論工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化

劉歡 王洋

摘要：本文分析工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，并提出具體的解決措施，促使工程機(jī)械更好地為建設(shè)項(xiàng)目服務(wù)。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；機(jī)器人化；機(jī)電一體化

隨著機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和人工智能在工程機(jī)械中的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的自動(dòng)化，能夠有效地提高系統(tǒng)的可操作性、機(jī)動(dòng)性、安全性和可靠性?？山档陀秃暮统杀?，提高運(yùn)行效率和質(zhì)量。工程機(jī)械機(jī)器人在我國(guó)起步較晚，但在噴射混凝土機(jī)器人、壓路機(jī)機(jī)器人、自動(dòng)鋪路機(jī)、隧道鉆孔機(jī)器人、隧道鏜孔機(jī)器人、裝載機(jī)器人、挖掘機(jī)器人等工程機(jī)械機(jī)器人研究領(lǐng)域取得了可喜的成果。

1 工程機(jī)械一體化機(jī)器化

工程機(jī)械機(jī)器人化涉及機(jī)械、電子、信息與控制等多學(xué)科知識(shí)，主要研究?jī)?nèi)容包括電液伺服控制技術(shù)、遙控與自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)、作業(yè)對(duì)象識(shí)別與智能控制技術(shù)（如圖1所示）。

圖1工程機(jī)械機(jī)器人化關(guān)鍵技術(shù)

2 工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化過程中存在的問題

2.1 機(jī)械對(duì)工作對(duì)象的識(shí)別能力較差

工程在生產(chǎn)和建設(shè)過程中需要應(yīng)用大量的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械設(shè)備圍繞工作內(nèi)容而開展，并且跟隨作業(yè)對(duì)象在移動(dòng)。由于作業(yè)對(duì)象和作業(yè)環(huán)境會(huì)隨著工作開展的程度而不斷變化，且無規(guī)律可以遵循，如地下環(huán)境和地上的障礙物隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化，所以需要機(jī)械操作人員隨時(shí)觀察工程建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)施工情況，監(jiān)測(cè)工程現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)情況，根據(jù)現(xiàn)有的作業(yè)環(huán)境對(duì)其做出準(zhǔn)確判斷，以更好地指揮機(jī)械設(shè)備，促使其順利完成工作任務(wù)。

由于機(jī)械對(duì)作業(yè)對(duì)象的自我感應(yīng)能力較弱，面對(duì)不確定的工作環(huán)境和工作內(nèi)容無法找尋其工作規(guī)律，所以需要操作人員運(yùn)用自身的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行操作，在不同環(huán)境下采用不同的工作方式。因此，現(xiàn)階段所運(yùn)用的工程機(jī)械無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。后續(xù)的研究工作中，為了讓工程機(jī)械更好地為施工現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，要不斷提高工程機(jī)械的判斷和識(shí)別能力，研發(fā)出適應(yīng)作業(yè)環(huán)境變化的新型智能機(jī)械設(shè)備。

2.2 施工環(huán)境對(duì)工程機(jī)械機(jī)器人提出了較高要求

工程機(jī)械的作業(yè)場(chǎng)所主要在室外，施工環(huán)境多為40℃以上的高溫或者是-30℃以下的低溫，大風(fēng)天氣較多，且伴有暴雪、塵埃等，作業(yè)環(huán)境十分惡劣。除了天氣對(duì)施工環(huán)境造成較大影響外，施工場(chǎng)所經(jīng)常受到強(qiáng)烈的沖擊和震動(dòng)，甚至在某些作業(yè)環(huán)境下機(jī)械設(shè)備無法開展工作。例如，在-35℃的天氣下，土壤受到寒冷天氣的影響形成凍土層，無法開展挖掘工作，或者是挖掘速度較慢且對(duì)設(shè)備的損傷較大。所以，這對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高要求，希望智能設(shè)備能夠適應(yīng)各種作業(yè)環(huán)境，并且保證其運(yùn)行效率。

2.3 工程機(jī)械機(jī)電一體化和機(jī)械人技術(shù)融合度較低

工程機(jī)械投入到實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域，需要涉及到機(jī)電、光學(xué)、生物等多個(gè)學(xué)科中的內(nèi)容，才能保證其滿足智能化發(fā)展的需求。通過研究現(xiàn)階段工程機(jī)械設(shè)備的智能化系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際工作情況，發(fā)現(xiàn)智能機(jī)械設(shè)備的信息處理能力較低，各種程序之間的協(xié)調(diào)能力較差。并且由于技術(shù)的融合水平較低，機(jī)械設(shè)備無法通過自控系統(tǒng)完成全部的操作內(nèi)容，需要操作人員協(xié)助其開展工作?？梢?，技術(shù)的發(fā)展水平和融合程度較低，亟待工程機(jī)械設(shè)備的技術(shù)研發(fā)人員加大研發(fā)力度，提高工程機(jī)械的智能化水平。

