論工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化

髙　翊　康世斌

（長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，吉林長(zhǎng)春 130011）

論工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化

髙翊康世斌

（長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校，吉林長(zhǎng)春 130011）

工程機(jī)械是工程建設(shè)施工的基本保證，是亞投行順利開展工作的前提之一。工程機(jī)械的發(fā)展需要技術(shù)革新和思想進(jìn)步，未來工程機(jī)械將不再是人的操作，而是真正的機(jī)器操作，即要實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化及機(jī)器人化。本文分析了工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)發(fā)展中存在的問題及困難進(jìn)行了剖析，進(jìn)而對(duì)未來機(jī)電一體化及機(jī)器人化的發(fā)展方向做了展望。

工程機(jī)械 機(jī)電一體化及機(jī)器人化 現(xiàn)狀 發(fā)展

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)工程機(jī)械提出了更高的要求，新的挑戰(zhàn)期待科技的飛躍，機(jī)電一體化及機(jī)器人化開始成為人們津津樂道的主題。要實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的高效節(jié)能，提高作業(yè)精度及高危作業(yè)時(shí)工人的安全系數(shù)，就需要工程機(jī)械自動(dòng)化，智能化，實(shí)現(xiàn)無人駕駛及遠(yuǎn)距離控制，這就要求工程機(jī)械具有人的大腦，有神經(jīng)感覺，有血液骨骼，成為名副其實(shí)的機(jī)器人。這不是科幻，也不是夢(mèng)想，只要借助計(jì)算機(jī)、傳感器、電線和光導(dǎo)纖維，液壓來實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)，具有良好控制性能和處理信息能力的電子技術(shù)，就可以夢(mèng)想成真。可以說，工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化，是未來工程機(jī)械的發(fā)展目標(biāo)，是觸手可及的偉大理想。

1　機(jī)電一體化及機(jī)器人化發(fā)展現(xiàn)狀

電子控制技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，如今，也逐漸向通用性的工程機(jī)械滲透發(fā)展，如我們熟悉的挖掘機(jī)、攤土機(jī)等，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電子化并投入使用了。

這是一種被稱作為機(jī)械手的自動(dòng)控制技術(shù)的運(yùn)用，具體體現(xiàn)在全功率控制，節(jié)能控制，分工況控制，自動(dòng)掘削及愈速控制，自動(dòng)暖機(jī)及防過熱控制，挖掘限深控制，平穩(wěn)操縱及自動(dòng)變速控制，分流及電子診斷控制等，滿足了提高生產(chǎn)率和加工精度，降低燃料消耗，降低噪音，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)及液壓系統(tǒng)，保障操作人員人身安全等需求，表現(xiàn)出工程機(jī)械中電子控制技術(shù)的運(yùn)用逐步深入，從而使工程機(jī)械的性能得到較大提升，面貌得到較大改變，技術(shù)也更進(jìn)了一步。

這類機(jī)械機(jī)電一體化的發(fā)展是循序漸進(jìn)的，也就是先實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械個(gè)別部件的單獨(dú)控制，再逐步發(fā)展為對(duì)所有部件的綜合控制，使電子控制技術(shù)的運(yùn)用逐步深入，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。其次是實(shí)現(xiàn)了由簡(jiǎn)單操縱控制向復(fù)雜智能控制的跨越。簡(jiǎn)單控制由于作業(yè)對(duì)象與環(huán)境的不同而不盡人意，智能控制才可以達(dá)到適應(yīng)各種工況、操縱及環(huán)境的目的。這樣，新興的電子控制逐步取代了傳統(tǒng)的機(jī)械和液壓控制，如機(jī)械的心臟—發(fā)動(dòng)機(jī)，如今已經(jīng)采用了電子調(diào)速器，高速電磁閥油泵控制等控制軟件，過去經(jīng)常采用的離心式調(diào)速器，電液比例閥油泵控制已經(jīng)落伍并終將被淘汰，智能泵和智能發(fā)動(dòng)機(jī)必將成為主角而備受青睞。

