工業(yè)機器人在自動化控制中的應(yīng)用研究

金海濤

摘 ?要：現(xiàn)階段，工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合不斷深入，其中工業(yè)機器人成為兩者結(jié)合的重要代表之一，并應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)之中，不僅實現(xiàn)了效率、安全、質(zhì)量等方面的提升，而且還能夠降低生產(chǎn)成本?；诖?，本文將從工業(yè)機器人的概念入手，結(jié)合工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成以及控制方式，對工業(yè)機器人在自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用進行分析，以期望能夠促進我國工業(yè)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;自動化控制;應(yīng)用

引言

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會各個領(lǐng)域?qū)τ诠I(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量提出更高要求，如何滿足市場需求成為工業(yè)企業(yè)非常關(guān)注的問題。隨著工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合，工業(yè)機器人相關(guān)的研發(fā)與實踐逐步深入，并應(yīng)用于各大工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)之中，使得企業(yè)核心競爭力大幅度提升，并獲得更多經(jīng)濟效益?；诖?，研究工業(yè)機器人在自動化控制中的應(yīng)用具有一定的理論意義與現(xiàn)實意義。

1.工業(yè)機器人

相比傳統(tǒng)人工方式而言，工業(yè)機器人是利用自由度、多關(guān)節(jié)的機械手或者機器人的一種生產(chǎn)方式，其效率、質(zhì)量、安全等方面更有保障。生產(chǎn)人員僅需要結(jié)合生產(chǎn)需求對工業(yè)機器人預(yù)設(shè)好程序，工業(yè)機器人便可以自動化運行，值得注意的是，為了保障工業(yè)機器人能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，編程需要由專業(yè)人士完成。以沖壓自動化生產(chǎn)線為例，工業(yè)機器人的編程必須滿足行動軌跡精確、負載量大等要求;例如，部分汽車制造業(yè)中，工業(yè)機器人幾乎替代了人工操作，不僅有效減少人工操作失誤，而且實現(xiàn)了成本的縮減。臂部、腕部、手部是工業(yè)機器人的主要關(guān)節(jié)，通常具有3-6個自由度;同時，機器人的胸部有1-3個自由度。工業(yè)機器人作為信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其特點主要體現(xiàn)在通用性、可編程性以及擬人性，在自動化生產(chǎn)過程中，工業(yè)機器人按照預(yù)編程序行走，而且?guī)в腥祟惛兄到y(tǒng)，能夠高效率完成目標工作;同時，可以結(jié)合實際需求，對程序進行修改，確保工業(yè)機器人能夠滿足各種生產(chǎn)調(diào)整的需求[1]。

2.工業(yè)機器人的系統(tǒng)

2.1中央控制系統(tǒng)

對于工業(yè)機器人而言，中央控制系統(tǒng)屬于控制核心。將正確的命令輸入到中央控制系統(tǒng)之中，再通過編程輸入與示教輸入結(jié)合的方式，能夠完成工業(yè)機器人的中央系統(tǒng)的構(gòu)建，為機器人高水平工作打下堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，工業(yè)機器人的中央控制系統(tǒng)主要有連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)、點位控制系統(tǒng)，能夠為不同工業(yè)企業(yè)提供個性化的技術(shù)支持。目前，控制方式隨著研究與實踐的深入實現(xiàn)了創(chuàng)新，能夠?qū)Ψ稚⒖刂婆c集中控制進行自由切換，意味著能夠在實際生產(chǎn)中結(jié)合需求自由切換，這也充分體現(xiàn)出工業(yè)機器人的價值。未來是人工智能時代，工業(yè)機器人的中央控制系統(tǒng)朝著智能化方向邁進，其系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)圖像數(shù)據(jù)處理，并且隨著生產(chǎn)需求的改善而實現(xiàn)自我學(xué)習與優(yōu)化，這就意味著工業(yè)機器人將會擁有更強的環(huán)境適應(yīng)能力。實現(xiàn)圖像高水平處理之后，機器人自主學(xué)習功能不斷強化，其應(yīng)用價值將會實現(xiàn)巨大的突破;同時，結(jié)合自編輯技術(shù)，能夠讓工業(yè)機器人自主識別環(huán)境以及生產(chǎn)需求，可以實現(xiàn)靈活調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)，將有利于提升工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量[2]。

2.2 傳感器系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)能夠讓工業(yè)機器人擁有強大的感知能力，隨著傳感器系統(tǒng)的完善，目前很多工業(yè)機器人的神經(jīng)系統(tǒng)更加完善、成熟，非常適合用于檢測生產(chǎn)線。對工業(yè)機器人的加速度進行調(diào)節(jié)，能夠改變其位移與速度，這樣能夠滿足更多傳感器實際操作的需求，從而與工業(yè)生產(chǎn)需求進行精準對接。

2.3驅(qū)動系統(tǒng)