3 智能監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

工程機(jī)械往往工作在復(fù)雜惡劣環(huán)境下，對(duì)系統(tǒng)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行故障診斷與報(bào)警是提高安全性和可靠性的關(guān)鍵。在工程機(jī)械的關(guān)鍵部位安裝傳感器，定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量、壓力、位移與變形等參數(shù)，利用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)提取信息特征，再通過專家系統(tǒng)推理判斷，提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)危險(xiǎn)工況并提示相關(guān)維修策略。以往的工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)中，通常采用嵌入式微控制器直接采集信息，或僅采用總線控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控。

4 實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化的有效措施

4.1 提高工程機(jī)械的識(shí)別能力

工程項(xiàng)目的施工環(huán)境較為復(fù)雜，作業(yè)條件經(jīng)常變化。為了提高施工效率，減少操作人員的參與，需加大研發(fā)力度，提高工程機(jī)械的識(shí)別能力。首先，設(shè)備的研究部門要深入施工現(xiàn)場(chǎng)，了解不同作業(yè)環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備所提出的要求。其次，與科研院校進(jìn)行合作，提高工程機(jī)械設(shè)備的技術(shù)含量。通過提升智能化水平的方式，更好地感應(yīng)作業(yè)環(huán)境的變化，讓機(jī)械設(shè)備通過傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)整其作業(yè)方式，適應(yīng)作業(yè)環(huán)境的變化，滿足作業(yè)對(duì)象提出的多種要求，從而提高工程的施工效率。

4.2 工程機(jī)械要滿足作業(yè)環(huán)境的需求

通過分析施工現(xiàn)場(chǎng)工程機(jī)械的運(yùn)行和發(fā)生的故障，受高溫或者低溫等自然因素的影響，電氣、傳感器等設(shè)備在正常溫度下可以開展工作，但在施工現(xiàn)場(chǎng)卻難以開展。因此，要調(diào)整工程機(jī)械設(shè)備上的元件。首先，機(jī)械設(shè)備研發(fā)人員研發(fā)出適應(yīng)惡劣天氣的設(shè)備元件，在各種環(huán)境下均可以保持良好的工作狀態(tài)。

其次，施工人員要定期檢修和維護(hù)設(shè)備，避免出現(xiàn)停工修理機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)象。最后，保護(hù)好控制元件，對(duì)必要的設(shè)備做好隔離和反干擾措施，減少外界環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備的影響。

4.3 提高技術(shù)的融合度

工程項(xiàng)目的作業(yè)環(huán)境和工作內(nèi)容，對(duì)工程機(jī)械設(shè)備提出了較高的技術(shù)要求。只有機(jī)械設(shè)備的技術(shù)水平高，才能最大限度地降低人工介入，進(jìn)而提高施工速度和效率。同時(shí)，為了了解工程機(jī)械的施工緊張情況，需要工程機(jī)械傳輸大量的圖像資料，通過圖像資料找出其所在的位置等?，F(xiàn)階段，智能化的應(yīng)用水平較低，需要多種設(shè)備分散進(jìn)行，才能完成工程建設(shè)的工作內(nèi)容。因此，工程機(jī)械設(shè)備只有將光學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行有效融合，并平行向前發(fā)展，才能加快機(jī)電一體化和機(jī)器人化建設(shè)的步伐。

5 結(jié)語

隨著工程項(xiàng)目的發(fā)展，應(yīng)用設(shè)備機(jī)械化水平不斷提高。受國(guó)家政策上的支持和大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)的參與，工程機(jī)械機(jī)電一體化和機(jī)械人化取得了較好發(fā)展。由于施工環(huán)境較為惡劣，技術(shù)發(fā)展不完善，它在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的不足。所以，要加大研發(fā)力度，不斷改進(jìn)設(shè)備工藝，進(jìn)而更好地投入到實(shí)踐工作領(lǐng)域，從而推動(dòng)其更好地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：長(zhǎng)城汽車底盤事業(yè)部）