工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

于果然

工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

于果然

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213000）

中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)水平的提升，機(jī)器人技術(shù)也取得了飛速發(fā)展?，F(xiàn)階段，機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用在汽車制造、塑膠生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用也非常普及。因此，對(duì)工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，對(duì)其未來發(fā)展方向展開討論，以期促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)器人；自動(dòng)化控制；應(yīng)用；機(jī)器人技術(shù)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。在中國現(xiàn)階段，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防等領(lǐng)域，技術(shù)日益成熟，尤其是在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中已取得了很好的成績(jī)，工業(yè)機(jī)器人在汽車制造、鑄造業(yè)等方面已很大程度上取代傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式。目前，機(jī)器人應(yīng)用過程中也存在一些問題需要解決，技術(shù)需要進(jìn)一步提高，使機(jī)器人技術(shù)更趨向智能化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1 工業(yè)機(jī)器人的內(nèi)涵和外延

“工業(yè)機(jī)器人”最早出現(xiàn)在捷克作家查佩克的科幻小說《葉羅薩姆萬能機(jī)器人》中，原意為奴仆。隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)在則是能夠進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)的高度智能化的機(jī)器。中國用“機(jī)器人”一詞予以擬人化的稱呼，形象反映了該技術(shù)的特征和發(fā)展趨勢(shì)。

工業(yè)機(jī)器人是技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，工業(yè)機(jī)器人工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的一種能夠根據(jù)事先編訂的計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)進(jìn)行工業(yè)流水線生產(chǎn)的機(jī)器裝置。除正常的工業(yè)生產(chǎn)，工業(yè)機(jī)器人還可以用于維護(hù)設(shè)備、從事危險(xiǎn)作業(yè)等。只要把生產(chǎn)步驟設(shè)定為固定的程序，工業(yè)機(jī)器人即可按照規(guī)定的步驟和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)的具體內(nèi)容的不同，工業(yè)機(jī)器人還可具體分為作業(yè)機(jī)器人、危險(xiǎn)環(huán)境機(jī)器人、化工機(jī)器人、軍工機(jī)器人、和工業(yè)機(jī)器人等。

與一般的工業(yè)機(jī)器相比，工業(yè)機(jī)器人的主要特點(diǎn)是集成了自動(dòng)化、信息化等最新的科學(xué)技術(shù)，可以通過計(jì)算機(jī)編程等途徑根據(jù)人的控制進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、新材料、仿生學(xué)、機(jī)械電子、編程技術(shù)、高級(jí)整合控制論高度結(jié)合，具有智能化、擬人化、可編程的多功能形態(tài)。

在中國，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用極為廣泛，在生產(chǎn)、加工、焊接、切割、噴涂、注塑、沖壓、裝配、碼垛、包裝、搬運(yùn)、檢測(cè)工業(yè)等領(lǐng)域皆可看到工業(yè)機(jī)器人的身影。工業(yè)機(jī)器人正在逐漸成為中國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的主力。

2 工業(yè)機(jī)器人的主要特點(diǎn)

2.1 高度計(jì)算機(jī)化

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上的，其整個(gè)運(yùn)行離不開計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持和控制，計(jì)算機(jī)參與度極高。

2.2 高度自由化

工業(yè)機(jī)器人具有很強(qiáng)的控制能力。為保持這種控制能力，工業(yè)機(jī)器人就需要相應(yīng)的輔助機(jī)構(gòu)進(jìn)行支持和配合，以確保機(jī)器人的控制能力正常發(fā)揮作用。這些輔助機(jī)構(gòu)表現(xiàn)形式較為自由，而且控制能力越強(qiáng)大，自由度就越高。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)和程序更為復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人，為提高對(duì)其控制力，更好地進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，則會(huì)相應(yīng)地增加很大的自由度。為此，部分類型的機(jī)器人其自由度已經(jīng)超過100個(gè)，而那些較為簡(jiǎn)單的工業(yè)機(jī)器人，自由度一般只有4個(gè)。

