南博

【摘 ?要】隨著我國智能制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在我國工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，有效地帶動了我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備。隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，社會對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的要求更高。因此，論文結(jié)合多年實(shí)踐調(diào)查，以論述機(jī)電一體化技術(shù)作為切入點(diǎn)，闡述現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用要求，最后提出機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的具體應(yīng)用，以此推動工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。

【Abstract】With the development of intelligent manufacturing industry in China， industrial robot has been widely used in China's industrial field， which effectively drives the development of China's machinery manufacturing industry. Mechatronics technology is the core technology of industrial robot， and industrial robot is the most typical mechatronics digital equipment. With the continuous development of intelligent technology， the society has higher requirements for industrial robot technology. Therefore， combined with many years of practical investigation， this takes the discussion of mechatronics technology as the starting point， expounds the application requirements of modern industrial development for industrial robot， and finally proposes the specific application of mechatronics technology in industrial robot， so as to promote the development of industrial robot technology.

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化技術(shù);工業(yè)機(jī)器人;智能制造;應(yīng)用

【Keywords】mechatronics technology; industrial robot; intelligent manufacturing; application

【中圖分類號】TH-39;TP242.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）07-0190-02

1 引言

隨著我國大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是智能制造戰(zhàn)略的實(shí)施，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的重要工具，成為衡量國際科技水平的重要標(biāo)志。例如，2019年人力資源部頒布的新職業(yè)就明確提出工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員和工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員兩大新的職業(yè)，可見工業(yè)機(jī)器人成為社會未來發(fā)展的重要方向。機(jī)電一體化是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要動力，隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)在社會各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人作為最典型的機(jī)電一體化技術(shù)的生產(chǎn)裝備，其已經(jīng)完全地融入了社會制造加工的各個行業(yè)。因此，本文結(jié)合實(shí)踐調(diào)查，介紹了機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的具體應(yīng)用，以期推動機(jī)器人機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的概述

機(jī)電一體化技術(shù)顧名思義就是實(shí)現(xiàn)了電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)以及控制技術(shù)等多種高新技術(shù)的整合，機(jī)電一體化是微電子技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門新興的綜合性技術(shù)學(xué)科，并正日益得到普遍重視和廣泛應(yīng)用，已成為現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的一項(xiàng)高新技術(shù)。在一個完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要包括結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運(yùn)動組成要素、感知組成要素以及智能組成要素。隨著我國智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及虛擬化的發(fā)展趨勢發(fā)展。實(shí)踐證明，隨著我國機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展以及我國國際地位提升，機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用價值將會越來越突出。

機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展直接帶動我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人是機(jī)電一體化技術(shù)典型裝備，其基本功能就是提供作業(yè)生產(chǎn)的必須動力，基本工作原理就是通過操作機(jī)上各運(yùn)動構(gòu)件的運(yùn)動，自動地實(shí)現(xiàn)手部作業(yè)的動作功能及技術(shù)要求。

3 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的要求

工業(yè)機(jī)器人是一種集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等跨學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的高端制造業(yè)中重要的智能裝備。從零部件的組成來看，工業(yè)機(jī)器人主要由機(jī)械本體、伺服系統(tǒng)、減速器和控制器四部分組成。其中，機(jī)械本體屬于傳統(tǒng)“機(jī)械”的范圍，而控制系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)“電氣”的領(lǐng)域。因此，工業(yè)機(jī)器人具有機(jī)械和電氣的雙重屬性。根據(jù)調(diào)查，隨著工業(yè)制造領(lǐng)域的發(fā)展，工業(yè)制造生產(chǎn)對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用提出更高的要求：

①機(jī)器人運(yùn)動控制精度的要求。隨著我國工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，尤其是高端智能技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的粗放式工業(yè)加工生產(chǎn)模式已經(jīng)不再滿足我國工業(yè)制造領(lǐng)域的發(fā)展要求。精細(xì)化生產(chǎn)成為智能工業(yè)制造的必經(jīng)之路，工業(yè)制造的精細(xì)化要求工業(yè)機(jī)器人要達(dá)到運(yùn)動控制的精準(zhǔn)化操作。例如，在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床加工中需要對各種加工零部件進(jìn)行精細(xì)化的加工處理，如果出現(xiàn)絲毫失誤都會影響機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，面對日益精密的機(jī)械制造要求，對工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制精度提出了更高的要求，要求工業(yè)機(jī)器人嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)運(yùn)動軌跡操作，不能出現(xiàn)任何細(xì)微的失誤。當(dāng)前，對于機(jī)器人運(yùn)動精度的控制主要是通過RV減速器完成，但是由于國內(nèi)生產(chǎn)的RV減速器存在壽命短、發(fā)熱量大等缺陷，所以一般以國外進(jìn)口居多。②傳動系統(tǒng)的精準(zhǔn)度要求。目前，工業(yè)機(jī)器人主要是通過運(yùn)動系統(tǒng)完成作業(yè)，我國工業(yè)機(jī)器人主要是以六軸旋轉(zhuǎn)機(jī)器人和直線運(yùn)動機(jī)器人為主，但是無論哪種機(jī)器人都是以運(yùn)動傳遞為主的，而動力傳遞系統(tǒng)的穩(wěn)定性對末端運(yùn)動精準(zhǔn)度有著直接的影響，如當(dāng)機(jī)器人動力系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定就會導(dǎo)致末端運(yùn)動的精準(zhǔn)度降低，導(dǎo)致物品傳遞不到位。因此，工業(yè)智能化技術(shù)的發(fā)展對傳動系統(tǒng)的精準(zhǔn)度要求越來越嚴(yán)格，在今后的機(jī)器人研發(fā)中需要關(guān)注傳動系統(tǒng)的精準(zhǔn)度問題。③機(jī)器人裝配精度的要求。裝配是工業(yè)機(jī)器人完成作業(yè)的關(guān)鍵步驟，如果在裝配環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題不僅會對末端的精準(zhǔn)度造成嚴(yán)重影響，而且還容易發(fā)生安全事故。裝配環(huán)節(jié)的問題主要是沒有充分考慮到工業(yè)機(jī)器人機(jī)電零部件之間的性能。因此，一方面要嚴(yán)格控制機(jī)器人機(jī)電設(shè)備的零部件加工設(shè)計(jì);另一方面要強(qiáng)化對末端負(fù)載能力的把控，保證其始終于恒定的力量進(jìn)行運(yùn)動。

