工業(yè)機(jī)器人在自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用

黃瑋文

摘 要：隨著時代的發(fā)展，我國在各方面取得了巨大的進(jìn)步，尤其是在新興技術(shù)方面。機(jī)器人這門技術(shù)，它涉及了多類學(xué)科。比如人工智能、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等。機(jī)器人的應(yīng)用是十分廣泛的，在醫(yī)療、建筑、工業(yè)、科研等方面應(yīng)用非常普遍，自動化的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平，標(biāo)志著一個國家在工業(yè)自動化方面的水平。本文主要對工業(yè)機(jī)器人在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了一定的分析，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)的部門有所幫助。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;自動化;應(yīng)用

一、工業(yè)自動化控制的功能與特點(diǎn)

（一）工業(yè)自動化控制功能

機(jī)器人在自動化控制的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)演示功能，機(jī)器人能夠通過之前預(yù)設(shè)的相關(guān)指令來完成一系列的示教過程。在操作的過程中，將預(yù)算好的位置、速度、動作代碼輸入到機(jī)器人的控制系統(tǒng)以后，指令會存儲在存儲器里，控制系統(tǒng)會通過代碼將指令不斷地傳輸給操作系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)作的功能主要是通過操作系統(tǒng)管理機(jī)器人運(yùn)動速度的快慢、動作形態(tài)來進(jìn)行控制。

（二）工業(yè)自動化控制的特點(diǎn)

工業(yè)自動化機(jī)器人能夠幫助解放人類的勞動力，同時還能夠完成一些我們?nèi)祟愅瓿刹涣说奈ｋU(xiǎn)任務(wù)，機(jī)器人原理與力學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)的原理有著非常密切的聯(lián)系，它的運(yùn)行狀態(tài)可以通過坐標(biāo)的方式來展現(xiàn)出來，與此同時，改變相應(yīng)的坐標(biāo)能夠控制機(jī)器人的動作姿態(tài)。另外，工業(yè)自動化機(jī)器人需要智能任務(wù)輸入，它能夠按照我們?nèi)祟惖囊庾R來進(jìn)行行動，改變工業(yè)自動化機(jī)器人的參數(shù)后會讓機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)隨之改變，相應(yīng)的動作也會發(fā)生改變，通過對信息數(shù)據(jù)庫的管理能夠?qū)C(jī)器人進(jìn)行管理，決定它的行為與動作。

（三）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

機(jī)器人控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)多個獨(dú)立系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，控制主要是按照人類的意志進(jìn)行行動，可以賦予機(jī)器人特定智能的任務(wù)，機(jī)器人在特定的程序下來完成任務(wù)。描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動是一個數(shù)學(xué)模型非線性的表現(xiàn)，機(jī)器人在狀態(tài)和外力發(fā)生變化的同時，它的參數(shù)會隨著狀態(tài)和外力的變化而變化，整個變量之間還存在耦合，所以在使用的過程中使用閉環(huán)位置是不夠的，還需要采用加速度閉環(huán)進(jìn)行工作。機(jī)器人的動作并不是一個路徑來完成的，它的動作是通過不同的方式和不同的路徑來完成，所以在設(shè)置方式和路徑的過程中存在最優(yōu)問題，工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)特點(diǎn)是十分多樣的，只有把握好它的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠生產(chǎn)出更多有益于人類的工業(yè)機(jī)器人，廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，具有十分重要的作用。

二、組成和控制方式

（一）機(jī)器人的組成

機(jī)器人的組成部分主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、主體結(jié)構(gòu)三個部分組成。而主體結(jié)構(gòu)部分又包括臂部、手部、腕部三個部分，機(jī)器人的手部一般有四到七個自由度，腕部有兩到三個自由度，臂部一般存在四到五個自由度。驅(qū)動系統(tǒng)主要包含動力機(jī)構(gòu)和傳動裝置，控制系統(tǒng)是對操作系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)各方面的控制，它包括計(jì)算機(jī)、控制器、輔助設(shè)備等控制。使用微處理器和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)作和指揮，以及調(diào)度機(jī)構(gòu)，能夠不斷地發(fā)揮出它的作用，通過記憶設(shè)備和人工釋放的功能，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的目的。機(jī)器人的傳感器相當(dāng)于我們?nèi)祟惖母兄鞴?，聽覺、視覺、觸覺等一系列感知，傳感器在機(jī)器人中發(fā)揮的作用是作為機(jī)器人的感知器官，幫助機(jī)器人進(jìn)行速度、位置和狀態(tài)上的變化，控制配合機(jī)器人運(yùn)動的一系列輔助設(shè)備各個裝置間相互獨(dú)立工作，不同的設(shè)備之間互不干擾，但是在運(yùn)作的過程中能夠相互協(xié)調(diào)、相互制約，從而能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的自動化控制及智能運(yùn)行。

