工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用

方克民

（慶鈴汽車（集團(tuán)）有限公司，重慶 400052）

0 引言

在國家的整體發(fā)展中，工業(yè)起著基礎(chǔ)作用?，F(xiàn)階段，國家對(duì)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化控制給予了較高的期望，同時(shí)也提供了較為豐厚的資金支持，但收獲的成果不盡如人意，面臨著各種各樣的問題，實(shí)際工作效率不高。為此，應(yīng)從工業(yè)自動(dòng)化控制的功能及特點(diǎn)上展開分析，采取合理化措施，針對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的組成及控制方式等加以討論，分析當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用狀況。

1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析

與發(fā)達(dá)國家相比，我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)還有較大的發(fā)展空間，原因是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)起步緩慢，還需要進(jìn)一步落實(shí)相應(yīng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)。當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人已在應(yīng)用技術(shù)上有所突破，但是某些核心技術(shù)還缺乏深入的研究，真正擁有著國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人少之又少?？傮w分析，工業(yè)機(jī)器人水平較低，從制造裝備的角度分析，尚未具備高精尖部件的研究模式，因此在世界領(lǐng)域中并不占優(yōu)勢(shì)。運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及精密減速器等關(guān)鍵零部件長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，精密減速器是目前我國工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵零部件中最薄弱的環(huán)節(jié)。但是不容忽視的是，國家部分單位在工業(yè)機(jī)器人的研究與實(shí)踐中付出了具體的行動(dòng)，同時(shí)收獲了相對(duì)圓滿的成果。如搬運(yùn)機(jī)器人，近5年銷量年均增速達(dá)73%；國產(chǎn)品牌發(fā)展較好，部分產(chǎn)品可與外資品牌抗衡。涂裝機(jī)器人，國產(chǎn)品牌銷量已超過外資品牌。雖然從整體形勢(shì)上來看，還是和發(fā)達(dá)國家有著差距，但通過不斷的發(fā)展和鞏固，會(huì)取得相對(duì)圓滿的成果。

2 自動(dòng)化控制概述

在自動(dòng)化控制最初發(fā)展階段，反饋理論被視為最重要的基礎(chǔ)，通過落實(shí)基礎(chǔ)條件，堅(jiān)持基本的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，促使工業(yè)控制達(dá)到基本指標(biāo)，從而穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的實(shí)效性。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步與完善，現(xiàn)代化自動(dòng)控制得以受到關(guān)注，目前所指的現(xiàn)代化自動(dòng)控制就是在無人力參與的前提下，運(yùn)用合理的控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的間接控制?，F(xiàn)代化的自動(dòng)控制能保證工業(yè)機(jī)器人真正的發(fā)揮作用，完全依靠自動(dòng)操作原則進(jìn)行生產(chǎn)，由此實(shí)現(xiàn)既定的生產(chǎn)目標(biāo)。為了進(jìn)一步優(yōu)化，將被控制的對(duì)象和裝置依照合理的方式實(shí)現(xiàn)有效連接，組成較為完善的整體，也就是能參與自動(dòng)行動(dòng)的整體，這便是自動(dòng)控制系統(tǒng)。工業(yè)自動(dòng)化在具體生產(chǎn)階段往往不需要相關(guān)人員操作，在無人員干預(yù)的前提下，機(jī)器設(shè)備處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)24 h 的連續(xù)作業(yè)。正是因?yàn)闄C(jī)器人的加入，勞動(dòng)力得以解放，人工的勞動(dòng)條件也在一定程度上得到極大改善，推動(dòng)了國家產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在機(jī)械制造、建筑等領(lǐng)域，成為穩(wěn)步提升勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要舉措。

3 工業(yè)機(jī)器人的控制功能與特點(diǎn)

3.1 功能

工業(yè)機(jī)器人具有十分復(fù)雜的功能，其中最為重要的功能就是運(yùn)動(dòng)控制功能和示教再現(xiàn)。適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以完成基本操作，也就是讓工業(yè)機(jī)器人操作器的速度及位置等發(fā)生明顯變化。借助于示教再現(xiàn)功能，能及時(shí)將動(dòng)作信息和操作位置等情況反映給機(jī)器人，機(jī)器人運(yùn)用自身的記憶系統(tǒng)，完成對(duì)相關(guān)信息的合理保存。若機(jī)器人能及時(shí)接收到后續(xù)消息，將會(huì)依照之前保存的內(nèi)容完成相應(yīng)操作。在汽車制造行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用，鑄造、鍛造、車橋、鑄鋁、塑料、座椅、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等均有所涉及，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域得到拓寬，真正的發(fā)揮出替代作用，能代替人工從事高危作業(yè)，同時(shí)也能參與一些重復(fù)性強(qiáng)、體力消耗量大的作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人在社會(huì)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分顯著，可以規(guī)避安全問題，同時(shí)又能穩(wěn)步提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

