智能制造与机器人应用关键技术与发展趋势

智能制造与机器人应用关键技术与发展趋势

张琨

盐亭碧桂园房地产开发有限公司 四川省绵阳市 621000

摘要：谈及我国的人工智能，就不能不提中国制造2025计划，中国制造2025是近现代以来中国着重发展人工智能的几个计划之一，该计划的核心研究就是中国的人工智能的研究。回顾智能制造的发展史，中国的发展速度是惊人的，但是在改革开放之前，中国的智能制造还是一页白纸，这段空白使我国智能制造输在了起跑线上，落后西方发达国家甚远，当我国意识到科技的力量时，西方发达国家已经在这条道路上走过了很长一段路，如果就这样承认自己的失败，那么就不会有今天我国智能制造的飞跃发展了，没错，尽管实力悬殊，落后太多但是我国并没有放弃智能制造这一发展方向，反而激励自己去不断发展，不断进步，接下来让我们来就目前的智能制造与机器人发展方面做出讨论。

关键词：智能制造与机器人;应用关键技术;发展趋势

引言

近年来，国内制造业的规模一直在不断壮大，同时也面临着产业化转型的问题。虽然目前我国已经成为制造大国，但制造技术仍然需要加强，只有这样才能够真正地成为制造强国。转型的这条道路上，信息基础设施的建设是一定要加强的，而对于工业机器人来说，其是未来制造业的核心之一，同时在未来智能制造领域当中会担任着重要的角色。在制造业领域转型的过程中，机器人行业也需要不断地自我创新，使得机器人产品能够跟得上制造业发展的步伐。未来制造业的发展趋势就是智能制造，而智能制造技术当中的一个核心硬件设备就是工业机器人。因此，工业机器人在智能制造领域中会发挥出至关重要的作用。

1智能建筑机器人作用及分类

智能建设机器人的机种很多，按建筑施工过程分类，机器人分为拆除、建筑测绘、挖掘、砌墙、预制板、施工、钢梁焊接、钢丝和碳纤维编织、混凝土喷射、装修、地面铺设、清洗、建筑服务机器人等，可以建造房屋、高塔、桥梁、地铁以及城堡。建筑后期使用分类，机器人分为安保、物业管理服务、清洁服务、管家型服务、智能建筑管理服务机器人等，主要服务于建筑物的维护保养、修理、运输、清洗、安保、救援、监护等工作。按其共性技术可归纳为三种：操作高技术、节能高技术和故障自行诊断技术。

2工业机器人在智能制造领域中的运用

2.1焊接机器人在智能制造领域中的运用

在很多制造业中，都会涉及焊接工作，这项工作的劳动强度特别大，要求焊接工作人员要具有较为高超的技术。在运用了焊接机器人后，能够大幅度减少人力成本，提高这项工作的智能化程度，目前已经研发出了很多种焊接机器人，运用最多的就是多关节机器人，这种机器人可以在一定的空间中完成很多种动作，因此可以任意的调节焊接姿态。目前最为主流的焊接机器人有两种，分别是点焊机器人以及弧焊机器人。目前焊接机器人主要是在汽车制造领域中进行运用，特别是在消声器、底盘以及座椅骨架等焊接作业中的运用，通过焊接机器人针对汽车上面的一些零部件实施搭接以及角接，可以确保汽车的安全性。例如，日本的丰田就采用了一种点焊机器人，相比传统焊接工艺，大幅度提升了焊接的质量，同时优化了焊接生产线，大幅度缩短了整体生产线长度。目前在很多制造业领域中，都针对焊缝位置的精度提出了很高的要求，同时，很多焊接机器人为了能够满足智能制造的需求，都配置了电弧传感器以及激光传感器等先进的设备，可以针对焊缝实现一种自动的跟踪焊接效果，进行焊接时，能够使得焊接轨迹以及焊接顺序进行自动的改变。

2.2装修建筑机器人

随着人们生活水平的提高，人们对室内外环境要求日趋严格，装修艺术特征的变化，导致装修难度系数变大。为了有效解决这些问题，研究人员在该领域做了大量的研究，取得了一定成果。典型代表如:ＲoboTab－200 石膏板安装机器人 、韩国仁荷大学与大宇建筑技术研究所合作研发的一款外墙自动喷漆机器人。基于人机协作的ＲoboTab－ 2000 石膏板安装机器人由德国杜伊斯堡埃森大学研制的，如图 1 所示。该机器人由控制器、支撑平台、机械臂、机械手四部分组成，当夹具夹紧石膏板进行旋转时，会产生旋转力矩，对相应地零部件磨损较大，因此需要安装一个线性制动器用以抵消此转矩。同时，为了实现平稳地调速，在电机的调速控制系统结合模糊控制和 PID 控制技术。且在安装石膏板时，需要人工辅助实现精准定位，与纯手工操作相比，可大大地节省安装时间，也降低了相关建筑工人的劳动强度。

