眾多工廠中均已采用工業(yè)機(jī)器人，原因在于工業(yè)機(jī)器人可減少勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率，此外工業(yè)機(jī)器人還可替代人工在危險(xiǎn)環(huán)境中工作。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，我們應(yīng)當(dāng)具備基本了解，為增進(jìn)大家對(duì)工業(yè)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)，本文將介紹工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)。如果你對(duì)本文即將探討的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。根據(jù)需要也可由這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各有自己的特點(diǎn)。

(一)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動(dòng)力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適于在承載能力大，慣量大以及在防焊環(huán)境中工作的這些機(jī)器人中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換(電能轉(zhuǎn) 換成液壓能)，速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄泥會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲也較高。因這些弱點(diǎn)，近年來(lái)，在負(fù)荷為100kz以下的機(jī)器人中往往被電動(dòng)系統(tǒng)所取代。

(二)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適于在中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。但因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。

(三)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

由于低慣量，大轉(zhuǎn)矩交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器(交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器)的廣泛采用，這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量選用。這類系統(tǒng)不需能量轉(zhuǎn)換，使用方便，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的環(huán)境中，成本也較上兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高。但因這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的選用。

二、工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

(一)工業(yè)機(jī)器人的劣勢(shì)

1.人才匱乏

工業(yè)機(jī)器人順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，行業(yè)前景廣闊，然而，該領(lǐng)域人才供需失衡的矛盾正日益凸顯。一方面是機(jī)器人廠商、系統(tǒng)集成商以及汽車加工制造業(yè)求賢若渴，另一方面是人才供給不足，難以滿足企業(yè)用人需求。

究其原因，主要是相對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)所表現(xiàn)出來(lái)的爆發(fā)性發(fā)展態(tài)勢(shì)，高校、職校等培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的課程設(shè)置仍然滯后，盡管一些機(jī)器人廠商提供相關(guān)培訓(xùn)，卻存在品牌針對(duì)性過(guò)強(qiáng)，推廣力度不足、配套設(shè)施不足以及培訓(xùn)網(wǎng)點(diǎn)有限等短板，難以達(dá)成系統(tǒng)的教學(xué)流程，尚不能與全國(guó)各地求學(xué)者的需要很好地契合，導(dǎo)致眾多有志投身機(jī)器人行業(yè)者求學(xué)無(wú)門。

2.工業(yè)機(jī)器人的成本

機(jī)器人的成本從小型號(hào)的幾萬(wàn)RMB到大型的上百萬(wàn)RMB都有。這個(gè)成本自然低于高端專業(yè)制造設(shè)備，但也可能會(huì)高于國(guó)內(nèi)小集成商們拼湊出的自動(dòng)化方案來(lái)。但從一直來(lái)西方工業(yè)界及近幾年國(guó)內(nèi)制造業(yè)對(duì)機(jī)器人的歡迎程度看來(lái)，說(shuō)明機(jī)器人自動(dòng)化的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)普遍到了一個(gè)臨界點(diǎn)，超過(guò)了其他替代方案(人工，或?qū)C(jī))，看來(lái)這個(gè)成本還是值得的。

其實(shí)要走傳統(tǒng)機(jī)器人的老路，那硬件成本降低空間不大。工業(yè)機(jī)器人基本是一個(gè)開環(huán)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，靠的就是電機(jī)和齒輪箱的高精度配合。而大部分領(lǐng)先廠商的這些關(guān)鍵零部件都是從日本幾家廠商那買的，(這也是國(guó)內(nèi)公司自己制造的機(jī)器人，買同樣的零部件，也不會(huì)便宜多少，因?yàn)槿毡緩S商不會(huì)為了你這點(diǎn)量給多少折扣)。除非中國(guó)零部件制造商能靜下心來(lái)，努力追趕上日本人的技術(shù)，從而以價(jià)格優(yōu)勢(shì)打破多年來(lái)的壟斷，才能真正促進(jìn)國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商的發(fā)展。

