摘要： 論述紡織機器人的應用及發(fā)展趨勢。從機器人應用的行業(yè)優(yōu)勢、智能化生產(chǎn)對機器人的需求等角度，闡述了開(kāi)發(fā)應用機器人的必要性；簡(jiǎn)要介紹了細紗自動(dòng)落紗機器人、筒紗自動(dòng)包裝機器人、粗 紗 自 動(dòng) 落 紗機器人的功能；對機器人在紡織行業(yè)的應用和發(fā)展進(jìn)行了展望。認為：紡織工業(yè)用工成本的增加將推動(dòng)機器人的開(kāi)發(fā)應用，機器人換人是現代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，將成為紡織生產(chǎn)環(huán)節現代化的一項重要標志。

  關(guān)鍵詞： 紡織；機器人；智能化；自動(dòng)落紗；自動(dòng)包裝；用工成本

１．１ 機器人代替人工操作已成為大勢所趨

機器人已在當今社會(huì )許多領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)積極作 用，其中工業(yè)機器人的應用為普遍，技術(shù)也相對 成熟。究其原因主要有兩點(diǎn)：一是近年來(lái)第三產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，人們的就業(yè)機會(huì )、就業(yè)趨勢、擇業(yè)觀(guān)念發(fā)生了很大變化，鋼鐵、紡織等傳統制造業(yè)由于勞動(dòng)環(huán)境、工資待遇等因素出現了招工難、用工成本高的現象；二是諸如信息技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)對操作人員的熟練程度和精細化操作要求較高，致使培訓成本高、周期長(cháng)，同樣形成了用工緊缺現象。因此，無(wú)論在傳統制造業(yè)還是新興產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)線(xiàn)上，使用工業(yè)機器人代替人工操作將成為大勢所趨，機器人的使用也將成為未來(lái)制造業(yè)自動(dòng)化水平的一項重要標志。以谷歌、英特爾、微軟等為代表的一批信息技術(shù)企業(yè)瞄準市場(chǎng)先機，悄然布局機器人研發(fā)應用領(lǐng) 域，把 機 器 人 與 大 數 據、物 聯(lián)網(wǎng)、人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)融合發(fā)展，成為其智 能化服務(wù)平臺的一部分。

機器人是一種高端智能裝備，不僅僅 是 傳 統意義上的機械電子一體化產(chǎn)品，牽涉到計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)還融合了人工智能等跨學(xué)科高新技術(shù)。綜合分析國內外工業(yè)機器人的應用情況，主要分布在三種場(chǎng)合

：一是對產(chǎn)品精準度要求高的工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)，人工長(cháng)時(shí)間操作容易產(chǎn)生疲勞，造成精力不濟，使用機器人可以有效避免這種情況，大限度地提高正品率和生產(chǎn)效率；二是有些行業(yè)仍然不同程度地存在勞動(dòng)強度大、工作環(huán)境差、影響操作人員身體健康的現象，使用機器人代替人工操作可以實(shí)現文明生產(chǎn)，達到“以人為本”的企業(yè)目標；三是出于 產(chǎn) 品 成 本 因 素，降低人工成本方面的考慮。正是由于工業(yè)機器人的推廣應用，提高了相關(guān)行業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升了企業(yè)的經(jīng)濟效益，改善了勞動(dòng)條件，實(shí)現了文明生產(chǎn)。１．２ 機器人應用已具備行業(yè)優(yōu)勢

總體來(lái)看，工業(yè)機器人在我國的應用水平仍然很低，其中汽車(chē)制造業(yè)是先開(kāi)始嘗試和推廣的行業(yè)之一，其標準化的工業(yè)流水線(xiàn)非常適合機器人自動(dòng)化操作。工業(yè)機器人在紡織生產(chǎn)中的應用已具備一定行業(yè)基礎，筆者認為至少有三點(diǎn)依據。一是基于紡織行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，多工序、多機臺、連續化、專(zhuān)業(yè)化分工細且協(xié)作程度高，大多工序實(shí)行多人按照相關(guān)工作法模式操作，有利于機器人類(lèi)型設計和配置；二是通過(guò)多年來(lái)的技術(shù)改造和技術(shù)升級，提升了紡織生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化水平，以 棉 紡 行 業(yè) 為 例，已推廣應用了自動(dòng)換筒技術(shù)、自動(dòng)落紗技術(shù)、自動(dòng)清潔技術(shù)、自調勻整技術(shù)、 除塵與溫濕度監控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，這些先進(jìn)技術(shù)為工業(yè)機器人的配置應用提供了相應的技術(shù)鋪墊；三是紡織車(chē)間存在噪聲、溫濕度、空氣潔凈度等影響操作人員工作環(huán)境的實(shí)際問(wèn)題，采用工業(yè)機器人不失為一條行之有效的解決途徑。