2.3 高度的路徑優(yōu)化能力

工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)過程中，是按照已經(jīng)設(shè)定的編程自動(dòng)進(jìn)行的，具有很高的智能化、自動(dòng)化水平。面對(duì)在生產(chǎn)活動(dòng)中出現(xiàn)的眾多活動(dòng)路徑，工業(yè)機(jī)器人會(huì)根據(jù)設(shè)定的算法對(duì)路徑進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，選出一條最好的路徑。

3 工業(yè)機(jī)器人的主要功能

3.1 運(yùn)動(dòng)控制功能

工業(yè)機(jī)器人能夠根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，自動(dòng)運(yùn)用較為合適的方式，進(jìn)行合理移動(dòng)或者變形為不同的形態(tài)。

3.2 再現(xiàn)功能

工業(yè)機(jī)器人投入到工業(yè)生產(chǎn)之前，先要對(duì)機(jī)器人的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入相應(yīng)的程序命令，這些程序命令等信息會(huì)被存在計(jì)算機(jī)指定的位置。當(dāng)人們需要時(shí)，這些信息就可以根據(jù)操作規(guī)程再現(xiàn)出來，供人們使用。

3.3 計(jì)算功能

工業(yè)機(jī)器人能夠根據(jù)自身周邊環(huán)境的信息，收集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。人們可以根據(jù)機(jī)器人的計(jì)算結(jié)果制出機(jī)器人作業(yè)軌跡，由此作為輔助控系統(tǒng)運(yùn)行的辦法。這對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來說，是一項(xiàng)非常重要的步驟。

4 工業(yè)機(jī)器人的組成

4.1 核心控制系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人的核心是控制系統(tǒng)。通過示教輸入或者編程輸入進(jìn)行命令輸入，為控制機(jī)器人做準(zhǔn)備?？刂葡到y(tǒng)的作業(yè)形式大體可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制和力矩控制；其控制方式有兩種，分別為分散控制和集中控制。機(jī)器人技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，通過與智能技術(shù)的高度融合，還具備圖像處理能力，這使得機(jī)器人具有學(xué)習(xí)功能和自適應(yīng)能力，可以進(jìn)行自編輯。這極大提高了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)能力，拓展了工業(yè)機(jī)器人的適用范圍。機(jī)器人可以按照程序的設(shè)定進(jìn)行各種工業(yè)操作，通過對(duì)采集到的環(huán)境信息的處理，優(yōu)化具體的操作行為。

4.2 傳感器

工業(yè)機(jī)器人之所以具備感知周邊環(huán)境的能力，是因?yàn)橛袀鞲衅鞯拇嬖凇鞲衅鲗?duì)機(jī)器人有重要作用，相當(dāng)于機(jī)器人的神經(jīng)系統(tǒng)，是極重要的檢測(cè)裝置，對(duì)內(nèi)它能檢測(cè)機(jī)器人的加速度、速度和位移情況，對(duì)外能檢測(cè)機(jī)器人的工作環(huán)境。隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，機(jī)器人的感知能力還會(huì)有更大的發(fā)展。

4.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人之所以能夠執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)出的命令，在于出色的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其由傳動(dòng)裝置和動(dòng)力系統(tǒng)組成，傳動(dòng)裝置由動(dòng)力元件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行傳送命令，實(shí)現(xiàn)物件的位移；動(dòng)力來源為氣動(dòng)、液壓和電力。

5 工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

5.1 汽車制造行業(yè)的應(yīng)用

在世界大多數(shù)發(fā)達(dá)國家的汽車制造行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人的使用量已超過機(jī)器人總數(shù)的53%，而在中國，也已有超過50%的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，而在應(yīng)用于汽車制造業(yè)中的工業(yè)機(jī)器人中，有50%以上的機(jī)器人為焊接機(jī)器人。因此可以看出，工業(yè)機(jī)器人在未來的應(yīng)用中必將取代汽車制造業(yè)的人工工作模式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在汽車制造中完成全部作業(yè)的目標(biāo)?，F(xiàn)階段，中國對(duì)制造業(yè)和自動(dòng)化技術(shù)提出更高的要求，工業(yè)發(fā)展要追趕并趕超世界發(fā)達(dá)國家水平，工業(yè)機(jī)器人在其中發(fā)揮著重要作用。工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用對(duì)汽車制造業(yè)的發(fā)展有著極大的促進(jìn)作用，對(duì)改變中國汽車制造業(yè)現(xiàn)狀和增加國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的推動(dòng)作用。汽車制造業(yè)沒有使用工業(yè)機(jī)器人之前，大多數(shù)汽車制造環(huán)節(jié)基本上都是靠人工完成，工作效率極低。使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行汽車制造作業(yè)后，工業(yè)機(jī)器人基本上取代了人工作業(yè)，大大提高了工作效率，促使中國汽車制造的總產(chǎn)量飛速提升，并且質(zhì)量也有所保證。