總之，工程機(jī)械的機(jī)電一體化的發(fā)展是，從節(jié)能、提高生產(chǎn)率開始，進(jìn)而簡(jiǎn)化、減輕操作人員的操縱，由單一走向全面，由人工操作走向半自動(dòng)化和全自動(dòng)化。但是，與真正實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)器人化的道路還很曲折與漫長(zhǎng)，前途是光明的，相信只要解決了圖像處理和物體認(rèn)識(shí)等一系列技術(shù)難題，工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化就會(huì)真的實(shí)現(xiàn)。

2　機(jī)電一體化及機(jī)器人化發(fā)展面對(duì)問題

機(jī)電一體化及機(jī)器人化在西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展較早，進(jìn)展速度也較快，但目前也只是實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，而機(jī)器人化研究及發(fā)展也遇到了瓶頸，可見其技術(shù)難度及復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工廠中的機(jī)器人、機(jī)械手技術(shù)。實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化需要更高深的技術(shù)，更廣泛的知識(shí)領(lǐng)域。

首先，工程機(jī)械與工廠設(shè)備不是可以相提并論的。工廠設(shè)備一旦在車間裝置就固定下來，只是機(jī)械地進(jìn)行重復(fù)性操作，動(dòng)作規(guī)范且標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)較為簡(jiǎn)單。而機(jī)械工程不是固定的，要隨著作業(yè)對(duì)象與環(huán)境的變化而改變，沒有規(guī)律可言。建筑施工人員也需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)作業(yè)對(duì)象與環(huán)境進(jìn)行觀察、判斷，電子技術(shù)設(shè)置的程序怎么能做到呢？就由于施工的不確定性，要求工程機(jī)械不能按照設(shè)定的程序進(jìn)行操作，而是要高智能化。即具有類似操作人員的認(rèn)識(shí)、感覺和判斷能力，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人操縱的機(jī)械才可以稱為智能機(jī)械。但是智能機(jī)器人目前還只是在研發(fā)階段，投入生產(chǎn)與使用仍任重道遠(yuǎn)。

其次，智能機(jī)械需要更廣泛更高深的知識(shí)及技術(shù)支持。智能機(jī)械的建造涉及物理上的機(jī)電光聲專業(yè)和化學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域，機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)與高端特殊技術(shù)要銜接并融合進(jìn)行機(jī)械內(nèi)部的信息處理。這就是另許多科學(xué)家犯難的問題。如為了控制工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)的工作過程和排放，需要使用化學(xué)傳感器。為了控制工程機(jī)械的工作狀態(tài)安全穩(wěn)定，需要使用超聲波和激光技術(shù)。為了控制工程機(jī)械的運(yùn)行方向正確，需要使用衛(wèi)星導(dǎo)航及高精定位設(shè)備等。可見，進(jìn)行工程機(jī)械智能機(jī)器人建造，需要涉及到方方面面的基礎(chǔ)與高科技知識(shí)與技術(shù)，這就對(duì)研發(fā)人員提出了更高的要求，要求電子技術(shù)熟悉，還需對(duì)物理，化學(xué)技術(shù)掌握。所以知識(shí)領(lǐng)域之廣，基礎(chǔ)技術(shù)與高端技術(shù)跨越之大，是工程機(jī)械智能機(jī)器人化的解決難題之一。

還有，工程機(jī)械一般在室外工作，工作環(huán)境惡劣，條件艱巨，高溫低溫的溫差大，風(fēng)雪雨霾的變化大，還需要抗震抗沖擊的能力，這就對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)部件提出了更高的要求，所以工程機(jī)械智能機(jī)器人化要求之高，不亞于軍工產(chǎn)品，航天器的標(biāo)準(zhǔn)。有實(shí)驗(yàn)表明，工廠車間內(nèi)或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)使用效果良好的傳感器、電子計(jì)算機(jī)、電器、電液閥、插件等器件，一旦運(yùn)用到工程機(jī)械上時(shí)，效果往往大打折扣，有時(shí)甚至直接怠工。所以，工程機(jī)械智能機(jī)器人的控制元件一定要最優(yōu)最好的產(chǎn)品，這對(duì)當(dāng)下的相關(guān)產(chǎn)品也提出了更高要求。巧婦難為無米之炊，沒有與之相適應(yīng)的配件，智能機(jī)械的實(shí)現(xiàn)也只是癡人說夢(mèng)。