１．３ 紡織生產(chǎn)智能發(fā)展帶動(dòng)了機器人的開(kāi)發(fā)應用

近年來(lái)，在紡織裝備自動(dòng)化、紡織生產(chǎn)連續化的基礎上，紡織行業(yè)邁入了智能化進(jìn)程。紡織產(chǎn)業(yè)智能化的涵蓋范圍更加寬泛，在生產(chǎn)組織方面，包括智能生產(chǎn)流水線(xiàn)、智能生產(chǎn)車(chē)間、智能生產(chǎn)工廠(chǎng)等；在產(chǎn)品流程方面，包括產(chǎn)品智能設計、工藝智能管理、質(zhì)量智能控制等。結合我國紡織行業(yè)現狀，創(chuàng )建新型生產(chǎn)模式，提升智能化制造水平，需要找準切入點(diǎn)。業(yè)內專(zhuān)家認為，首先應該從發(fā)展智能化裝備入手，研發(fā)具有信息化構架下的智能化與數字化高端紡織裝備設計技術(shù)平臺，開(kāi)展紡織裝備的“人因工程設計”，實(shí)現紡織生產(chǎn)設備的智能化控制。

為適應傳統紡織行業(yè)轉型升級需求，推進(jìn)紡織生產(chǎn)自動(dòng)化、連續化、智能化水平不斷發(fā)展，加快工業(yè)機器人的推廣應用勢在必行。隨著(zhù)工業(yè)機器人的廣泛應用，可以有效推動(dòng)紡織生產(chǎn)進(jìn)一步智能化。以棉紡企業(yè)為例，未來(lái)可進(jìn)一步推廣先進(jìn)工藝，進(jìn)一步合理優(yōu)化縮短工藝流程，通過(guò)生產(chǎn)工序的進(jìn)一步連續化，并在關(guān)鍵工序、關(guān)鍵操作點(diǎn)位設計應用機器人，以期實(shí)現大幅度減少用工，使未來(lái)有望建成少用人、甚至無(wú)人的棉紡織車(chē)間。

２ 機器人的定義與分類(lèi)

２．１ 機器人的定義

２０世紀６０年代機器人問(wèn)世以來(lái)，迅 速 地 發(fā)展成為一門(mén)新興工業(yè)，現在運用一系列高新技術(shù)使機器人有了聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)，產(chǎn)生了具有某種反應能力，使之能完成更接近人的動(dòng)作，從而使機器人在眾多行業(yè)得以迅速發(fā)展和應用?！?/span>機器人學(xué)”之所以能迅速形成一門(mén)新興學(xué)科，一是因為它的出現恰逢其時(shí)，在工業(yè)、農業(yè)、軍事、醫療、服務(wù)等領(lǐng)域的廣泛應用，有力地推動(dòng)了生產(chǎn)模式的創(chuàng ) 新與進(jìn)步，改善了人們的工作環(huán)境和生活質(zhì)量；二是因為它屬于跨學(xué)科協(xié)同攻關(guān)的重大科研成果， 技術(shù)含量代表著(zhù)高新技術(shù)的發(fā)展前沿，其作用和影響引起了國內外學(xué)者的高度關(guān)注。關(guān)于機器人的定義，從嚴格意義上說(shuō)，業(yè)界至今沒(méi)有形成完全一致的解釋。客觀(guān)事實(shí)是機器人技術(shù)的快速發(fā)展使機器人的功能不斷豐富，其定義也就處在不斷充實(shí)與創(chuàng )新之中?！?/span>機器人是靠自身動(dòng)力 和 控 制 能 力 來(lái) 實(shí) 現 各 種 功 能 的 一 種 機器”，這是現階段人們能普遍認同的一種解釋。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會(huì )對機器人的定義：“一種可編程和多種功能的操作機；或是為了執行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)系統”。國內學(xué)者對機器人的定義是：“機器人是一種自動(dòng)化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機器”。在機器人的研究開(kāi)發(fā)和推廣應用過(guò)程中，眾多行業(yè)陸續對機器人的功能提出了更多更具體的要求，這些需求反過(guò)來(lái)促進(jìn)了機器人的設計開(kāi)發(fā)水平。在這種往復循環(huán)過(guò)程中，人們逐漸認識到機器人技術(shù)的本質(zhì)是“感知、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結合”。當代機器人技術(shù)進(jìn)步的重要標志是智能化技術(shù)的引入，徹底改變了早期機器人的技術(shù)水平和應用領(lǐng)域， 其功能更 加 符 合 不 同 行 業(yè) 的 個(gè) 性 化 和 專(zhuān) 業(yè) 化 要求。這種具有“感知、決策、行動(dòng)和交互能力”的機器人屬于真正意義上的智能機器人，展現出了廣闊的應用領(lǐng)域和發(fā)展空間。