另一個(gè)就是另辟蹊徑，追求其他技術(shù)和市場(chǎng)。如Rethink Robotics當(dāng)時(shí)甚至考慮用塑料的齒輪箱來(lái)降低成本，而通過(guò)視覺來(lái)彌補(bǔ)運(yùn)動(dòng)精度損失，就像人的眼睛來(lái)輔助手的精微操作一樣。但畢竟不能一步登天，所以Baxter機(jī)器人暫時(shí)在精度和速度上完全無(wú)法與傳統(tǒng)機(jī)器人相比，但在它能處理的物料抓放的應(yīng)用中，卻也足夠了。也許隨著Rethink的努力，會(huì)在硬件較差的情況下，通過(guò)軟件的智能化彌補(bǔ)，來(lái)達(dá)到與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人競(jìng)爭(zhēng)的程度(那就是真顛覆這些傳統(tǒng)大廠商了)。

(二)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)

1.通用性

工業(yè)機(jī)器人可編程，支持多自由度運(yùn)動(dòng)，因此應(yīng)用較靈活。雖然不及人類，但相對(duì)于很多工業(yè)自動(dòng)化常見的專機(jī)(專為一類工業(yè)應(yīng)用或一家客戶定制的機(jī)電集成方案)，工業(yè)機(jī)器人還是靈活多了。工業(yè)應(yīng)用改動(dòng)不太大時(shí)，是可以通過(guò)機(jī)器人重新編程來(lái)滿足新的需求，而無(wú)需在硬件上再做大量投資。但相應(yīng)的，它的相對(duì)不足會(huì)是效率。畢竟專機(jī)是為一個(gè)應(yīng)用定制的，因此雖犧牲通用性但實(shí)現(xiàn)了效率優(yōu)化，在產(chǎn)量這個(gè)客戶非常關(guān)心的指標(biāo)上能完成地很好。

2.機(jī)電性能

工業(yè)機(jī)器人普遍能達(dá)到低于0.1毫米的運(yùn)動(dòng)精度(指重復(fù)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)精度)，抓取重達(dá)一噸的物體，伸展也可達(dá)三四米。這樣的性能雖不一定能輕易完成蘋果手機(jī)上一些“瘋狂”的加工要求，但對(duì)絕大部分的工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，是足以圓滿完成任務(wù)。隨著機(jī)器人的性能逐漸提升，以前一些不可能的任務(wù)也變得可行起來(lái)(如激光焊接或切割，曾需要專門的高精度設(shè)備來(lái)指導(dǎo)激光的走向，但隨著機(jī)器人精度的提升，現(xiàn)在也變得可依賴機(jī)器人本身的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)來(lái)代替了)。但相比傳統(tǒng)高端設(shè)備，如高精度數(shù)控機(jī)床，激光校準(zhǔn)設(shè)備，或特殊環(huán)境(高溫或特低溫)設(shè)備等，工業(yè)機(jī)器人尚力不能及。

3.人機(jī)合作

傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人是關(guān)在籠子里工作的，因?yàn)樗鼘?shí)在危險(xiǎn)(想象一個(gè)抓著幾十或幾百公斤的家伙以四米每秒的速度甩著，誰(shuí)也不想靠近吧)。主要原因是一般機(jī)器人，基于成本與技術(shù)的考慮，不會(huì)集成額外的傳感器去感知外部的特殊情況(如突然有人觸碰)，它只會(huì)“傻傻”得照著人類編好的程序日復(fù)一日的動(dòng)著，除非有外部信號(hào)告訴它停止。所以常見的方案就是為機(jī)器人配備籠子，當(dāng)籠子門打開時(shí)，機(jī)器人收到信號(hào)便自動(dòng)暫停。

對(duì)安全的考慮，自然給機(jī)器人集成帶來(lái)了很多額外的成本，籠子可能并不貴，但畢竟要為此仔細(xì)考慮產(chǎn)線排布，增加產(chǎn)線面積，改變?nèi)藱C(jī)合作方式等，從而影響生產(chǎn)效率。所以最近比較受關(guān)注的工業(yè)機(jī)器人都以能安全地和人一起工作“為榮”，如Rethink RoboTIcs的Baxter，Universal Robots的PR系列，以及很多傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人巨頭(abb，kuka，Yaskawa等)的半概念半成品的機(jī)器人。而從產(chǎn)業(yè)需求看來(lái)，已通過(guò)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人解決了對(duì)精度速度重量等自動(dòng)化需求后，也的確是時(shí)候開始滿足人機(jī)安全合作了。

