最基础的一道工序，但是其成本占到总成本的30%。由于劳动力成本越来越高，这种岗位的成本也越来越高。以卫浴行业为例，如果使用打磨抛光机器人，成本可降低，另外产品品质更好，抛光、打磨颜色更均匀。纵观全球产业化发展，随着人口红利的消失、产品成本降低和产品质量要求提高等因素，打磨抛光机器人的市场前景一片光明。
工业机器人可以完成搬运、堆垛、焊接、喷涂、水切割、抛光、打磨、上/下料、装配等工作，机器人提高了生产效率，替代人们从事繁重、危险、枯燥的工作，但对于人们的工作要求也有所改变。因此一定要积极适应产业技术快速迭代升级与就业结构不断向高端技术层次转化，增强自己持续学习与终身学习能力，增强就业适应性。