２．２ 機器人的分類(lèi)

從應用行業(yè)角度出發(fā)，國內將機器人分為工業(yè)機器人和特種機器人兩大類(lèi)。顧名思義，應用于制造業(yè)領(lǐng)域的機器人（包括多關(guān)節機械手）稱(chēng)之為工業(yè)機器人，用于非制造業(yè)并服務(wù)人類(lèi)的機器人則稱(chēng)為特種機器人，例如軍事用途、醫學(xué)用途、農業(yè)用途、服務(wù)用途的機器人。國外學(xué)者同樣是根據應用環(huán)境，將機器人分為制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機器人，這和我國的分類(lèi)是一致的。

數字化技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，使得機器人的研發(fā)速度越來(lái)越快，智能化程度越來(lái)越高，應用范圍也越來(lái)越寬，正朝著(zhù)智能化和多樣化方向發(fā)展，智能機器人的定義便應運而生。智能機器人具備了感覺(jué)要素、運動(dòng)要素和思考要素，由中央處理器和外部計算機發(fā)生直接聯(lián)系，也就是說(shuō)可以和操作計算機的人發(fā)生直接聯(lián)系，通過(guò)人機互動(dòng)，實(shí)現機器人的感覺(jué)、思考和運動(dòng)功能。根據智能化程度，智能機器人可以分為３個(gè)層次。

（１）工業(yè)機器人。多應用于工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)環(huán)節，按照預先設計程序一成不變地完成某項工作，不能根據外界條件變化調整相關(guān)程序，改變機器人的工作任務(wù)時(shí)，需要人工修改程序，這種機器人不具備任何智能。（２）初級智能機器人。具有一定感覺(jué)、識、推理和判斷能力，當外界條件發(fā)生變化時(shí)，能夠根據人們預先設定的程序修改原則，在一定范圍內自行修改程序，并且能根據外界條件變化做出相應調整，其實(shí)這種機器人具有一定智能。（３）高級智能機器人。具有感覺(jué)、識別、推理和判斷能力，在沒(méi)有人工預先設定修改程序原則的條件下，通過(guò)機器人本身的學(xué)習總結，獲取修改程序的原則，當外界條件發(fā)生變化時(shí)能夠自行修改程序。這種機器人具有一定的自動(dòng)規劃能力，無(wú)需人工管理，完全獨立工作，也稱(chēng)之為高級自律機器人。

３ 機器人在棉紡織行業(yè)的應用示例

３．１ 細紗自動(dòng)落紗機器人

當細紗滿(mǎn)管時(shí)，落紗機器人在軌道上緩緩運行，抓紗臂準確地抓起管紗并將其放在紗筐中，再將一個(gè)個(gè)空管快速地插到錠子上。落紗機器人是細紗集體落紗裝置的一個(gè)有力補充。落紗機器人的應用靈活性相對較高，一臺機器人可以應用于多臺細紗機，完全可以取代傳統的人工拔管、插管工作，有降低了工人勞動(dòng)強度，提高了工作效率，減少了生產(chǎn)成本。現階段，一臺機器人可以完成８名操作工人的工作量，大約節約勞動(dòng)成本５０％。目前國內有數家單位研究開(kāi)發(fā)細紗落紗機器人，而投入實(shí)際生產(chǎn)應用的主要有三家。