最后談到智能機(jī)械的操作問題。由于動(dòng)作的隨機(jī)性與不規(guī)律性，很難設(shè)定固定的程序進(jìn)行自動(dòng)操作，現(xiàn)在常見的PIC自動(dòng)化控制系統(tǒng)很難滿足其要求，運(yùn)用到智能機(jī)械上的控制系統(tǒng)理論上應(yīng)具有控制技術(shù)，狀態(tài)反饋，前反饋及非線性補(bǔ)償技術(shù)等。機(jī)械智能機(jī)器人要達(dá)到熟練操作人員的技能與機(jī)巧，需要采用模糊理論，將人員的操縱規(guī)律輸入計(jì)算機(jī)中，然后通過模糊控制，使智能機(jī)器人能根據(jù)作業(yè)情況的變化對(duì)人員操作經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)借鑒，識(shí)別處理。這樣高智能機(jī)器人也只是理論上可以建造，真正與工程機(jī)械合二為一，完全投入實(shí)用，可謂“路漫漫其修遠(yuǎn)兮”。

3　工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化發(fā)展方向

工程建設(shè)中，如果作業(yè)較為單純的話，可以采用專門機(jī)械進(jìn)行施工。還有根據(jù)施工要求研究新的施工方法，依據(jù)施工方法來設(shè)計(jì)相應(yīng)的專業(yè)機(jī)械。

裝修專業(yè)機(jī)器人。這類機(jī)器人用來檢查房屋外墻，粉刷或貼墻基建專業(yè)機(jī)器人。這類機(jī)器人用于基建方面的施工，如地基挖掘、加固及改良，混凝土攪拌加工，材料傳運(yùn)等?；ㄊ亲顒诶圩钚量啵彩且筚|(zhì)量最高的施工項(xiàng)目。在這方面進(jìn)行自動(dòng)化操作與施工，既省卻了人力，又保證了質(zhì)量，是智能機(jī)械機(jī)器人化發(fā)展方向。

磚；室內(nèi)墻粉刷，安裝門窗玻璃；地面混凝土鋪設(shè)及打磨；房屋管道鋪設(shè)及裝配等。這類機(jī)器人制造技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，動(dòng)作不很復(fù)雜，省卻了人力，可以進(jìn)行研發(fā)。

地下專用機(jī)器人。這類機(jī)器人用于下水道檢查、疏通，隧道挖掘及土石傳運(yùn)，地下鉆孔等。這方面的施工環(huán)境差，臟，工作強(qiáng)度大，適應(yīng)使用機(jī)器人作業(yè)。也是智能機(jī)械機(jī)器人化可以考慮的發(fā)展方向。

其他專業(yè)機(jī)器人。根據(jù)具體工作要求不同，可以發(fā)展其他專業(yè)機(jī)器人。如筑路和道路維修機(jī)器人，山地測(cè)量機(jī)器人，海底探測(cè)機(jī)器人，危樓爆破機(jī)器人等。

4　結(jié)語(yǔ)

目前，工程機(jī)械中已經(jīng)運(yùn)用到了自動(dòng)系統(tǒng)，未來隨著科技的進(jìn)步，工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化將不會(huì)只是設(shè)想，而會(huì)真正用到建筑施工中去。我們期待這一天的早日到來！

［1］管榮根，傅偉，顧玲.機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)的探討［J］.工程機(jī)械，2008（8）：38-41+77.

［2］顧玲，李燁，任海良，管榮根.發(fā)展機(jī)器人技術(shù)提升我國(guó)礦山機(jī)械行業(yè)整體科技水平［J］.礦山機(jī)械，2009（12）：5-9.

［3］何冰，溫銀萍.論工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化［J］.科技風(fēng)，2011（15）：152.

髙翊（1964—），女，漢族，吉林長(zhǎng)春人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：機(jī)械制造及工藝設(shè)備。