工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的運(yùn)用

孫倩

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，在此背景下，工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始逐漸出現(xiàn)并得到了推廣應(yīng)用，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，極大地提高了我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展水平。

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

0 引言

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)門(mén)類(lèi)，隨著技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，人工智能技術(shù)已經(jīng)被人們所接受和認(rèn)可，并在許多領(lǐng)域中得到了普及應(yīng)用，并取得了良好的成效。將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)之中，能夠極大地解放勞動(dòng)力，還能保證生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化。

1 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)控制系統(tǒng)的獨(dú)特性及應(yīng)用的必要性分析

1.1 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)控制系統(tǒng)的獨(dú)特性分析

所謂工業(yè)機(jī)器人，具體是指在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，這些設(shè)備擁有一定的自動(dòng)性，在自身動(dòng)力能源及控制系統(tǒng)的支持和命令下能夠完成各種工業(yè)加工制造活動(dòng)[1]。

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)與普通控制系統(tǒng)相比有著較大的差異性，首先，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)必須與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)緊密結(jié)合在一起，因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人要不斷進(jìn)行重復(fù)性的工作，其運(yùn)動(dòng)大部分都需要以坐標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)，為了保證其運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性及標(biāo)準(zhǔn)性，就需要根據(jù)實(shí)際的需求對(duì)其運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)進(jìn)行合理設(shè)置;其次，工業(yè)機(jī)器人需要一定的自由度，也就是要給予機(jī)器人更多操作選擇的可能性，只有如此才能讓其在完成操作任務(wù)時(shí)具有更多的靈活度;再次，工業(yè)機(jī)器人需要利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成對(duì)其控制，機(jī)器人不能自主完成工作，需要利用計(jì)算機(jī)代碼命令其動(dòng)作;最后，利用工業(yè)機(jī)器人來(lái)進(jìn)行工業(yè)操作可以靈活選擇各種各樣的方法，能夠保證動(dòng)作完成的最佳效果[2]。

1.2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域的必要性分析

在當(dāng)今社會(huì)，隨著現(xiàn)代化程度的不斷加深，工業(yè)智能化時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，傳統(tǒng)工業(yè)行業(yè)發(fā)展中的難題以及局限等都將不再成為制約。尤其是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅能夠極大地提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)質(zhì)量，提高資源利用率，更好地控制生產(chǎn)及人力成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也能推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)及轉(zhuǎn)型發(fā)展，對(duì)于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及進(jìn)步有著重要意義。將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)化控制工作中，既可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的人工指揮其作業(yè)，也能利用編程的方式讓其實(shí)施自行作業(yè)操作，而且隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人還具有了自動(dòng)識(shí)別、定位以及傳感等諸多功能，使其擁有了更快的相應(yīng)速度和更強(qiáng)的過(guò)載能力，在自動(dòng)化及穩(wěn)定性方面都有了較大地提升，能夠更好地完成參禪操作，提高生產(chǎn)效益。因此，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)是推動(dòng)其發(fā)展進(jìn)步的重要手段。

2 應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成及控制方法概述

2.1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成概述

2.1.1 工業(yè)機(jī)器人的主體執(zhí)行機(jī)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)更多的是指其外在形態(tài)的結(jié)構(gòu)，或者說(shuō)是其具體執(zhí)行工作任務(wù)的結(jié)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)為了更好地提供操作服務(wù)往往會(huì)選擇較為靈活的機(jī)器臂結(jié)構(gòu)，有些機(jī)器人還會(huì)根據(jù)需要配備行走結(jié)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)都是仿照人的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的，稱(chēng)為自由度。一般而言，工業(yè)機(jī)器人的自由度為3～6個(gè)。自由度越多靈活性越好。而機(jī)械爪作為工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，又可以根據(jù)其抓取物體方式的不同而分為噴氣式、氣吸式、夾鉗式等種類(lèi)[3]。

2.1.2 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也就是促使工業(yè)機(jī)器人能夠完成各項(xiàng)操作動(dòng)作的動(dòng)力以及傳動(dòng)裝置，利用其動(dòng)力裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行各項(xiàng)活動(dòng)，從而完成操作。一般而言，工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力多是電力、液壓和氣動(dòng)等。

2.1.3 工業(yè)機(jī)器人的傳感器裝置

傳感器對(duì)于工業(yè)機(jī)器人而言是一個(gè)十分重要的結(jié)構(gòu)，主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的內(nèi)部及外部的工作狀態(tài)。其中，內(nèi)部傳感器主要用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人的位移、速度以及加速度等信息，而外部傳感器則主要用于檢測(cè)機(jī)器人的外部工作環(huán)境。

2.1.4 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)可以說(shuō)是對(duì)工業(yè)機(jī)器人起著決定性作用的結(jié)構(gòu)部分，是其他所有結(jié)構(gòu)的中樞?，F(xiàn)階段我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要有集中控制以及分散控制兩大類(lèi)。機(jī)器人的控制系統(tǒng)需要提前輸入控制命令，而從輸入方式上的不同又可以將其分為編程輸入和示教輸入兩種。隨著科技的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在處理圖形圖像方面的技術(shù)有了較大突破，使得機(jī)器人不僅能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的工作場(chǎng)景，且具備了自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力，從而具有了在宏指令的指引下自編程的能力，大大提高了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍和水平[4]。

2.2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的具體控制方法概述

2.2.1 點(diǎn)位控制法及其要求

點(diǎn)位控制主要是針對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器而言的控制方法，也就是針對(duì)機(jī)器人開(kāi)展作業(yè)時(shí)的某些點(diǎn)位的位姿實(shí)施控制。這種控制方法不會(huì)嚴(yán)格規(guī)定機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)必須使用什么樣的運(yùn)動(dòng)軌跡，只是在確定了相鄰點(diǎn)位的運(yùn)動(dòng)速度和位置精度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上完成一種快速而準(zhǔn)確的移動(dòng)。點(diǎn)位控制法能夠保證機(jī)器人在最短的時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)完成相對(duì)位置上的操作任務(wù)。