4.易用性

傳統(tǒng)機(jī)器人的工作本質(zhì)就是不斷地走一個(gè)個(gè)的路徑點(diǎn)，同時(shí)接收或設(shè)置外圍的I/O信號(hào)(老和其他設(shè)置如夾具，輸送線等合作)。而指導(dǎo)機(jī)器人這么做得過(guò)程，就是機(jī)器人編程。幾乎每一家領(lǐng)先公司都有自家的編程語(yǔ)言和環(huán)境，從而需要機(jī)器人操作者參加學(xué)習(xí)培訓(xùn)。當(dāng)機(jī)器人適用范圍增廣后，這個(gè)成本開始顯現(xiàn)了。

這些廠商是有理由維護(hù)自家的編程環(huán)境的，一來(lái)工業(yè)機(jī)器人四十年前就開始規(guī)?；隽?，那時(shí)還沒有什么面向?qū)ο蟮痊F(xiàn)在廣為熟知普遍認(rèn)同的主流先進(jìn)編程理念，二來(lái)萌芽階段自家技術(shù)難免會(huì)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不同，維護(hù)一個(gè)編程方式也無(wú)可厚非，三來(lái)因?yàn)樗麄兊拇罂蛻敉彩莻鹘y(tǒng)的工業(yè)大客戶，如大汽車廠商，這些客戶求穩(wěn)，自然不希望你機(jī)器人過(guò)幾年就趕個(gè)熱潮變換編程方式，搞得他們還得扔掉幾十年的經(jīng)驗(yàn)，重新花大錢培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

當(dāng)然在業(yè)界，大家早已思考編程可否做的直觀簡(jiǎn)單些，但在傳統(tǒng)廠家中除了一次次地概念性的展示外(如利用外骨骼，3D圖像，虛擬現(xiàn)實(shí)，iPhone等等)，一直沒什么商業(yè)實(shí)用進(jìn)展，以至于大家再聽到“簡(jiǎn)易編程”等關(guān)鍵詞都想吐了。

但慶幸地還是有后來(lái)者敢于挑戰(zhàn)，也從零開始做出成就，并成為被認(rèn)可的賣點(diǎn)。對(duì)，說(shuō)的就是Rethink RoboTIcs和Universal Robots!這也鮮活地論證了創(chuàng)新者窘境里為什么顛覆性技術(shù)往往不會(huì)在領(lǐng)先企業(yè)中成功(盡管他們有足夠的資源)，卻總是被后來(lái)挑戰(zhàn)者發(fā)揚(yáng)光大。因?yàn)轭I(lǐng)先者在顛覆性技術(shù)上每走遠(yuǎn)一步，就往往離自己的鐵飯碗遠(yuǎn)離一步，內(nèi)外部阻力都很大!

不管怎么，機(jī)器人的易用性開始得到重視，如何能讓人不經(jīng)任何(或過(guò)多)培訓(xùn)，就能像玩iPhone一樣很快玩轉(zhuǎn)機(jī)器人，已經(jīng)變成大廠商們開始大力投資的方向來(lái)。

5.智能性

之所以將智能型放在最后一點(diǎn)，因?yàn)橄鄬?duì)現(xiàn)在市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的主流需求(即強(qiáng)，快，準(zhǔn))，它暫時(shí)還不是最迫切的。這也體現(xiàn)了傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)(任勞任怨，保質(zhì)保量，是個(gè)“干活”的好手)和不足(但很“笨”，老得讓人教)。

但不代表智能型不重要，相反企業(yè)已經(jīng)開始做技術(shù)投資了。比如怎么讓機(jī)器人更好的理解人的指揮意圖，相對(duì)自主的去理解并規(guī)劃任務(wù)，而不需一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)得讓人告訴它怎么走;如何讓機(jī)器人在外圍環(huán)境發(fā)生變化下(光線變暗影響圖像識(shí)別，傳送帶上物品有損壞需要特殊處理)自動(dòng)適應(yīng);如何通過(guò)觸覺視覺聽覺等感知判斷零部件的裝配質(zhì)量，等等。

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