通過無人機與機器人淺談機械自動化的發(fā)展

摘要：機械自動化已成為現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，深入到我們生活中的方方面面。當(dāng)前機械制造與自動化也與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)密切結(jié)合，在許多領(lǐng)域都有新的突破。以無人機和機器人為例，探討機械設(shè)計制造及自動化的前景和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機器人；無人機；自動化系統(tǒng)；機械自動化

引言：

機械自動化技術(shù)是將機械技術(shù)與電子信息技術(shù)融合產(chǎn)生的新型技術(shù)，它使機器設(shè)備在無人或少人的情況下，按照預(yù)先規(guī)劃好的過程，經(jīng)過機器的自行判斷、處理、操作，實現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。早期的機械自動化技術(shù)還主要局限在汽車生產(chǎn)中的自動加工、零件的自動傳送，這時期的自動化技術(shù)更傾向于“自動裝置”。隨后1960年左右，電子計算機開始介入自動化的控制，信息的收集、處理的效率大大增加。但是在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，主要是局部的自動化，各個自動化的設(shè)備獨立應(yīng)用。近些年，控制逐漸變得更自動、智能，通過多種傳感器收集到豐富的信息，由主控計算機將整個生產(chǎn)加工系統(tǒng)的信息統(tǒng)一收集，進行計算、模擬、調(diào)整，然后對各個區(qū)域統(tǒng)一調(diào)度，使各個區(qū)域工作更加協(xié)調(diào)、高效。實現(xiàn)真正意義上利于生產(chǎn)發(fā)展的機械設(shè)備的自動化。

一、機械自動化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

無人機與機器人是現(xiàn)代機械自動化研究與應(yīng)用領(lǐng)域的前沿。以下通過無人機和機器人一探現(xiàn)在機械自動化的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.美國消費電子協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，到2018年，預(yù)計全球無人機市場規(guī)模將會攀升到至少10億美元[1]。無人機是無人駕駛飛機的簡稱，是利用遠(yuǎn)程通訊技術(shù)遙控操縱或者利用自備的程序控制裝置實現(xiàn)自動操縱的不載人飛機。無人機是個復(fù)雜的設(shè)備，主要包括無人機機體、動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、無線電遙控系統(tǒng)、遙感設(shè)備控制系統(tǒng)等[2]，關(guān)于無人機的設(shè)計控制需要多學(xué)科多領(lǐng)域的知識的應(yīng)用。無人機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以現(xiàn)在的四旋翼為例，需要良好的通用機械設(shè)計功底。而無人機的“無人”離不開各種自動化技術(shù)的支持，比如機械自動化、電氣自動化等，無人機的正常飛行需要確定飛行軌跡、按照軌跡飛行的自動駕駛，而這些步驟需要機械自動化中的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制，隨后根據(jù)無人機的狀態(tài)與環(huán)境進行調(diào)整需要自動數(shù)據(jù)采集處理與自動控制技術(shù)。隨著現(xiàn)在計算機編程技術(shù)的發(fā)展，在無人機的控制方面出現(xiàn)了PID控制、模糊控制、最優(yōu)控制等，現(xiàn)在無人機已不再僅僅是某些領(lǐng)域的專屬設(shè)備，不僅能夠用于電影拍攝，綜藝節(jié)目航拍，測繪、高空噴灑農(nóng)藥、新聞報道、抗險救災(zāi)，甚至可以用于普通民眾自拍，制造浪漫驚喜。

2.機器人的制造離不開機械自動化技術(shù)的發(fā)展，可以說機器人是機械自動化技術(shù)發(fā)展到一定程度應(yīng)運而生的產(chǎn)物。機器人根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域主要包括工業(yè)機器人、家用機器人等[3]?，F(xiàn)在以便捷的移動通信技術(shù)為媒介，以層出不窮功能各異的新材料為載體，以生物質(zhì)能源等綠色新能源為基礎(chǔ)，工業(yè)將變得以“數(shù)字智能化制造”為核心，所謂的數(shù)字智能化的中心就是工業(yè)機器人。目前機器人廣泛用于制造業(yè)的焊接、組裝搬運等，可以24小時不間斷工作，可以實現(xiàn)定期自檢維修，不僅能夠解放大量的重復(fù)勞動的生產(chǎn)力，還可以保證產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品的廢品率，提高生產(chǎn)效率，加強了生產(chǎn)安全?，F(xiàn)在機器人還可以用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如現(xiàn)在應(yīng)用越來越廣泛的手術(shù)機器人，通過圖像傳感器等收集病人的身體信息，然后由醫(yī)生設(shè)計手術(shù)方案，對機器人進行程序的預(yù)設(shè)以及指令的下達，由手術(shù)機器人完成一些由于病灶位置過深導(dǎo)致的難度大的精細(xì)的操作，避免了人力導(dǎo)致的失誤，有助于病人術(shù)后的愈合?，F(xiàn)在我國機器人自動化產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，機器人制造的軟硬件技術(shù)還不夠成熟，機器人的智能程度還不夠高，但是僅僅這樣，人們也能管中窺豹可見一斑，一窺機器人市場規(guī)模的宏大，前景的廣闊。