5.2 橡膠及塑料工業(yè)

橡膠和塑料都是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)與科技領(lǐng)域中不可缺少的高分子材料，用途十分廣泛，不僅能滿足人們的日常生活、醫(yī)療衛(wèi)生和文體生活等各方面的需要，還能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、電子通訊和航空航天等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)要求。橡膠和塑料工業(yè)是一項(xiàng)需要緊密合作的行業(yè)，同時(shí)在一定程度上又有著極高的專業(yè)化程度。另外，在當(dāng)前的機(jī)械制造工業(yè)中，橡膠及塑料的生產(chǎn)和加工環(huán)節(jié)的機(jī)械化程度又有緊密聯(lián)系。在中國工業(yè)生產(chǎn)中，橡膠及塑料工業(yè)是非常重要的行業(yè)，隨著其他行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于橡膠及塑料的需求越來越大。而機(jī)械制造作為生產(chǎn)工作環(huán)節(jié)和加工工作環(huán)節(jié)二者之間進(jìn)行連接的重要的工藝技術(shù)，對(duì)保證橡膠及塑料生產(chǎn)質(zhì)量和數(shù)量具有重要作用。

在傳統(tǒng)的橡膠及塑料生產(chǎn)過程中，大多數(shù)采用人工和加工設(shè)備合作進(jìn)行作業(yè)的生產(chǎn)模式，無法保證產(chǎn)品的精細(xì)程度和質(zhì)量，而且需要在極端條件比如高溫環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)，人工根本無法完成生產(chǎn)作業(yè)。但對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，這些都不是問題，其可以滿足極端條件下的作業(yè)，并且還能高效地保證產(chǎn)品的精確度。工業(yè)機(jī)器人在橡膠及塑料工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越高，對(duì)于提升中國的塑料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。

5.3 鑄造行業(yè)

中國的鑄造行業(yè)迅猛發(fā)展，一些精簡(jiǎn)技術(shù)已處于世界技術(shù)前沿。由于鑄造業(yè)本身是一個(gè)工作強(qiáng)度大、高溫高污染的行業(yè)。在鑄造車間，充斥著高溫、粉塵、噪聲等，工作環(huán)境極其惡劣，這對(duì)于人工生產(chǎn)來講，面臨這巨大挑戰(zhàn)，而且存在安全隱患，而工業(yè)機(jī)器人可以適應(yīng)極端的工作環(huán)境，承受人工不能承受的壓力和負(fù)擔(dān)。因此，工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在鑄造行業(yè)中，大幅度降低人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，工作人員只需要對(duì)其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單操作就能夠使工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于注塑機(jī)運(yùn)輸?shù)裙ぷ髦?，并且可以極大程度地提高工作效率。

6 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與融合，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)取得巨大的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、橡膠塑料產(chǎn)業(yè)、鑄造業(yè)、化工行業(yè)等領(lǐng)域，并取得了很好的應(yīng)用效果。為此，中國也應(yīng)加大對(duì)工業(yè)化機(jī)器人的技術(shù)研究，使之能更好地服務(wù)于國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綜合國力的提升。

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TP242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.065

2095－6835（2020）22－0149－02

于果然（2000—），男，江蘇淮安人，常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院工業(yè)機(jī)器人專業(yè)2018級(jí)在讀學(xué)生，研究方向?yàn)楣I(yè)機(jī)器人應(yīng)用。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