3.2 特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域，通過多個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置完成相應(yīng)操作。一般來說，工業(yè)機(jī)器人往往需要具備3 個(gè)自由度，相對(duì)復(fù)雜的機(jī)器人，應(yīng)該具備多個(gè)自由度。在不同的自由度中，可以實(shí)現(xiàn)有效組成，由此構(gòu)建起多變量的控制系統(tǒng)。處于多個(gè)坐標(biāo)下，工業(yè)機(jī)器人能完成相應(yīng)的手足操作，由此完成相應(yīng)的坐標(biāo)交換。經(jīng)過分析工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，可以清楚地了解到動(dòng)力學(xué)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)理論。工業(yè)機(jī)器人可以完全按照人的意愿進(jìn)行操作，參與的工作也具有特殊性，相應(yīng)的指示可以借助計(jì)算機(jī)完成。在實(shí)踐中，運(yùn)用非線性的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)具體的規(guī)劃，通過設(shè)置合理的模型參數(shù)，保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生對(duì)應(yīng)變化，應(yīng)格外關(guān)注的是工業(yè)機(jī)器人可以適當(dāng)?shù)睦米顑?yōu)路徑完成多種動(dòng)作的執(zhí)行。

4 工業(yè)機(jī)器人的基本組成和控制方法

4.1 基本組成（圖1）

工業(yè)機(jī)器人的基本構(gòu)成包括主體部分、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，不同部位存在著不同的自由度，如手、腕等。機(jī)器人的手往往分為4 個(gè)自由度和7 個(gè)自由度，而機(jī)器人的腕分為2 個(gè)和3個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過2 個(gè)重要的部分組合而成，即動(dòng)力機(jī)構(gòu)及傳輸裝置。控制系統(tǒng)也是由2 個(gè)重要的部分組成，即操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其中相對(duì)重要的裝置包含控制項(xiàng)，如計(jì)算機(jī)控制、傳感器接口控制等。工業(yè)機(jī)器人可以運(yùn)用微處理器和微機(jī)將相應(yīng)的指示發(fā)出，然后針對(duì)多個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)度，比如合理運(yùn)用存儲(chǔ)設(shè)備以及人工演示的手段，讓人和機(jī)器之間及時(shí)完成交互目標(biāo)。傳感器的作用像人的多種感官發(fā)揮的作用，類似于聽覺和視覺等，通過獲取相應(yīng)的信息，傳感器可以及時(shí)感應(yīng)機(jī)器人運(yùn)行速度，然后對(duì)位置和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等做出適當(dāng)?shù)目刂品桨?。工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接受控制的過程中，輔助裝置也能發(fā)揮出積極的控制效果。多種設(shè)備都是處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，并且屬于獨(dú)立的個(gè)體，因此不會(huì)出現(xiàn)互相干擾的問題。在各設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行的過程中，雖然無法進(jìn)行相互的干擾，但可以進(jìn)行有效制約，在配合階段做出合理化調(diào)整，保證機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的基本目標(biāo)。

4.2 控制方法

工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行過程中，往往需要運(yùn)用到的手段是智能控制，通過機(jī)器人傳感器的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊信息的獲取，完成基本的接收后，對(duì)控制系統(tǒng)及時(shí)發(fā)送出相應(yīng)消息?？刂葡到y(tǒng)在運(yùn)行階段，能及時(shí)分析操作指令，通過將相關(guān)指令的傳送，促使機(jī)器人完成對(duì)應(yīng)操作，在智能化系統(tǒng)運(yùn)行，然后針對(duì)環(huán)境反映出較強(qiáng)的適應(yīng)能力。工業(yè)機(jī)器人可以運(yùn)用觸覺控制方式，因此當(dāng)機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行階段，能穩(wěn)步提升使用效率，促使準(zhǔn)確度大大提高，運(yùn)行過程也能確保安全。機(jī)器人可以和周邊的環(huán)境接觸，在具體接觸時(shí)往往是通過觸覺方式加以感知，同時(shí)在動(dòng)作上實(shí)現(xiàn)有效配合，自動(dòng)控制在這個(gè)過程中發(fā)揮出積極影響。工業(yè)機(jī)器人借助于智能教學(xué)的基本手段，在動(dòng)作以及行為上真正依照具體標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)實(shí)際行動(dòng)，然后對(duì)于相關(guān)的狀態(tài)和位置信息等加以獲取，由此進(jìn)行更為科學(xué)的控制。在位置控制中，機(jī)器人一般是處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)之下，只有保證這樣的狀態(tài)，才能進(jìn)行科學(xué)的智能化操作，目標(biāo)和自身的距離能更加清晰地展示出來，從而選擇最優(yōu)的道路開展基本工作。