（二）機(jī)器人的控制方式

在機(jī)器人的控制方式部分，首先是智能控制，機(jī)器人能夠通過傳感器接收周圍一系列的環(huán)境信息，并且輸入到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)能夠通過傳入的信息不斷地進(jìn)行分析，從而傳入相關(guān)的操作指令，能夠讓機(jī)器人智能地學(xué)習(xí)和適應(yīng)生存環(huán)境。其次是觸覺方面的控制，機(jī)器人在進(jìn)行工作的過程中，是需要提高效率，準(zhǔn)確度，安全性的，通過觸覺的方式能夠幫助機(jī)器人感覺到周邊環(huán)境的影響，并做出相關(guān)的動作。最后是機(jī)器人的示教控制，在機(jī)器人進(jìn)行工作的過程中，要求機(jī)器人的運(yùn)動、行為、速度存在規(guī)范性，要有規(guī)范的動作，機(jī)器人的位置和狀態(tài)都是需要不斷地控制的，機(jī)器人在工作的過程中需要通過傳感器輸入的信息進(jìn)行獨(dú)立判斷，選擇出一條最優(yōu)路線進(jìn)行不斷地工作。

三、PLC技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人

PLC技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在過程控制、信息控制、順序控制、遠(yuǎn)程控制、運(yùn)動控制等五個方面。在過程控制的過程中，主要是對機(jī)器人進(jìn)行模擬變量方面的控制，對溫度、壓力、電壓等各個因素進(jìn)行實(shí)時地控制，并根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果制定一系列的措施。在信息控制的過程中控制機(jī)器人的信息傳輸系統(tǒng)，在傳輸、處理、存儲、采集等過程中自動分析信息。PLC技術(shù)在機(jī)器人的自動化方面做出了十分巨大的貢獻(xiàn)，不斷地促進(jìn)機(jī)器人在工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展。在順序控制的過程中，它幫助工業(yè)機(jī)器人擺脫傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，并且能夠分析機(jī)器人在工作過程中的主次順序，能夠根據(jù)先后的順序來幫助機(jī)器人進(jìn)行操作。同時該技術(shù)還能夠幫助控制對象在進(jìn)行運(yùn)動的過程中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的操作，當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，其技術(shù)也越來越發(fā)達(dá)。該技術(shù)不斷地在機(jī)器人中應(yīng)用，能夠幫助工業(yè)機(jī)器人越來越智能化，走向更完善的自動化。

四、應(yīng)用機(jī)器人的領(lǐng)域

科技水平隨著時代的發(fā)展不斷地提高，應(yīng)用機(jī)器人領(lǐng)域也不斷地?cái)U(kuò)大。工業(yè)機(jī)器人能夠代替我們?nèi)祟愰_展一些危險(xiǎn)的任務(wù)。同時也能夠完成一些我們?nèi)祟悷o法完成的任務(wù)，機(jī)器人能夠幫助我們?nèi)祟愅瓿梢恍┉h(huán)境相對惡劣的工作，它的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。

（一）工業(yè)領(lǐng)域

機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域方面的應(yīng)用主要是焊接、材料搬運(yùn)、檢測、裝配等方面，焊接機(jī)器人主要是把重量相對較大的一些器件實(shí)行焊接，如輪船的重大部件，或者在高溫的焊接環(huán)境下，都能夠利用機(jī)器人來進(jìn)行長時間連續(xù)地焊接作業(yè)。這樣一方面減少了人力的需求，另一方面又不斷地提高了效率。材料搬運(yùn)主要是包括我們?nèi)祟悷o法搬運(yùn)的一些物品，或者是需要重復(fù)頻繁地完成枯燥的任務(wù)，例如快遞的分揀和包裝，使用機(jī)器人能夠不斷地、高效地完成分揀搬運(yùn)作業(yè)，同時還能夠提高準(zhǔn)確率，避免人為失誤。檢測是進(jìn)行微波、紫外線等人類無法完成的檢測任務(wù)。裝配是完成一些人類覺得相對復(fù)雜且無聊的裝配任務(wù)。這些方面都可以利用機(jī)器人代替人力的部分來完成。

