工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究

蔣正帥 何洋洋 崔容奇

摘要：近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)科技水平的提升。當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各種各樣的科技都融入到了人們的生活之中，涉及的領(lǐng)域也非常廣泛。其中，機(jī)器人技術(shù)是一個(gè)比較熱門(mén)的領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)綜合了機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息與傳感技術(shù)、控制論、仿生學(xué)和人工智能等學(xué)科，是一門(mén)高新技術(shù)，應(yīng)用非常廣泛。工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用非常普及，本文就工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè);機(jī)器人技術(shù);自動(dòng)化控制

引言

對(duì)于一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，發(fā)展的核心在于工業(yè)，而機(jī)器人自動(dòng)化是發(fā)展工業(yè)的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化對(duì)工業(yè)發(fā)展極為有利。盡管現(xiàn)階段我國(guó)進(jìn)一步加大了對(duì)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化控制研究的投入力度，然而自動(dòng)化控制領(lǐng)域在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用方面仍存在很多問(wèn)題，一方面對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展造成嚴(yán)重阻礙，另一方面還會(huì)直接影響到工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)工業(yè)發(fā)展有很大的限制作用。

1工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)

1.1結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人通常由三部分組成，分別是主體、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，主體又分為手部、腕部及臂部;控制系統(tǒng)指的是操作系統(tǒng)和控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。研究表明，工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括五方面結(jié)構(gòu)：第一，動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人控制與機(jī)構(gòu)力學(xué)間，存在密切的相關(guān)性，機(jī)器人的手足狀態(tài)，通常經(jīng)由坐標(biāo)加以描述，因此，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)參考坐標(biāo)性進(jìn)行選擇，使坐標(biāo)變換的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí);第二，工業(yè)機(jī)器人至少需要裝配3個(gè)自由度，各自由度均有與之對(duì)應(yīng)的協(xié)調(diào)伺服機(jī)構(gòu)，而多變量的控制系統(tǒng)，正是由數(shù)個(gè)協(xié)調(diào)伺服機(jī)構(gòu)所組成的;第三，對(duì)獨(dú)立伺服系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制的主體為計(jì)算機(jī)，這樣做的目的是保證機(jī)器人能夠遵循人類(lèi)意志展開(kāi)行動(dòng)，另外，相關(guān)人員也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)，賦予機(jī)器人相應(yīng)的工作內(nèi)容;第四，非線(xiàn)性的數(shù)學(xué)模型，通常被用來(lái)描述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，正常情況下，機(jī)器人參數(shù)會(huì)隨著外力、狀態(tài)的變化而變化，只有綜合應(yīng)用位置閉環(huán)、速度閉環(huán)或加速度閉環(huán)，才能達(dá)到所預(yù)設(shè)的目的;第五，高級(jí)機(jī)器人的操控方式，應(yīng)當(dāng)以人工智能為主，具體來(lái)說(shuō)，就是先對(duì)信息庫(kù)進(jìn)行創(chuàng)建，再以信息庫(kù)為基礎(chǔ)，完成決策、操作和管理的控制工作。

1.2功能

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能，主要表現(xiàn)為：（1）運(yùn)動(dòng)控制功能?？捎行Э刂茩C(jī)器人末端操控設(shè)備的速度、位姿以及加速度等諸多項(xiàng)目;（2）示教再現(xiàn)功能。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)可通過(guò)手把手或者示教盒實(shí)現(xiàn)示教功能，通過(guò)一定方法將運(yùn)動(dòng)速度、動(dòng)作順序以及位置等相關(guān)信息教給機(jī)器人，通過(guò)機(jī)器人記憶裝置在存儲(chǔ)器中自動(dòng)記錄所教操作過(guò)程，需再現(xiàn)操作時(shí)，只需要對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容進(jìn)行重放即可達(dá)到目的。

2工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r

現(xiàn)階段的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平雖然達(dá)到了一定的高度，但是相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)仍存在著一定的差距，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，這種差距都較難彌補(bǔ)，要想提高機(jī)器人的發(fā)展水平應(yīng)該依靠國(guó)家的推動(dòng)，通過(guò)數(shù)代人的努力達(dá)到更高的發(fā)展水平。制約工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平的一個(gè)重要因素就是零件的制造與裝配，究其原因，是由于當(dāng)前的精密制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展并不完善，不能支撐起工業(yè)機(jī)器人的高精密機(jī)械設(shè)備零件制造供應(yīng)。另外，在裝配方面，現(xiàn)有的裝配技術(shù)比較簡(jiǎn)陋，不能和精密度高的工業(yè)機(jī)器人相匹配?，F(xiàn)有的工業(yè)領(lǐng)域中，電氣自動(dòng)化領(lǐng)域是應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人較多的領(lǐng)域，這些產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)精準(zhǔn)度要求很高，不能有絲毫的差錯(cuò)，但是當(dāng)前的零件裝配技術(shù)又不能達(dá)到生產(chǎn)所需，這就限制了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。