4 機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的具體應(yīng)用

面對工業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)機(jī)器人的新要求，優(yōu)化機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用具有重要意義。結(jié)合調(diào)查，機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：

①檢測機(jī)器人各軸電機(jī)位置。工業(yè)機(jī)器人安裝操作有著嚴(yán)格的要求，尤其是在工業(yè)機(jī)器人安裝的過程中需要按照設(shè)計(jì)的要求精細(xì)化安裝，不能有絲毫偏差。例如，在工業(yè)機(jī)器人電機(jī)安裝前已經(jīng)做出了精細(xì)化的參數(shù)設(shè)定，因此，需要按照設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行校對，確保各軸安裝后能夠符合工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的要求。電機(jī)是工業(yè)機(jī)器人動力的主要來源，為了保證工業(yè)機(jī)器人的性能發(fā)揮到最大，需要在安裝后對電機(jī)性能進(jìn)行檢測。機(jī)電一體化技術(shù)是電機(jī)安裝位置檢測的重要技術(shù)，通過利用機(jī)電一體化技術(shù)可以準(zhǔn)確地對電機(jī)安裝位置進(jìn)行檢測。以對伺服電機(jī)反饋軸的安裝位置檢測為例，其主要是通過同心安裝的編碼器實(shí)現(xiàn)的，如果編碼器是1024或者2500線的增量型編碼器，那么電機(jī)一圈就是4096或者10000個脈，可以通過通訊或者直接看驅(qū)動器的編碼器外置反饋參數(shù)，看是多少脈沖，當(dāng)然此方法需要把起始位置的脈沖計(jì)數(shù)清零，或者記錄數(shù)據(jù)。②機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃。機(jī)器人運(yùn)動軌跡是機(jī)器人完成作業(yè)的基礎(chǔ)，受工作環(huán)境的影響，工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動軌跡比較固定，需要機(jī)器人按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動軌跡控制的核心技術(shù)就是機(jī)電一體化技術(shù)。首先機(jī)電控制技術(shù)結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動工況特點(diǎn)，結(jié)合工作情況對機(jī)器人運(yùn)動軌跡進(jìn)行目標(biāo)位置的確定;然后輸入指令設(shè)定目標(biāo)，觀察各軸運(yùn)動狀態(tài)，并且分析機(jī)器人運(yùn)動量。機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃過程中必須以驅(qū)動器為支持，結(jié)合機(jī)器人的運(yùn)動原理對驅(qū)動電機(jī)發(fā)出指令，保持機(jī)器人各軸的同步性，確保行為軌跡符合預(yù)期，運(yùn)動狀態(tài)良好。機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)應(yīng)符合機(jī)器人運(yùn)動設(shè)定的目標(biāo)，以此加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動精度控制和運(yùn)動可靠性。③機(jī)器人核心部件測量。工業(yè)機(jī)器人屬于精密裝備，換而言之，工業(yè)機(jī)器人是由各種軸關(guān)節(jié)的減速器組成的，因此，為了保證工業(yè)機(jī)器人的穩(wěn)定性，需要實(shí)時監(jiān)測機(jī)器人的運(yùn)動穩(wěn)定性。機(jī)電一體化技術(shù)則是對各軸關(guān)節(jié)減速器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的核心技術(shù)，通過利用在線監(jiān)測技術(shù)可以根據(jù)軸關(guān)節(jié)的振動頻率判斷其運(yùn)動狀態(tài)，例如，軸關(guān)節(jié)的振動頻率與設(shè)計(jì)參數(shù)不符時，系統(tǒng)就會發(fā)出警告，以此及時發(fā)現(xiàn)問題、修改問題，從而保證工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動的穩(wěn)定性。④在機(jī)器人工作環(huán)境控制中的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人作業(yè)過程對周圍環(huán)境要求比較高，例如，工業(yè)機(jī)器人對于工作環(huán)境的要求不僅體現(xiàn)在溫度要適中、濕度要合理，而且還對周圍的電磁信號有著嚴(yán)格的要求，避免出現(xiàn)信號干擾而影響工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡等。機(jī)電一體化技術(shù)則可以通過PLC等實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人工作環(huán)境的控制。以工作溫度為例，通過PLC可以對工作環(huán)境的溫度進(jìn)行自動化控制，防止出現(xiàn)溫度過高而導(dǎo)致機(jī)器人智能操作失誤的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

總之，機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用有效提升了機(jī)器人的精度和可靠性，優(yōu)化了機(jī)器人的控制系統(tǒng)，而且實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的精準(zhǔn)控制，特別是末端位置的精準(zhǔn)控制，最大限度地發(fā)揮了機(jī)器人的使用功能，推動了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和進(jìn)步，提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率。

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