（二）醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人在醫(yī)療方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在細(xì)微的手術(shù)方面。隨著時代的發(fā)展，醫(yī)療的領(lǐng)域已經(jīng)與現(xiàn)代科技息息相關(guān)，并且離不開現(xiàn)代化的技術(shù)。機(jī)器人就是最好的證明。根據(jù)目前來看，世界上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能機(jī)器人的手術(shù)。雖然手術(shù)的過程相對簡單，但是它也能夠體現(xiàn)出機(jī)器人在發(fā)展過程中的重大突破。對于一些我們?nèi)祟悷o法完成的操作部分，可以交給機(jī)器人來做，他在實(shí)現(xiàn)病人的康復(fù)手術(shù)等過程中，能夠不斷地促進(jìn)手術(shù)的成功，同時在醫(yī)療方面也包括智能機(jī)器床、智能機(jī)器手術(shù)臺等。一系列的智能設(shè)備，總而言之，工業(yè)機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域是十分廣泛的。

（三）服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用

在服務(wù)行業(yè)的發(fā)展過程中，服務(wù)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)隨著時代的潮流實(shí)現(xiàn)自身的智能化。在智能機(jī)器人的應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在智能機(jī)器人的服務(wù)方面，例如最新研發(fā)的服務(wù)機(jī)器人，根據(jù)相關(guān)的程序代碼可以設(shè)置出機(jī)器人的動作運(yùn)行速度利用機(jī)器人進(jìn)行服務(wù)，在大型的酒店，利用機(jī)器人進(jìn)行傳菜服務(wù)，同時還可以根據(jù)相應(yīng)的程序設(shè)施來設(shè)定機(jī)器人廚師，這些新興的設(shè)備不斷地吸引著顧客，有些公司已經(jīng)開始使用智能機(jī)器人進(jìn)行前臺服務(wù)，這提高了顧客的體驗(yàn)度，同時也不斷完善著公司的發(fā)展。

五、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢

立足于宏觀視角，當(dāng)前我國科技水平顯著提升，越來越多的新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，比較常見的包括云計(jì)算、3D打印和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，以上技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)結(jié)合在自動化控制當(dāng)中運(yùn)用，可以優(yōu)化自動化控制成效?；诋?dāng)前社會環(huán)境，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制工業(yè)機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)控制智能化的目的。立足于實(shí)際應(yīng)用的層面，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)除了可以在工業(yè)行業(yè)的自動化控制中運(yùn)用，其他行業(yè)領(lǐng)域也有非常顯著的應(yīng)用成效，例如醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)和食品加工行業(yè)。換而言之，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)經(jīng)過不斷研發(fā)與創(chuàng)新，精密度提高，被運(yùn)用在自動化控制中，也有利于完善該技術(shù)的應(yīng)用效果。除此之外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)今后朝著仿生的方向不斷完善，參考其他國家在工業(yè)機(jī)器人方面的成功經(jīng)驗(yàn)，今后對于該技術(shù)的研究與創(chuàng)新，需要從智能化平衡系統(tǒng)這一層面著手，將現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人在走路中打滑的現(xiàn)象解決，使其在自動化控制中的應(yīng)用能夠進(jìn)一步保證質(zhì)量以及操作控制安全，全面提升工業(yè)機(jī)器人在自動化控制領(lǐng)域中應(yīng)用的時效性。

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用是十分廣泛的，在應(yīng)用過程中，它逐漸改善著我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活的方式，同時工業(yè)機(jī)器人也不斷提高我們的生活質(zhì)量。綜上所述，我們對于工業(yè)機(jī)器人自動化的功能和特點(diǎn)展開了一定的介紹，在機(jī)器人的組成和控制方式以及工業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用方面的領(lǐng)域都有了相關(guān)的認(rèn)識。希望本篇文章能夠有所幫助，從而不斷地提高工業(yè)機(jī)器人在自動化工作過程中的效率，不斷促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，促進(jìn)機(jī)器人的智能化和自動化。

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