3工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

3.1焊接機(jī)器人

焊接機(jī)器人涉及的工業(yè)領(lǐng)域非常廣泛，當(dāng)前主要是應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)，大部分的工業(yè)機(jī)器人都應(yīng)用于汽車(chē)制造行業(yè)，而在汽車(chē)制造業(yè)中又有超過(guò)50%以上為焊接機(jī)器人。在汽車(chē)的生產(chǎn)過(guò)程中，需要有較大的焊接機(jī)器人來(lái)輔助工作，傳統(tǒng)的通過(guò)人工進(jìn)行焊接的工作會(huì)消耗大量的人力與物力，但是將焊接機(jī)器人應(yīng)用到生產(chǎn)過(guò)程中則能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)焊接機(jī)器人來(lái)完成焊接工作能夠節(jié)省人力與物力，提高汽車(chē)制造業(yè)的生產(chǎn)效率，促進(jìn)汽車(chē)生產(chǎn)工作的快速完成。

3.2裝配機(jī)器人

因?yàn)檠b配操作任務(wù)較為煩瑣，所以對(duì)工業(yè)機(jī)器人的要求比較高，裝配機(jī)器人體內(nèi)裝配有視覺(jué)傳感器、接觸傳感器等大量傳感設(shè)備，其目的在于確保工業(yè)機(jī)器人可以精準(zhǔn)感知操作對(duì)象，同時(shí)做出更為精準(zhǔn)地判斷，以確保裝配工作準(zhǔn)確完成。其不僅為任務(wù)完成質(zhì)量提供保障，同時(shí)還有助于提升任務(wù)完成效率。而且機(jī)器人具有固定化特征，無(wú)須數(shù)次嘗試，有利于節(jié)約工作時(shí)間。

3.3噴涂機(jī)器人

機(jī)器人噴涂是當(dāng)前汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最為常見(jiàn)的手段和技術(shù)，機(jī)器人噴涂技術(shù)的有效應(yīng)用能夠準(zhǔn)確判斷汽車(chē)的基本設(shè)計(jì)情況，落實(shí)各種噴涂細(xì)節(jié)，明確汽車(chē)噴漆的要領(lǐng)，使得汽車(chē)的外觀可以更加精致。工業(yè)機(jī)器人在人工噴漆活動(dòng)中的把控能夠控制噴漆的效果以及位置，將成果逐漸優(yōu)化合理的噴涂參數(shù)，也可以保證機(jī)器人能夠穩(wěn)步落實(shí)噴涂工作，并對(duì)噴涂活動(dòng)進(jìn)行不斷優(yōu)化和持續(xù)改善，提高噴涂質(zhì)量和噴涂效果。

3.4檢測(cè)機(jī)器人

檢測(cè)機(jī)器人的任務(wù)，主要是檢查所生產(chǎn)零件、產(chǎn)品的合格率，例如，零件質(zhì)量、尺寸是否達(dá)標(biāo)等，通過(guò)規(guī)范檢測(cè)的方式，為企業(yè)生產(chǎn)的精確性提供保證。機(jī)器人檢測(cè)的精準(zhǔn)度，要明顯高于人工檢測(cè)，出現(xiàn)檢測(cè)誤差的幾率，因此而得到大幅降低。

4全面了解工業(yè)機(jī)器人技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

從宏觀的角度分析，現(xiàn)階段，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平得到了飛速的提升。諸多新型的技術(shù)紛紛出現(xiàn)在了人們的視野當(dāng)中。例如，云計(jì)算技術(shù)、3D打印技術(shù)等等，這些技術(shù)都可以與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行有效融合，并應(yīng)用到自動(dòng)化控制領(lǐng)域當(dāng)中。在當(dāng)今的時(shí)代背景下，我們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行全面的控制，將可以有效實(shí)現(xiàn)操作智能化的發(fā)展目標(biāo)。從實(shí)際角度出發(fā)，該種技術(shù)不僅在汽車(chē)行業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域當(dāng)中有著較為顯著的應(yīng)用成效。隨著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)當(dāng)中以及食品加工行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用成效也將逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。可以說(shuō)，隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)精密度的不斷提升，其在自動(dòng)化控制領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用成效也必然會(huì)隨之提升。另外，現(xiàn)階段，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的主要發(fā)展方向就是仿生。尤其是在日本地區(qū)，諸多該項(xiàng)技術(shù)的研究學(xué)者都會(huì)從仿生學(xué)的角度對(duì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐研發(fā)。例如，日本地區(qū)的本田ASIMO仿人機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作。這種現(xiàn)象得益于智能化平衡系統(tǒng)的發(fā)展。該種機(jī)器人有效解決了機(jī)器人走路過(guò)程中打滑的問(wèn)題。這種技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域當(dāng)中的有效應(yīng)用將能進(jìn)一步提升自動(dòng)化控制的安全性以及時(shí)效性。

結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的有效應(yīng)用極大地提升了工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減少了以往人工操作的失誤問(wèn)題，降低了人力成本，解放了勞動(dòng)力，為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。工業(yè)機(jī)器人有著極大的發(fā)展空間，需要加強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人探究，明確工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用方向以及應(yīng)用策略。

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作者簡(jiǎn)介：蔣正帥（1989.2—），男，漢族，河南省商丘哦市，商丘工學(xué)院，研究生學(xué)歷，：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置，研究方向：機(jī)器視覺(jué)。

（作者單位：河南商丘 商丘工學(xué)院）