論工程機械機電一體化及機器人化

髙　翊　康世斌

（長春汽車工業高等專科學校，吉林長春 130011）

論工程機械機電一體化及機器人化

髙翊康世斌

（長春汽車工業高等專科學校，吉林長春 130011）

工程機械是工程建設施工的基本保證，是亞投行順利開展工作的前提之一。工程機械的發展需要技術革新和思想進步，未來工程機械將不再是人的操作，而是真正的機器操作，即要實現機電一體化及機器人化。本文分析了工程機械機電一體化及機器人化的發展現狀，對發展中存在的問題及困難進行了剖析，進而對未來機電一體化及機器人化的發展方向做了展望。

工程機械 機電一體化及機器人化 現狀 發展

經濟的快速發展對工程機械提出了更高的要求，新的挑戰期待科技的飛躍，機電一體化及機器人化開始成為人們津津樂道的主題。要實現工程機械的高效節能，提高作業精度及高危作業時工人的安全系數，就需要工程機械自動化，智能化，實現無人駕駛及遠距離控制，這就要求工程機械具有人的大腦，有神經感覺，有血液骨骼，成為名副其實的機器人。這不是科幻，也不是夢想，只要借助計算機、傳感器、電線和光導纖維，液壓來實現機電一體化系統，具有良好控制性能和處理信息能力的電子技術，就可以夢想成真。可以說，工程機械機電一體化及機器人化，是未來工程機械的發展目標，是觸手可及的偉大理想。

1　機電一體化及機器人化發展現狀

電子控制技術的快速發展，已經影響到人們生活的方方面面，如今，也逐漸向通用性的工程機械滲透發展，如我們熟悉的挖掘機、攤土機等，就已經實現了電子化并投入使用了。

這是一種被稱作為機械手的自動控制技術的運用，具體體現在全功率控制，節能控制，分工況控制，自動掘削及愈速控制，自動暖機及防過熱控制，挖掘限深控制，平穩操縱及自動變速控制，分流及電子診斷控制等，滿足了提高生產率和加工精度，降低燃料消耗，降低噪音，保護發動機及液壓系統，保障操作人員人身安全等需求，表現出工程機械中電子控制技術的運用逐步深入，從而使工程機械的性能得到較大提升，面貌得到較大改變，技術也更進了一步。

這類機械機電一體化的發展是循序漸進的，也就是先實現對機械個別部件的單獨控制，再逐步發展為對所有部件的綜合控制，使電子控制技術的運用逐步深入，應用范圍逐步擴大。其次是實現了由簡單操縱控制向復雜智能控制的跨越。簡單控制由于作業對象與環境的不同而不盡人意，智能控制才可以達到適應各種工況、操縱及環境的目的。這樣，新興的電子控制逐步取代了傳統的機械和液壓控制，如機械的心臟—發動機，如今已經采用了電子調速器，高速電磁閥油泵控制等控制軟件，過去經常采用的離心式調速器，電液比例閥油泵控制已經落伍并終將被淘汰，智能泵和智能發動機必將成為主角而備受青睞。

總之，工程機械的機電一體化的發展是，從節能、提高生產率開始，進而簡化、減輕操作人員的操縱，由單一走向全面，由人工操作走向半自動化和全自動化。但是，與真正實現機械機器人化的道路還很曲折與漫長，前途是光明的，相信只要解決了圖像處理和物體認識等一系列技術難題，工程機械機電一體化及機器人化就會真的實現。

2　機電一體化及機器人化發展面對問題

機電一體化及機器人化在西方發達國家發展較早，進展速度也較快，但目前也只是實現了機電一體化，而機器人化研究及發展也遇到了瓶頸，可見其技術難度及復雜性遠遠高于工廠中的機器人、機械手技術。實現工程機械機電一體化及機器人化需要更高深的技術，更廣泛的知識領域。

首先，工程機械與工廠設備不是可以相提并論的。工廠設備一旦在車間裝置就固定下來，只是機械地進行重復性操作，動作規范且標準，實現自動化生產較為簡單。而機械工程不是固定的，要隨著作業對象與環境的變化而改變，沒有規律可言。建筑施工人員也需要根據經驗對作業對象與環境進行觀察、判斷，電子技術設置的程序怎么能做到呢？就由于施工的不確定性，要求工程機械不能按照設定的程序進行操作，而是要高智能化。即具有類似操作人員的認識、感覺和判斷能力，實現智能機器人操縱的機械才可以稱為智能機械。但是智能機器人目前還只是在研發階段，投入生產與使用仍任重道遠。