圖1 工業(yè)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)

5 可編程邏輯控制器技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

可編程邏輯控制器技術(shù)運(yùn)用于工業(yè)機(jī)器人中，能完成相應(yīng)的控制操作。通過對(duì)機(jī)器人基本信息的控制，也就是借助于信息傳輸系統(tǒng)完成對(duì)相關(guān)信息的傳輸、處理以及存儲(chǔ)等?？删幊踢壿嬁刂破鞯膽?yīng)用能對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提供科學(xué)的指導(dǎo)，同時(shí)又能發(fā)揮促進(jìn)作用，通過遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的有效掌控。工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制中，可編程邏輯控制器技術(shù)發(fā)揮出了積極作用，運(yùn)用信息技術(shù)遠(yuǎn)程傳輸對(duì)機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)行情況加以控制，由此發(fā)出基本指令，指導(dǎo)相應(yīng)的操作，完成基本動(dòng)作。此項(xiàng)技術(shù)可以及時(shí)完成對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制，通過對(duì)其進(jìn)行精確操作，使機(jī)器人精度得到穩(wěn)步提升，在實(shí)際運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)的過程中，經(jīng)過對(duì)控制目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，保證將相應(yīng)的精準(zhǔn)度控制到位，由此維護(hù)操作質(zhì)量。

6 工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

6.1 機(jī)器人搬運(yùn)（圖2）

汽車制造領(lǐng)域會(huì)用到多種多樣的制造技術(shù)，因?yàn)椴煌闹圃旒夹g(shù)之間有著顯著差距，因此實(shí)際運(yùn)用時(shí)需綜合分析多方面情況，將制造和工業(yè)機(jī)器人適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合到一起，特別是在分析了當(dāng)前的汽車制造行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r之后，需要依照行業(yè)發(fā)展階段的技術(shù)應(yīng)用展開合理分析。運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人的搬運(yùn)形式，確保技術(shù)控制效果穩(wěn)步提升，促使相關(guān)技術(shù)在合理應(yīng)用的階段，能夠真正發(fā)揮出實(shí)際價(jià)值，對(duì)應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用控制可以在科學(xué)程序的設(shè)置過程中，完成對(duì)汽車實(shí)際運(yùn)用到的零件加以組裝，滿足當(dāng)前汽車制造業(yè)的基本發(fā)展需要。

圖2 鍛件搬運(yùn)機(jī)器人

6.2 機(jī)器人點(diǎn)焊（圖3）

將相應(yīng)的技術(shù)手段運(yùn)用至汽車制造領(lǐng)域，借助于工業(yè)機(jī)器人完成對(duì)點(diǎn)焊技術(shù)的使用，完善汽車領(lǐng)域的制造工藝及制造品質(zhì)。諸多的汽車點(diǎn)焊技術(shù)處理都不能通過人為操作加以落實(shí)，因此還需要發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用，保證將相關(guān)的控制性能合理優(yōu)化，將相應(yīng)的成果逐步提升。通過運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人將整體的點(diǎn)焊技術(shù)運(yùn)用到位，促使相應(yīng)的性能和精準(zhǔn)度得到有效提高。

6.3 機(jī)器人弧焊

在汽車制造領(lǐng)域中適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用相關(guān)技術(shù)，能夠完成最基本的操作，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)。針對(duì)機(jī)器人弧焊技術(shù)可以適當(dāng)?shù)闹匾暺饋?，將其合理的運(yùn)用至相關(guān)的實(shí)踐中，能夠確保完成專門的操作，通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人的有效應(yīng)用，促使弧焊技術(shù)的處理要點(diǎn)適當(dāng)?shù)目刂频轿?，同時(shí)在落實(shí)技術(shù)要領(lǐng)的過程中，完成對(duì)弧焊技術(shù)的精準(zhǔn)度控制，保證汽車制造行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。只有保證弧焊技術(shù)的合理應(yīng)用成果更加到位，才能完成對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值凸顯出來，由此實(shí)現(xiàn)汽車制造技術(shù)應(yīng)用能力的提高。