2.2.2 連續(xù)軌跡控制法及其要求

連續(xù)軌跡控制法同樣是針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器的位姿而言的，與點(diǎn)位控制法的不同之處在于它實(shí)施的是連續(xù)的控制。不僅規(guī)定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，更是在運(yùn)動(dòng)速度以及位置精度方面提出了嚴(yán)格的要求，要求機(jī)器人不僅要按照預(yù)設(shè)的軌跡及速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，還必須要保證精度。在這種連續(xù)的控制之下，機(jī)器人不僅能夠連續(xù)完成所要求的操作流程，還能夠提高其操作的精確性。

2.2.3 力學(xué)控制法及其要求

對(duì)機(jī)器人在完成操作任務(wù)時(shí)的用力情況進(jìn)行控制。因?yàn)樾枰玫焦I(yè)機(jī)器人進(jìn)行操作的對(duì)象種類(lèi)不一，在面對(duì)一些強(qiáng)度不高的產(chǎn)品時(shí)，為了更好地保證產(chǎn)品的完整性，就要對(duì)機(jī)器人的操作力度加以控制，不僅需要控制其力量，也要保證精準(zhǔn)度，從而高質(zhì)量地完成操作任務(wù)。

2.2.4 智能控制法及其要求

要想開(kāi)展精確高效的智能化控制，首先需要機(jī)器人利用自身的傳感器來(lái)收集周?chē)h(huán)境中的有效信息，然后再通過(guò)與自身所儲(chǔ)備的知識(shí)相對(duì)照，從而做出相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行決策。要想實(shí)現(xiàn)智能化的控制，就需要機(jī)器人擁有較高的環(huán)境感知及自學(xué)能力。智能控制法的存在使得機(jī)器人在不借助人力的情況下也能很好地應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況下的各種問(wèn)題。

3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的具體運(yùn)用

3.1 工業(yè)機(jī)器人在焊接工作中的運(yùn)用

在工業(yè)領(lǐng)域中，很多工作都需要運(yùn)用焊接技術(shù)，而焊接機(jī)器人就成了完成這項(xiàng)工作的最好替代品。就現(xiàn)階段而言，汽車(chē)制造廠(chǎng)汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于焊接機(jī)器人的應(yīng)用是最為廣泛的，這是因?yàn)槠?chē)生產(chǎn)中所使用的材料不僅質(zhì)量重，強(qiáng)度也高，如果單純依靠人力，需要耗費(fèi)大量的人工和力氣，不僅生產(chǎn)效率不高，也會(huì)極大地增加汽車(chē)生產(chǎn)的成本，而利用焊接機(jī)器人則可以很好地解決這些問(wèn)題，保證了最大限度地發(fā)揮出機(jī)器人的作用，從而提高汽車(chē)生產(chǎn)的效率及安全性，為汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤(rùn)空間。

3.2 工業(yè)機(jī)器人在材料搬運(yùn)工作中的運(yùn)用

對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，無(wú)論是生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，還是產(chǎn)品出廠(chǎng)環(huán)節(jié)，都需要應(yīng)用到大量的材料，尤其是在進(jìn)行重量較大的貨物的搬運(yùn)時(shí)，對(duì)于力氣的要求更高。而擁有著強(qiáng)大力量的搬運(yùn)機(jī)器人就可以很好地解決此類(lèi)問(wèn)題。不僅僅是因?yàn)榘徇\(yùn)機(jī)器人有著較大的力氣，還因?yàn)樗鼈冇兄己玫亩ㄏ虿僮髂芰?，在抓取零件等?lèi)似的工作中能夠發(fā)揮良好的效果。

3.3 工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)檢測(cè)工作中的運(yùn)用

檢測(cè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用也是十分普遍的，主要被應(yīng)用于生產(chǎn)線(xiàn)上產(chǎn)出的不同零件及產(chǎn)品合格情況的檢測(cè)工作中，對(duì)零件或是產(chǎn)品的規(guī)格、尺寸等進(jìn)行檢測(cè)，以判斷其是否符合出廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于依靠人工開(kāi)展的檢測(cè)，檢測(cè)機(jī)器人的精準(zhǔn)度更高，往往能夠發(fā)現(xiàn)一些容易被人的肉眼所忽視的極微小的差錯(cuò)，能夠極大地提高生產(chǎn)的精確性，也能提高監(jiān)測(cè)工作的效率。

3.4 工業(yè)機(jī)器人在噴漆噴涂工作中的運(yùn)用

噴漆噴涂機(jī)器人也是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較多的一種機(jī)器人技術(shù)，尤其是在三維噴漆和噴涂工作中的應(yīng)用尤其普遍。在開(kāi)展三維表面的噴漆和噴涂作業(yè)時(shí)，為了保證工作質(zhì)量，就需要較大的靈活性配合，若單純依靠人力來(lái)完成這項(xiàng)工作，就需要在工作過(guò)程中不斷移動(dòng)噴涂設(shè)備的位置，以保證噴涂工作的順利開(kāi)展，如此一來(lái)就會(huì)大大增加工作量，不僅會(huì)造成人工成本的增加，工作效率也不高。而應(yīng)用噴漆噴涂機(jī)器人就不需要如此麻煩，只要將機(jī)器人的自由度設(shè)置在5個(gè)左右，就能保證其很好地完成這項(xiàng)工作。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 王永超）