其次，智能機械需要更廣泛更高深的知識及技術支持。智能機械的建造涉及物理上的機電光聲專業和化學等技術領域，機械基礎技術與高端特殊技術要銜接并融合進行機械內部的信息處理。這就是另許多科學家犯難的問題。如為了控制工程機械內燃機的工作過程和排放，需要使用化學傳感器。為了控制工程機械的工作狀態安全穩定，需要使用超聲波和激光技術。為了控制工程機械的運行方向正確，需要使用衛星導航及高精定位設備等。可見，進行工程機械智能機器人建造，需要涉及到方方面面的基礎與高科技知識與技術，這就對研發人員提出了更高的要求，要求電子技術熟悉，還需對物理，化學技術掌握。所以知識領域之廣，基礎技術與高端技術跨越之大，是工程機械智能機器人化的解決難題之一。

還有，工程機械一般在室外工作，工作環境惡劣，條件艱巨，高溫低溫的溫差大，風雪雨霾的變化大，還需要抗震抗沖擊的能力，這就對控制系統的各個部件提出了更高的要求，所以工程機械智能機器人化要求之高，不亞于軍工產品，航天器的標準。有實驗表明，工廠車間內或實驗室內使用效果良好的傳感器、電子計算機、電器、電液閥、插件等器件，一旦運用到工程機械上時，效果往往大打折扣，有時甚至直接怠工。所以，工程機械智能機器人的控制元件一定要最優最好的產品，這對當下的相關產品也提出了更高要求。巧婦難為無米之炊，沒有與之相適應的配件，智能機械的實現也只是癡人說夢。

最后談到智能機械的操作問題。由于動作的隨機性與不規律性，很難設定固定的程序進行自動操作，現在常見的PIC自動化控制系統很難滿足其要求，運用到智能機械上的控制系統理論上應具有控制技術，狀態反饋，前反饋及非線性補償技術等。機械智能機器人要達到熟練操作人員的技能與機巧，需要采用模糊理論，將人員的操縱規律輸入計算機中，然后通過模糊控制，使智能機器人能根據作業情況的變化對人員操作經驗學習借鑒，識別處理。這樣高智能機器人也只是理論上可以建造，真正與工程機械合二為一，完全投入實用，可謂“路漫漫其修遠兮”。

3　工程機械機電一體化及機器人化發展方向

工程建設中，如果作業較為單純的話，可以采用專門機械進行施工。還有根據施工要求研究新的施工方法，依據施工方法來設計相應的專業機械。

裝修專業機器人。這類機器人用來檢查房屋外墻，粉刷或貼墻基建專業機器人。這類機器人用于基建方面的施工，如地基挖掘、加固及改良，混凝土攪拌加工，材料傳運等。基建是最勞累最辛苦，也是要求質量最高的施工項目。在這方面進行自動化操作與施工，既省卻了人力，又保證了質量，是智能機械機器人化發展方向。

磚；室內墻粉刷，安裝門窗玻璃；地面混凝土鋪設及打磨；房屋管道鋪設及裝配等。這類機器人制造技術相對簡單，動作不很復雜，省卻了人力，可以進行研發。

地下專用機器人。這類機器人用于下水道檢查、疏通，隧道挖掘及土石傳運，地下鉆孔等。這方面的施工環境差，臟，工作強度大，適應使用機器人作業。也是智能機械機器人化可以考慮的發展方向。

其他專業機器人。根據具體工作要求不同，可以發展其他專業機器人。如筑路和道路維修機器人，山地測量機器人，海底探測機器人，危樓爆破機器人等。

4　結語

目前，工程機械中已經運用到了自動系統，未來隨著科技的進步，工程機械機電一體化及機器人化將不會只是設想，而會真正用到建筑施工中去。我們期待這一天的早日到來！

［1］管榮根，傅偉，顧玲.機器人在工程機械行業中的應用及關鍵技術的探討［J］.工程機械，2008（8）：38-41+77.

［2］顧玲，李燁，任海良，管榮根.發展機器人技術提升我國礦山機械行業整體科技水平［J］.礦山機械，2009（12）：5-9.

［3］何冰，溫銀萍.論工程機械機電一體化及機器人化［J］.科技風，2011（15）：152.

髙翊（1964—），女，漢族，吉林長春人，碩士，高級工程師，主要研究方向：機械制造及工藝設備。