摘 要：工业机器人运用技术主要指的是在现有工业机器人的基础上研发而来的相关技术，主要目的是增强工业机器人的感知适应能力，提高运动精度。随着工业机器人的快速发展，工业机器人在汽车制造和机械加工等作业中得到了广泛的应用。本文针对现有的工业机器人运用技术进行重点研究，以期能够加快我国制造业往智能化方向发展。
关键词：工业机器人；运用技术；智能化
中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）04-0046-02
Research on the Application Technology of Industrial Robot
Song Xiaofang
（Henan Economic and Trade Senior Technical School，Xinxiang Henan 453700）
Abstract： The application technology of industrial robots mainly refers to the related technology developed on the basis of existing industrial robots. The main purpose is to enhance the perceived adaptability of industrial robots and improve the precision of motion. With the rapid development of industrial robots， industrial robots have been widely used in automotive manufacturing and machining operations. This paper focused on the existing industrial robot application technology， in order to speed up the development of China"s manufacturing industry in the direction of intelligence.
Keywords： industrial robots；application technology；intellectualization
工业机器人具有精度高、稳定可靠、工作效率高，能够在高危环境下进行作业等优势[1]。工业机器人在传统制造业尤其是劳动密集型产业的升级中发挥着重要的作用，在过去的十年中，得益于政府的政策支持和稳定的汇率等，我国的制造业得到了广泛且快速地发展，全球化经济模式目前已经显著改变了制造业的整体格局。而随着我国劳动力产业的转型，我国大量的劳动密集型产业面临着巨大的挑战。国外一些发达国家的制造业转移逐渐使得上述国家经济发展受到影响，因此促使其进行深度的反思[2]。通过工业机器人的广泛应用，使得发达国家在工业制造业范围之内加重了工业机器人应用技术的砝码。例如，谷歌公司收购了8家机器人公司，引起了人们的广泛关注。我国现阶段的发展情况与国外发达国家几十年前非常相似，一旦不能解决劳动密集型产业的问题，势必会影响到国家经济的发展方向。为了避免出现重蹈覆辙的情况，我国必须重视以工业机器人运用技术为切入点的工业革命。
工业机器人作为机器人领域中的先头部队，从诞生起就显示出了极强的生命力，在制造自动化领域中得到了广泛的应用。经过多年的完善和发展不难发现，工业机器人在工作空间、承载能力、运动速度、重复定位精度方面有大幅度的提升[3]。现阶段的制造业对机器人的需求也不在仅仅是实现简单的机械运动，而是在实现连续性操作和小批量生产方面有着广泛的应用。基于此，工业机器人要具有良好的性能，也要对工作对象具有一定的感知适应能力，提高机器人的协调控制功能。中小企业所使用的工业机器人在自动化需求方面受到一定程度的限制，主要原因是中下企业的发展水平不够高，对于自动化的需求也不够高。为了能够加大工业机器人在中小企业中的应用范围，需要不断创新工业机器人，以期能够更好地满足中小企业发展需求。目前，关于工业机器人的研究方向主要有以下几个方面：直觉示教与快捷编程技术，运动标定与误差补偿技术，力和运动混合控制技术。
1 直觉示教与快捷编程技术
工业机器人的主要编程方式有离线编程、在线编程2种[4]。离线编程是一種控制程序，具有编程效率高的优势。在使用离线编程或者在线编程过程中，依赖于以下几个条件：有工件的三维数字模型，定位精度高，安装精度比较高。在上述几个条件中，尤其是对机器人的定位精度和安装精度要求更高[5]。此外，工件的安装存在一定误差。一旦没有进行机器人的误差补偿，离线编程方法很难在高精度的作业中得到实际应用。例如，汽车厂商在焊接过程中使用机器人所耗费的时间大约20h，而人工焊接所耗费的时间约60h。
现阶段来看，直觉在示教技术的研究中主要体现在以下方面：在手动牵引的指导下的直觉示教方法，在人工演示指导下的直觉示教方法[6]。从手动牵引下的直接示教方法来看，主要是通过手的力度来控制好力的大小，再控制转换信号。工业机器人能够模仿人类手的动作，记录详细的运动轨迹，再进行牵引。上述操作方法主要缺点有需要耗费很大的财力才能购买传感器，对操作工作人员的安全性有更高的要求两方面。从人工指导下的直觉示教方法来看，此种方法通过在示教笔上加装定位表示，操作者本身要清楚目标轨迹的运动方向，再在相关追踪系统的指导下进行示教。国外早已经使用手动牵引的直觉示教方法来适应多传感器融合示教方法。但是，国内针对手动牵引方法开展的研究在实际工业中未得到广泛应用[7]。
2 运动标定与误差补偿技术
通常工业机器人需要比较高的重度定位精度，但是由于工业机器人在零部件的组成上存在误差，使得工业机器人的定位精度比较差，继而在很大程度上影响了机器人的离线编程的运动控制精度，此时必须进行相关补偿。传统方法中，采用机器人误差模型的离线运动方法出现的几何误差问题，再根据辨识误差对机器人的运动学模型进行修正。针对上述研究问题，研究人员提出在机器人标定参数目标之下处理相应算法，有效解决了在线补偿误差问题[8]。现階段的主要研究热点是建立新的误差模型，从而达到降低测量装置成本的目的。随着三维数字化扫描技术在工业机器人领域中的应用范围越来越广泛，工作人员开始逐渐研究出越来越精明的在线误差补偿方法。在使用过程中，首先需要安装一个三维数字化的扫描装置，当机器人的末端接近工件时，进而对比出理论模型条件下的几何特征；其次，准确地确定机器人末端对实际工作中所产生的误差，最终提高运动控制精度。当前的机器人标定主要针对的是机器人操作系统的误差，为了能够进一步提高机器人的定位精度，最新研究开始考虑非几何误差对机器人的精度影响。
3 力和运动混合控制技术
现阶段，所使用的工业机器人基本上都是为了执行运动学的相关任务而设计的，主要在以下方面得到了广泛应用：上下料，焊接，喷涂。随着工业机器人技术的不断发展，在工业制造业中，开始使用工业机器人来进行一些简单而不复杂的任务，如进行打磨任务和抛光任务等。打磨机器人一般由以下几个部分组成：本体、控制柜、打磨工具、六维ATI力传感器。工业机器人在打磨过程中，所使用的打磨工具能够实现接触面的良好控制，最终实现力与运动的混合控制。在打磨过程中，需要依靠计算机的打磨路径，输出与机器人控制柜的相连情况，打磨好机器人的加工过程。但是，现阶段所使用的工业机器人没有完好的控制力，所以在很大程度上限制了工业机器人的应用范围。工业机器人在力的控制方法中有以下2种：①建立动力学模型；②增加开发实时力控制算法和末端执行装置。在设计末端执行器中，容易实现高性能的控制，其实用性比较强。机器人的操作臂力运动混合控制主要表现在以下2个方面：阻抗控制方法和直接力控制方法。DLR的轻量化机器人则是通过阻抗控制方法来将需要控制的力反映到驱动关节中，实现力与运动的混合控制。
参考文献：
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