圖3 點(diǎn)焊機(jī)器人

6.4 機(jī)器人噴涂（圖4）

機(jī)器人噴涂技術(shù)，能滿足汽車制造業(yè)的發(fā)展需要，是一項(xiàng)較為常用的技術(shù)手段，在此技術(shù)合理運(yùn)用過程中，應(yīng)準(zhǔn)確判斷出汽車的基本設(shè)計(jì)情況，重視汽車噴漆的要領(lǐng)，在多種細(xì)節(jié)扎實(shí)落實(shí)的情況下，確保汽車的外觀更加精致。若運(yùn)用人工噴漆控制形式，難以把噴漆的控制效果控制到位。借助于工業(yè)機(jī)器人噴涂技術(shù)，能真正將成果逐步優(yōu)化，通過設(shè)置噴涂參數(shù)，保證機(jī)器人穩(wěn)步落實(shí)噴涂工作，同時(shí)又能完善噴涂方案。

圖4 噴涂機(jī)器人

6.5 機(jī)器人裝配

機(jī)器人裝配技術(shù)屬于現(xiàn)階段汽車制造行業(yè)較為關(guān)鍵的技術(shù)。在汽車制造行業(yè)合理運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人，能及時(shí)的完成裝配細(xì)節(jié)，將整個(gè)流程合理控制，保證發(fā)揮出積極的技術(shù)價(jià)值。裝配技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過較高標(biāo)準(zhǔn)的裝配技術(shù)控制指標(biāo)可以合理控制相關(guān)方案的實(shí)施過程，從而穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)汽車制造領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用的具體目標(biāo)，注重技術(shù)實(shí)踐水平的提升。作為汽車領(lǐng)域的制造者，在運(yùn)用制造手段的過程中，應(yīng)格外的重視合理化的選擇，也就是依照制造技術(shù)的具體運(yùn)用情況，控制好相應(yīng)的技術(shù)處理需求，穩(wěn)步落實(shí)技術(shù)處理方案。運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人落實(shí)適當(dāng)?shù)难b配流程，能夠表現(xiàn)出極為明顯的柔韌性，保證相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用效果穩(wěn)步提高。

6.6 機(jī)器人檢測(cè)

機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)是指借助視覺傳感器和測(cè)量控制模塊等完成基本的檢測(cè)任務(wù)，具體功能往往通過利用視覺激光測(cè)頭獲取相應(yīng)的圖像信息，結(jié)合計(jì)算機(jī)模型將獲取的具體尺寸與理想尺寸完成對(duì)比，運(yùn)用部件檢測(cè)反饋誤差的具體情況。機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用將傳統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量弊端加以規(guī)避，使快速、直觀等特點(diǎn)充分的表現(xiàn)出來，穩(wěn)步提升整車的合格率，也促使生產(chǎn)工藝逐步改進(jìn)，合理控制生產(chǎn)誤差。

7 工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的發(fā)展前景

現(xiàn)階段，依照當(dāng)前國家的現(xiàn)代化制造技術(shù)的進(jìn)步和自動(dòng)化的實(shí)際要求，開始積極借鑒國外發(fā)達(dá)國家的技術(shù)創(chuàng)新模式，主張積極研發(fā)出更高水平的工業(yè)機(jī)器人，將其運(yùn)用至更多的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的突破。相信在這樣的目標(biāo)確立之后，工業(yè)機(jī)器人會(huì)實(shí)現(xiàn)更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃，通過更為明確的戰(zhàn)略指示，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展重點(diǎn)更為突出：能夠參與危險(xiǎn)作業(yè)的機(jī)器人，也就是重點(diǎn)承擔(dān)著高溫、高壓等特殊環(huán)境的工作，還會(huì)參與到油氣管道檢測(cè)流程中；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人也將發(fā)揮出積極的作用，主要是參與腦外科、骨骼的矯正手術(shù)，因這些手術(shù)對(duì)于精準(zhǔn)度要求極高，僅通過手術(shù)醫(yī)生的判斷，無法保證誤差的最小化，借助于工業(yè)機(jī)器人能保證實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的目標(biāo)；仿生機(jī)器人可以類似于人一樣正常行走，借助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成對(duì)相關(guān)設(shè)備的操控。國家工業(yè)機(jī)器人的總體發(fā)展趨勢(shì)良好，穩(wěn)步向著智能化、低成本化方向前進(jìn)。

8 結(jié)語

分析工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。在科學(xué)技術(shù)日漸完善的今天，工業(yè)機(jī)器人也開始重視相關(guān)技術(shù)手段的使用。逐步優(yōu)化的工作思路，促使工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值真正的凸顯出來。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯而易見，因此將其運(yùn)用至自動(dòng)化控制領(lǐng)域替代人為操作，發(fā)揮出十分明顯的高效率操作，既能減輕相關(guān)人員的工作強(qiáng)度，緩解其承擔(dān)的壓力，也能保證其人身的安全，避免因?yàn)楦唠y度的作業(yè)對(duì)人身安全產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。