工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

張立平

摘 要：近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為一項(xiàng)全新的技術(shù)形式出現(xiàn)在人們視野中，并給人類生產(chǎn)活動帶來了極大便利，特別是在促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)自動化方面，更是發(fā)揮出了重要作用與價值?；诖?，該文針對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探究，旨在能夠更深入了解和掌握這項(xiàng)技術(shù)，使其效能得以充分高效的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：科學(xué)技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人；自動化控制

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

進(jìn)入21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，機(jī)器人技術(shù)作為一項(xiàng)重要研究成果，對于人們而言也不再陌生，在實(shí)踐應(yīng)用的過程中也為我們提供了諸多的便捷服務(wù)。就機(jī)器人技術(shù)而言，其本身屬于一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)形式，綜合了機(jī)構(gòu)學(xué)、計算機(jī)技術(shù)以及傳感技術(shù)等學(xué)科，且在現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的推動下其應(yīng)用也漸趨廣泛。加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用與普及，也成了一種發(fā)展的必然趨勢。接下來筆者就分別對工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、控制結(jié)構(gòu)及控制方式進(jìn)行分析，并對其在自動化控制領(lǐng)域的運(yùn)用進(jìn)行了說明，以供參考。

1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特點(diǎn)及控制方式概述

1.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1.1 機(jī)器人技術(shù)要實(shí)現(xiàn)與機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)的密切聯(lián)系

一般機(jī)器人的運(yùn)動都是以相應(yīng)的坐標(biāo)為準(zhǔn)，因此要想保證機(jī)器人能夠圓滿地完成某項(xiàng)任務(wù)，就需要提前對其進(jìn)行相應(yīng)坐標(biāo)的設(shè)置，并能夠結(jié)合具體的需要進(jìn)行選擇和適當(dāng)變換；

1.1.2 機(jī)器人需要自由度

自由度具體指的是機(jī)器人要具備多種操作選擇，由此才能保證其能夠通過不同組合形式來完成具體的操作任務(wù)。

1.1.3 機(jī)器人控制要通過計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)

機(jī)器人由于不能象人類一樣進(jìn)行語言溝通，人類的需要一般也都是通過系列的計算機(jī)代碼向其傳遞的，從而達(dá)成一種有效控制的目的。

1.1.4 機(jī)器人操作的完成可有多種不同方式

象人類活動追求的最高效一樣，機(jī)器人活動也需要從諸多的完成方式中選擇一套最佳的方式，從而保證完成效果的最佳。

1.2 機(jī)器人技術(shù)的控制方式

1.2.1 點(diǎn)位控制方式

機(jī)器人技術(shù)的點(diǎn)位控制就是對工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行的一種對機(jī)器人位姿控制的行為。通過對機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)位控制，能夠促使機(jī)器人更加快速、準(zhǔn)確地在相應(yīng)操作位置上完成具體的操作任務(wù)。

1.2.2 連續(xù)軌跡控制方式

連續(xù)軌跡控制方式是針對工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行的一種位姿連續(xù)控制行為，通過該控制方式能夠促使機(jī)器人連續(xù)不間斷的完成相應(yīng)的操作步驟，保證了操作過程的準(zhǔn)確與平穩(wěn)。

1.2.3 力控制方式

力控制就是針對機(jī)器人在操作過程中的用力程度實(shí)施的一種控制行為。

1.2.4 智能控制方式

智能控制就是利用傳感器先對周圍環(huán)境的相關(guān)信息進(jìn)行獲取，隨后在結(jié)合機(jī)器人自身所具備的知識，針對具體情況進(jìn)行分析和解決，由此也實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人能夠在緊急情況下快速、自主解決問題的能力。

2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 主從式控制結(jié)構(gòu)

在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的機(jī)器人控制系統(tǒng)越發(fā)顯得不能滿足社會需求，因此一種先進(jìn)的機(jī)器人控制系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生，即具備主動式控制結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制系統(tǒng)。象MOTORMAN弧焊機(jī)器人，在該機(jī)器人系統(tǒng)中，存在著2臺計算機(jī)，1臺被稱為“一級計算機(jī)”，其作為整個控制系統(tǒng)的管理者，不僅具有機(jī)器人語言編譯功能和人機(jī)交互的作用，同時還能夠利用其所具備的運(yùn)算性能，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)向機(jī)器人軌跡數(shù)據(jù)的成功轉(zhuǎn)換，并將其視為關(guān)節(jié)運(yùn)動增量傳輸?shù)焦矁?nèi)存當(dāng)中。另外1臺計算機(jī)被稱為“二級計算機(jī)”，其主要功能就是實(shí)現(xiàn)對整個控制過程中關(guān)鍵位置數(shù)值的有效控制。在實(shí)踐中，該計算機(jī)能夠針對內(nèi)存中“一級計算機(jī)”的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行讀取，同時還能夠?qū)⑾到y(tǒng)各關(guān)節(jié)處的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時地傳輸?shù)絻?nèi)存系統(tǒng)，由此也為“一級計算機(jī)”的順利運(yùn)行打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