韩国仁荷大学与大宇建筑技术研究所合作研发的外墙自动喷漆机器人能够实现全自动喷漆，如图 2 所示。该机器人的喷漆装置零部件包括压缩机、油漆罐、刷子、流量传感器、油漆测厚仪，采用一个基于 PID 恒流量控制系统对喷漆的流速进行精确控制。其最大优势在于实时监测周围风速大小，自动地改变吸盘吸力大小，确保其所有的操作稳定地进行。经测试，该机器人可以 0．11 m/s 速度移动喷漆。

图 1 ＲoboTab－2000 型石膏板安装机器人

图 2 外墙自动喷漆机器人

2.3 3D 打印建筑机器人

3D 打印建筑机器人集三维计算机辅助设计系统、机器人技术、材料工程等于一体。区别于传统“去材”技术，3D 打印建筑机器人打印技术体现“增材”特征，即在已有的三维模型，运用 3D 打印机逐步打印，最终实现三维实体。因此，3D打印建筑机器人技术大大地简化了工艺流程，不仅省时省材，也提高了工作效率。典型代表如:DCP 型 3D 打印建筑机器人 、3D 打印 AI 建筑机器人。

美国麻省理工学院最新研制出一款用于建筑施工的 DCP型 3D 打印机器人，如图 3 所示。该机器人由运载装置、机械臂、机械手和储存装置四部分组成，利用机械手中的喷嘴喷出聚氨酯泡沫(这种泡沫可瞬间固化成建筑材料)，具有六个自由度的机械臂能够实现喷嘴的各个方向的移动，因此可以制造出不受尺寸限制的建筑物。经实验已证明，该机器人可在 14 h 内，完成打印一个直径 15 m、高3．7 m 的圆形墙体。英国伦敦 AiBuild 创业公司研发的 3D 打印 AI 机器人集3D 打印、AI 算法和工业机器人于一体。该机器人为了避免盲目地执行电脑的指令，在原有控制系统中，添加基于 AI 算法的视觉控制技术，这样可将现实环境和数字环境构成一个有效反馈回路，实现机器人自动监测打印过程中出现的各种问题并进行自我调整。经测试，该机器人用 15 天时间完成长 5 m、宽 4．5 m 的代达罗斯馆打印，大大提高了 3D 打印效率。

图3 DCP 型 3D 打印建筑机器人

2.4导航定位技术

移动建筑机器人根据遗传、蚂蚁等算法给出路径规划，通过相应的传感器辅助，安全移动到目标位置。而导航定位技术是实现建筑机器人能否跳出死角、避开障碍物、精确定位的关键所在。如 Ugur Yayan 等研发一种基于超声波的室内导航定位系统，利用 P3－DX 型移动机器人的超声波发射器和接收器的时间差，判断移动的位置，经测试，该机器人能实现厘米级的定位精度;Jungmin Kim 等对原有的激光导航系统进行改进，在原有的基础上，添加融合编码器和陀螺仪的 UKF 传感器，能够有效地提高导航定位精度。

2.5墙体施工机器人

德国杜伊斯堡埃森大学研发的墙体施工机器人能够实现砖块半自动砌筑，如图4 所示。该机器人自重 250 kg，利用传感器 1 收到信号，使执行机构 1 中夹具装置夹紧，再通过电机驱动钢丝绳改变末端执行器的位置，实现砖块安装。其中通过倾角传感器和间隙传感器等能够顺利实现砖块的精确定位，并配备基于压阻式应变式原理设计与数字滤波等技术的力学传感器实时监测砖块的受力情况，从而在一定程度上节省砖块因受力过小而滑落的重新定位安装的时间。

图 4 悬挂式墙体施工机器人

结语

智能制造与机器人应用关键技术时代的“代表作”，智能制造与机器人技术为21世纪的人类发展增添了一抹辉煌的色彩，在智能制造与机器人技术的发展道路上还存在着许许多多难题，解决了这些难题后的人类生活环境是一个什么样的状态谁也无法准确的推测出来，但是只要我们本着科学发展原则，明确智能制造与机器人技术的研究精神，那未来的人类生活必将是美好的。

参考文献

[1]李廉水，石喜爱，刘军．中国制造业40年:智能化进程与展望［J］．中国软科学，2019(01):1-9+30．

[2]蒋炳翔.工业机器人在我国智能制造中的应用现状分析及建议[J].中国设备工程,2018(18):95-96.