二、機械自動化技術(shù)現(xiàn)存問題

1.相關(guān)政策還需完善：現(xiàn)在無論是機器人還是無人機的應(yīng)用都涉及到道德倫理等多方面問題，無人機與機器人的應(yīng)用都需要法律法規(guī)的引導(dǎo)，而機械自動化技術(shù)的研究也需要相關(guān)政策的激勵使其更好發(fā)展。

2.缺少行業(yè)高端人才。隨著時代的發(fā)展，科技的進步，機械自動化行業(yè)也對人才提出了更高更全面的要求，不僅僅要掌握機械制造、物理力學(xué)、機械工程相關(guān)專業(yè)知識，還要熟悉計算機應(yīng)用技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、移動通信技術(shù)等多領(lǐng)域知識的復(fù)合型人才，以及能夠熟練運用理論的實踐型人才。

3.缺乏自主創(chuàng)新。國內(nèi)的研究尚處于初級階段，科研環(huán)境也有些急功近利，科研、實驗容易陷入追求快速發(fā)表論文的惡性環(huán)境中，而缺少對核心技術(shù)、核心零件的鉆研開發(fā)?，F(xiàn)在很多機械自動化的企業(yè)仍然使用國外的技術(shù)，而應(yīng)用國外技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品投入市場又加劇了國外技術(shù)對國內(nèi)市場的入侵，形成惡性循環(huán)。所以我國的機械自動化需要加大科研力度，實現(xiàn)核心技術(shù)研究的突破。

三、機械自動化技術(shù)發(fā)展前景

1.柔性化：由計算機數(shù)值控制生產(chǎn)系統(tǒng)的運作，只要改變程序指令就可以改變生產(chǎn)過程，這種系統(tǒng)能夠輕松根據(jù)生產(chǎn)對象的不同而改變生產(chǎn)過程，使得機械自動化系統(tǒng)更柔性，更方便，能夠更高效的利用生產(chǎn)設(shè)備。

2.智能化：未來隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來的機器人等將更智能，向自我學(xué)習(xí)、自我決策的方向發(fā)展。

3.集成化：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可以看到現(xiàn)在計算機更新?lián)Q代越來越快，計算機越來越輕越來越薄，包括移動終端、智能穿戴設(shè)備，都越來越小，而功能不減反增，越來越強大。這正是未來機械自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢。首先現(xiàn)在傳感器所能收集到的信息還比較單一，少有能夠集成收集多種信息的傳感器，其次現(xiàn)在的單片機的發(fā)展還不足以支持機器人等完成更復(fù)雜的操作。相信隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，未來機械自動化設(shè)備會變得更輕更薄，更集成。

結(jié)語：

現(xiàn)在的機械自動化行業(yè)集機械、通信、電子、人工智能、計算機為一體，隨著自動控制理論的發(fā)展，智能控制研究的進步，數(shù)學(xué)建模的優(yōu)化，未來機械自動化行業(yè)的發(fā)展將更加突飛猛進，應(yīng)用將會越來越廣泛。

參考文獻：

[1]方捷新.無人機技術(shù)發(fā)展和市場應(yīng)用現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2015（12）：40-41.

[2]崔紅霞，孫杰，林宗堅.無人機遙感設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)[J].測繪科學(xué)，2004，29（1）：47-49.

[3]運怡兵.創(chuàng)新科技路共圓中國夢——記著名機器人與機械自動化專家黃慶九博士[J].創(chuàng)新時代，2015（1）：27-32.

作者簡介：劉天辰（2000.03.06）男，漢族，江西省南昌市人，高中學(xué)歷。endprint