在主從式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制系統(tǒng)中，通過內(nèi)存可將各個CPU進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)一次性信息交換和傳輸?shù)哪康?，但多臺計算機(jī)耦合顯得有些松散，因此，目前也只能對2臺計算機(jī)進(jìn)行耦合。

2.2 集中式控制結(jié)構(gòu)

集中式控制具體指的就是在工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行過程中，只利用1臺計算機(jī)來完成所有的活動控制，該結(jié)構(gòu)屬于一種比較傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，同時對于計算機(jī)也有著較高的要求，需要計算機(jī)具有很強(qiáng)大的功能。之前由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展尚不成熟，而且功能也不夠健全，再加上對于高額生產(chǎn)成本的考慮，因此集中式控制方式也成了電氣自動化控制的首選，其不僅經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，而且還能夠在實(shí)際的控制工作中得到很好的使用。但需要指出的是，集中式控制模式在控制速度方面相對較慢，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，由于這些弊端性因素的影響，該控制系統(tǒng)在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的情況下也逐漸被淘汰。

2.3 分布式控制結(jié)構(gòu)

就目前現(xiàn)狀來看，絕大多數(shù)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在應(yīng)用過程中所采用的都是分布式控制結(jié)構(gòu)。而所謂的分布式控制結(jié)構(gòu)就是將管理系統(tǒng)劃分為2個級別。通過對上一級別主控計算機(jī)的有效運(yùn)用，來實(shí)現(xiàn)對所有系統(tǒng)的管理與控制，并利用軌跡插補(bǔ)運(yùn)算完成對坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化，而在下一級中，存在著多個CPU，每一關(guān)節(jié)都是由一個對應(yīng)的處理器來進(jìn)行控制。分布式控制結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，促使控制效率與控制水平均得到了顯著提升，因此這一結(jié)構(gòu)應(yīng)用也較為廣泛。

3 自動化控制領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用漸趨普及，特別是在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，該技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮出了不可替代的重要作用與價值。

3.1 裝配機(jī)器人

對于裝配機(jī)器人而言，其往往會配備多種傳感器，象視覺傳感器、接觸傳感器等，其目的也是為了保證機(jī)器人能夠更加精準(zhǔn)的感知操作對象，并能夠做出準(zhǔn)確地判斷，從而保證裝配工作的效率。裝配機(jī)器人在現(xiàn)代自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，不僅有效地保證了任務(wù)完成的質(zhì)量，同時也保證了任務(wù)完成的效率，節(jié)約了大量的物力與時間。

3.2 材料搬運(yùn)機(jī)器人

在生產(chǎn)過程中，材料搬運(yùn)工作無可避免，很多時候，一些重量太大的貨物單純的通過人工搬運(yùn)是不能完成的，為了解決這一問題，搬運(yùn)機(jī)器人投入使用。一般材料搬運(yùn)機(jī)器人主要用于上下垛、卸貨、碼垛以及零件抓取等定向操作過程中。

3.3 檢測機(jī)器人

檢測機(jī)器人在應(yīng)用過程中所承擔(dān)的任務(wù)就是針對已生產(chǎn)出的各種產(chǎn)品或零件進(jìn)行合格檢查，象測量生產(chǎn)零件尺寸是否合乎標(biāo)準(zhǔn)、對零件進(jìn)行質(zhì)量檢測等，通過一系列的規(guī)范化檢測過程，保證企業(yè)整個生產(chǎn)過程的精確性。而且，機(jī)器人檢測與傳統(tǒng)人工檢測相比，精準(zhǔn)度更高，即使是一點(diǎn)差錯也會被檢測出來，從而有效降低了人工檢測的誤差。

該文提到的幾種機(jī)器人只是諸多機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用中的一部分，這樣的案例還有很多很多，如噴漆和噴涂機(jī)器人等。可以說，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用已漸趨普及，涉及工業(yè)生產(chǎn)的各個方面，在促進(jìn)工業(yè)智能化、現(xiàn)代化和自動化發(fā)展方面發(fā)揮出了巨大的作用與價值。

4 結(jié)語

總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人不管是在技術(shù)層面還是在功能層面，都得到了很大程度地提升。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代自動化控制領(lǐng)域的運(yùn)用也成了現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的一大必然趨勢。我們堅信，未來在工業(yè)自動化技術(shù)持續(xù)發(fā)展的推動下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也必定會得到更為廣泛的應(yīng)用，給社會帶來更多的便利。

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