銅陵松寶機械智能裝備股份有限公司推出的 自動(dòng)落紗機器人在業(yè)內被稱(chēng)為松寶智能落紗機，在自落紗和插管方法、結構和控制方面應用了專(zhuān)利技術(shù)。為了實(shí)現垂直拔管，采用了兩項關(guān)鍵技術(shù)：一是飛剪子程序，在拔管階段從軸跟蹤主軸運動(dòng)，在主軸伺服電機傳動(dòng)小車(chē)勻速向前移動(dòng)的同時(shí)，從軸伺服電機跟蹤主軸使拔紗管裝置反向勻速移動(dòng)，這樣就能使拔紗管裝置同正在拔的管紗保持相對靜止；二是協(xié)同控制裝置，配置兩臺伺服電機協(xié)同控制拔紗裝置，使其按規定路線(xiàn)弧線(xiàn)插補，以保證定位快速精準，運行穩定可靠。江陰華方新技術(shù)科研有限公司推出的細紗落紗小車(chē)采用人工輔助移動(dòng)形式，兩臺落紗小車(chē)為一組，可同時(shí)供多臺細紗機使用。拔管時(shí)采用模擬人工旋轉的方式對管紗進(jìn)行預松，其搓旋受力部位在筒管頂部或筒管底部，避免直接接觸紗條，所以預松過(guò)程中紗條不會(huì )受到損傷。另外搓旋時(shí)使用較小的外力能使紗管和錠桿脫離，拔紗偏心輪盤(pán)適時(shí)將管紗帶出，完成落紗任務(wù)。為做到不損傷錠子和筒紗，偏心輪盤(pán)與錠子及管紗表面接觸部位采用軟橡膠包覆。無(wú)錫集聚紡織器械有限公司推出了兩代機器人，兩者設計思路不同，機器結構、拔紗方法具有明顯差異。前者在拔紗時(shí)，拔紗機械手柔和地接觸管紗，而后者采用了類(lèi)似集體落紗裝置的拔紗方式，拔紗器于龍筋頂面垂直，在落紗過(guò)程既不損傷紗條，又不損傷錠子。每次拔紗數量與兩個(gè)羅拉之間錠數和落紗機器人的外形尺寸有關(guān)，可以選擇每次拔６個(gè)、８個(gè) 或１２個(gè)。該 機在拔紗時(shí)， 落紗小車(chē)是完全靜止的，所以更易實(shí)現垂直拔紗。

３．２ 筒紗自動(dòng)包裝機器人

江陰坤侖機械制造公司推出的ｃｏｎｅＢｏｔ－Ⅰ型筒紗自動(dòng)包裝機器人應用在絡(luò )筒工序之后，對絡(luò )

筒生產(chǎn)的筒紗進(jìn)行自動(dòng)套袋、封口、稱(chēng)重、標記和流轉。ｃｏｎｅＢｏｔ－Ⅰ型筒紗自動(dòng)包裝機器人由筒紗 傳遞裝置、裝袋機器人、封袋機械手、稱(chēng)重噴碼機、紗袋傳送裝置組成。筒紗傳送裝置利用皮帶傳送方式將絡(luò )筒機生產(chǎn)的筒紗導入筒紗自動(dòng)包裝機器人；裝袋機械手在機器視覺(jué)輔助下，利用液壓機械手自動(dòng)提起筒紗裝入內層薄膜袋和外層纖維袋；封袋機械手利用超聲波縫紉機械手將筒紗包裝袋

封口；稱(chēng)重噴碼機將紗袋自動(dòng)傳送到稱(chēng)重臺稱(chēng)重；噴碼機將包含品種、重量及物流周轉等信息噴印在紗袋表面；紗袋傳送裝置將完成的紗袋送到下一個(gè)周轉處。該機器人將整個(gè)筒紗包裝過(guò)程完全自動(dòng)化，減少了人工操作；在筒紗的裝袋機械手中采用機器視覺(jué)對筒紗進(jìn)行定位，避免了對筒紗的損傷；在稱(chēng)重標簽環(huán)節利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對裝袋筒紗的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)標記，為物流倉儲及銷(xiāo)售管理

系統提供實(shí)時(shí)信息。

３．３ 粗紗自動(dòng)落紗機器人

根據相關(guān)文獻報道［６］，一種國產(chǎn)粗紗自動(dòng)落紗機器人已經(jīng)研制成功，這種機器人主體結構為行走系統、取放機械手、滿(mǎn)紗吊裝機械手、空管輸送系統和軌道系統五個(gè)部分，各個(gè)部分之間既相對獨立又相互關(guān)聯(lián)。行走系統依據落紗時(shí)序由 ＰＬＣ控制啟動(dòng)，按照設定的步幅自動(dòng)到位。取放機械手的定位精度代表著(zhù)落紗機器人的核心技術(shù)，決定了落紗機器人的工作效率與生產(chǎn)水平。滿(mǎn)紗吊裝機械手、空管輸入和滿(mǎn)紗輸送環(huán)節通過(guò)網(wǎng)絡(luò )信息交互構成細