在控制系統(tǒng)發(fā)出指令之后，驅(qū)動系統(tǒng)使工業(yè)機器人實現(xiàn)自動化控制。驅(qū)動系統(tǒng)包括傳動裝置系統(tǒng)與動力系統(tǒng)，在兩種系統(tǒng)同時作用之下，能夠精準滿足元件驅(qū)動控制的各種需求，從而為工業(yè)自動化生產(chǎn)提供支持。驅(qū)動系統(tǒng)的有效應(yīng)用于動力來源有著非常密切的關(guān)系，目前我國工業(yè)機器人大部分都是關(guān)節(jié)型機械結(jié)構(gòu)，每一個關(guān)鍵都設(shè)計有獨立的操作電機，基于控制系統(tǒng)的指令而完成自動化控制。

3.控制方式

3.1點位控制

對于點位控制來講，主要指的是對工業(yè)機器人末端執(zhí)行器進行有效操作，比如說，因為工業(yè)需求需要對工業(yè)機器人的位姿進行調(diào)整，那么就需要通過點位控制方式來完成。為了能夠讓工業(yè)機器人更加精準、快速地完成操作，那么工業(yè)機器人特定位置非常重要。

3.2連續(xù)軌跡控制

對于連續(xù)軌跡控制來講，其實也是對工業(yè)機器人末端執(zhí)行器進行操作，但是兩者也存在一定的區(qū)別，連續(xù)軌跡控制是連續(xù)性控制，因此，在整個過程中，必須要最大限度保障工業(yè)機器人能夠連續(xù)穩(wěn)定的按照操作步驟進行自動化控制;同時，可以結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際需求，對步驟與速度進行合理調(diào)整，將能夠提升工業(yè)機器人的精準性[3]。

3.3力控制

對于力控制而言，通常是完成操作之后，工業(yè)機器人的用力程度。比如說，某些工業(yè)生產(chǎn)過程中，部分原材料或者是產(chǎn)品比較脆弱，如果工業(yè)機器人的用力程度過大，那么將可能損壞原材料或者是產(chǎn)品。因此，需要結(jié)合生產(chǎn)需求對工業(yè)機器人的用力程度進行合理調(diào)整，確保其能夠應(yīng)用適當?shù)牧貓?zhí)行操作。

3.4智能控制

在傳感器系統(tǒng)的支持下，工業(yè)機器人能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制，對周邊信息進行收集，然后依托計算機對內(nèi)容進行存儲、識別，然后對實際問題進行解決。智能控制是工業(yè)機器人發(fā)展的主流方向，能夠更好適應(yīng)環(huán)境以及實現(xiàn)自主學(xué)習。

4.工業(yè)機器人在自動化控制中的應(yīng)用

4.1工業(yè)機器人在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)機器人在焊接領(lǐng)域中應(yīng)用范圍較廣，特別是汽車生產(chǎn)，主要采用的是焊接機器人。因為在對車身結(jié)構(gòu)以及承重大梁進行焊接時，需要考慮到物料重量等問題，采用焊接機器人，也就不需要考慮重量問題，而且減少人工操作環(huán)節(jié)，有利于提升安全性。值得注意的是，采用焊接機器人并不意味著工作人員就不重要了，反而工作人員必須扮演好職責角色。在進行焊接之前，工作人員要將需要用到的各種焊接工具準備好，然后規(guī)劃出焊接機器人最合理、最效率的運作流程，這樣才能確保焊接機器人能夠做到精準焊接;同時，還要結(jié)合電焊的結(jié)果，為下一次電焊做好準備。

此外，車身焊接過程中，為了保障焊接效果達標，需要用到電弧焊，需要焊接機器人通過進線的方式。線性焊與電弧焊進行結(jié)合，能夠提升焊接精準度。焊接機器人結(jié)合焊接需求提前設(shè)定好焊接程序，加上智能傳感器的支持，能夠最大限度避免焊接機器人出現(xiàn)誤差。隨著相關(guān)技術(shù)的進步，我國工業(yè)自動化水平不斷提升，特別是汽車制造領(lǐng)域更是進入了高速發(fā)展階段，但是也對焊接機器人提出更高的要求，因此，還需要加強焊接機器人自動化控制研究與實踐[4]。

4.2 工業(yè)機器人在裝配控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)機器人在裝配控制環(huán)節(jié)的運用一般情況下會對其設(shè)置若干傳感器，包括視覺傳感器、聽覺傳感器、觸覺傳感器等。機器人借助于這些傳感器能夠更加準確地感知操控目標，也能夠給出更為準確的判斷，有效促進作業(yè)效率提升，降低工作時間。比如說在汽車生產(chǎn)環(huán)節(jié)，工業(yè)機器人能夠把感知到的信息直接傳輸?shù)侥┒藞?zhí)行器，從而實現(xiàn)裝配控制作業(yè)目標。對于汽車制造業(yè)而言，工業(yè)機器人能夠在車輛結(jié)構(gòu)裝配、輪胎安裝以及擋風玻璃裝配等作業(yè)中廣泛應(yīng)用，有效促進汽車生產(chǎn)效率的提升。與此同時，工業(yè)機器人在裝配控制中的應(yīng)用相對于人工作業(yè)來說精準度得以明顯提升，可以更加高效率地實現(xiàn)工作目標，其指向的工作目標更加廣泛，也能夠適應(yīng)各種不同環(huán)境。近年來我國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，自動化作業(yè)程度日益提升，工業(yè)機器人得到了非常廣泛地應(yīng)用，汽車制造中的諸多零件和環(huán)節(jié)都能夠讓工業(yè)機器人發(fā)揮出其裝配控制優(yōu)勢，確保裝配準確率。因此在新時代下，工業(yè)機器人可以有效解決人工裝配過程中可能出現(xiàn)的失誤和偏差，也能夠勝任很多專業(yè)化與高強度工作，推動我國汽車制造業(yè)的長足發(fā)展。