化的時(shí)序精確運行，使粗紗機自動(dòng)落紗機器人實(shí)現有效、準確、快速的粗紗落紗功能。該技術(shù)可以在不改變粗紗機結構的前提下，與紡機制造企業(yè)實(shí)現新機配套，也可以為棉紡企業(yè)正在運行的粗紗機進(jìn)行技術(shù)改造，達到提高企業(yè)自動(dòng)化水平、節約人工成本、提高生產(chǎn)效率的目的。

４ 機器人在紡織行業(yè)的發(fā)展展望

４．１ 紡織工業(yè)用工成本將推動(dòng)機器人的應用

隨著(zhù)我國人口結構的老齡化和社會(huì )就業(yè)選擇的日漸多元化，帶來(lái)了企業(yè)用工成本的持續高漲。中國棉紡織行業(yè)協(xié)會(huì )通過(guò)近五年連續跟蹤近百家行業(yè)大中型企業(yè)得出的數據，近五年間棉紡織企業(yè)工資支出總 額 年 均 增 長(cháng) 率 為７％左 右，而５年間企業(yè)全部就業(yè)人數年平均降幅為５．７％，職工人均工資５ 年間平均增長(cháng)率為 １３％，高 于 全 社 會(huì )１２％的增幅。對此，一方面可以看出企業(yè) 利 潤 空間和生存空間受到擠壓，另一方面可以看出傳統紡織行業(yè)相對信息技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)，無(wú)論工資水平還是勞動(dòng)環(huán)境都不具備競爭力，出現了不同程度的“用工荒”。在此背景下，工業(yè)機器人的應用無(wú)疑為紡織行業(yè)降低勞動(dòng)成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，由傳統的批量生產(chǎn)向更加能滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化需求的小批量生產(chǎn)和訂單生產(chǎn)提供了一種新的可能性?？梢灶A見(jiàn)，在紡織行業(yè)轉型升級的發(fā)展進(jìn)程中，越來(lái)越多的工業(yè)機器人將會(huì )走進(jìn)紡織生產(chǎn)車(chē)間，從根本上解決困擾紡織企業(yè)經(jīng)營(yíng)者用工成本持續增加和“用工荒”的難題。

４．２ 機器人在紡織行業(yè)的應用還處于初級階段

近年來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，紡織新技術(shù)、新材料、新工藝、新設備取得了快速 發(fā) 展。在自動(dòng) 化 方 面，實(shí)現了梳棉自動(dòng)換 筒、并 條 自 動(dòng) 換筒、精梳自動(dòng)換筒，粗紗自動(dòng)落紗、細紗自動(dòng)落紗、轉杯紡紗自動(dòng)接頭、噴氣渦流紡紗自動(dòng)接頭、絡(luò )筒自動(dòng)接頭。在連續化方面，實(shí)現了開(kāi)清棉工序和梳棉工序間的連接（即清梳聯(lián)）、細紗工序和絡(luò )筒工序間的連接（即細絡(luò )聯(lián)）及精梳準備至精梳機、粗紗機至細紗機之間半制品的自動(dòng)運輸。在智能化方面，實(shí)現了計算機自動(dòng)配棉、并條自調勻整、絡(luò )筒紗線(xiàn)粗細節自動(dòng)切除和異纖切除等新技術(shù)。相對以上新技術(shù)，工業(yè)機器人的應用占比仍然很低，以自動(dòng)落紗為例，目前國內仍然使用人工落紗方式進(jìn)行生產(chǎn)或部分生產(chǎn)的企業(yè)仍然占多數。在棉紡織生產(chǎn)線(xiàn)中大力推廣機器人，仍有許多技術(shù)問(wèn)題尚未解決，以環(huán)錠細紗機的自動(dòng)接頭為例，需要經(jīng)過(guò)找頭、引紗、穿鋼絲圈、穿導紗鉤等動(dòng)作，接頭程序復雜，對機器人的智能性要求很高。我國著(zhù)名紡織專(zhuān)家、中國工程院姚穆院士曾呼吁，“集中精力，力爭在較短時(shí)間內突破完成環(huán)錠細紗機斷頭自動(dòng)接 頭 的 機 器 人?！保蹤C 器 人 換 人 是 現 代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，必將成為紡織生產(chǎn)環(huán)節現代化的一項重要標志。

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