4.3 ?工業(yè)機器人在材料搬運領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)機器人在材料搬運環(huán)節(jié)的應(yīng)用較為普遍的是碼垛、上下垛以及抓取零配件，讓機器人取代過去的人工作業(yè)可以在提升工作效率的基礎(chǔ)上降低人力成本。對于汽車制造業(yè)來說，搬運機器人通常是對零部件進行搬運、抓取和組裝，當機器人收到相關(guān)指令后能夠第一時間執(zhí)行操作，不但有效降低了工作人員的作業(yè)量，同時搬運組裝效率也得以顯著提升，機器人進行零部件搬運作業(yè)時，特別是對于部分大型零件來說，能夠按照各個零件的具體形態(tài)和搬運需要來有針對性地配備執(zhí)行器，操作人員僅僅需要發(fā)出指令，即可讓工業(yè)機器人更加精準地抓取零件。

4.4 ?工業(yè)機器人檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)機器人在檢測環(huán)節(jié)往往被應(yīng)用到零件尺寸和質(zhì)量的檢測過程中，檢測產(chǎn)品是否符合相關(guān)標準規(guī)范，同時還需要完成對不同零部件的分類，機器人檢測效率和精準度遠遠超過人力，所以近年來也得到了非常普遍的運用。對于汽車制造業(yè)來說，除開零部件的搬運與組裝之外，還需要在生產(chǎn)活動結(jié)束后對汽車產(chǎn)品質(zhì)量實施檢測，確保在未來的使用時能夠做到安全穩(wěn)定行駛。工業(yè)機器人在檢測工作中的應(yīng)用是依靠檢測系統(tǒng)對產(chǎn)品質(zhì)量實施檢測，檢測系統(tǒng)一般來說涉及到視覺傳感器、測量控制模板兩個組成部分。借助于視覺激光頭能夠獲取到檢測目標的圖像數(shù)據(jù)，在計算機中自動生產(chǎn)模型，把標準尺寸與實際尺寸予以對比，能夠快速準確地獲得可能存在的誤差，如此一來不但有助于汽車生產(chǎn)質(zhì)量的提升，也能夠為其他誤差檢測工作帶來參考。

4.5 ?工業(yè)機器人在噴涂噴漆中的應(yīng)用

工業(yè)機器人在汽車噴涂噴漆中的應(yīng)用，依托于其自身優(yōu)勢能夠非常靈活地控制操作位置與方向，所以在應(yīng)用多自由度機器人實施噴涂噴漆作業(yè)后，顯著降低了人工作業(yè)負擔，促進作業(yè)效率提升。對于三維工業(yè)生產(chǎn)來說噴涂機器人非常普遍，特別是對于汽車制造業(yè)而言，對車身實施噴涂屬于系統(tǒng)化的工作，同時其具有一定的危險性，噴涂一般包括兩種不同類型：一是涂膠，二是噴漆。涂膠作業(yè)能夠提升整個車身的密封性，往往會在部分密封焊接以及減震區(qū)域進行涂膠處理，具體厚度要按照該區(qū)域的需要進行合理調(diào)整;車身顏色以及光澤度通常需要更加均勻和快速地對車身實施噴涂。借助于工業(yè)機器人能夠?qū)嚿砀鱾€部位進行均勻準確噴涂，相對于人工噴涂來說在時間成本和作業(yè)效率上都得以明顯提升，也在很大程度上保障了噴涂噴漆作業(yè)的精準度[5]。

5.結(jié)語

綜上所述，隨著時代的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進步，我國工業(yè)自動化、智能化、信息化水平將日益提升，這就對扮演著重要角色的工業(yè)機器人提出了更高的要求。本文對工業(yè)機器人在焊接、裝配、材料搬運、噴涂噴漆等領(lǐng)域中的自動化控制進行了分析，可以充分體現(xiàn)工業(yè)機器人的價值。但是為了能夠滿足我國工業(yè)生產(chǎn)的實際需求，還需要對工業(yè)機器人繼續(xù)加強研究與實踐，尤其是服務(wù)與醫(yī)療領(lǐng)域，將會更大的應(yīng)用空間。

參考文獻：

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[5]崔岳.工業(yè)機器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域的實踐研究[J].設(shè)備管理與維修，2021（06）：100-101.