工程機械機電一體化及機器人自動化

徐欣然

摘要：本文以工程機械自動化的歷史發展進程作為出發點，介紹工程機械機電一體化、機器人自動化國內外發展現狀，認識工程機械機電一體化及機器人自動化存在的問題，并簡單介紹當下解決工程機械機電一體化及機器人自動化存在的問題的主要方式和方法。

關鍵詞：工程機械；機電一體化；機器人自動化

隨著科學技術的發展和進步，我國各項建設工程基本上都實現了機械化，但仍然是以人工操縱和控制為主，這對機械的技術發展、性能和功能而言，具有一定的制約作用。為了工程機械實現高效節能，必須逐步使機械向著自動化和智能化方向發展。如果僅從機械和液壓角度來考慮，很難使產品性能有質的飛躍，必須引進具有良好控制性能和信息處理的電子技術來改造工程機械，實現工程機械機電一體化，使工程機械成為有頭腦（微機）、有感覺（傳感器）、全身布滿神經（電線和光導纖維）、有血液（液壓）和有手足和骨骼（機構和結構）的機電一體化系統。電子化和機器人自動化是工程機械產品更新換代的發展方向。

一、工程機械自動化的歷史發展進程

在石器時代，人類依仗的主要勞動工具是石器、貝殼和動物骨頭，運用這些工具能夠有效地改進人類生產方式，使得人類能夠很好地適應自然和改造自然。隨著農耕時代的到來，石器時代的工具逐漸退出時代的舞臺，逐漸被農業工具所取代。農業工具的出現標志著文明時代的到來，農業工具是土地產出的關鍵要素，更是標志著人類進化史上的重要一步，為農業社會的誕生創造了條件。隨著資本主義時代的誕生，一共經歷了三次工業革命，第一次工業革命是產業革命，使得農業、手工業等傳統行業逐步向大機器生產發展，在生產領域和社會關系引起根本性變化；第二次工業革命是工業革命，工業革命是始于十九世紀七十年代，大量工程機械種類和品牌誕生，并迅速發展影響工業社會的發展進程；第三次工業革命是科技革命，科技革命是上個世紀四五十年代產生的，在材料技術、網絡技術等領域取得重大突破，極大地提高工程機械的生產效率，更是推動了社會現代化的發展。第三次工業革命也就標志著工程機械逐步融入人們的生活生產中，為了減輕勞動強度，就必須實現工程機械機電一體化及機器人自動化，從而提高工程機械的作業精度和完成高技能作業的能力。

二、工程機械機電一體化、機器人化國內外發展現狀

1、國內現狀。上世紀九十年代初，我國智能化工程機械技術才剛剛開始，主要是以“863計劃”自動化領域首席科學家蔣新松等為領導，進行相關的工程機械機器人化技術的研究工作，先后分別實現了挖掘機機器人化和推土機機器人化，自動導引車等技術開發。同時，我國一些工程機械機電一體化、機器人化的研究實驗和研究項目都會與相關企業進行合作，例如清華大學等單位與徐工集團進行了產學研合作，共同完成了“國家863/CIMS機器人化工程機械現代集成制造應用工程”單極和集群自動化的課題研究。2003年1月，柳工以華中科技大學和蘇州大學為依托，向國家863/ CIMS自動化領域申請裝載機遠程服務專家系統與智能化挖掘機及企業信息化工程立項成功。且已經有履帶式鑿巖臺車已經應運于隧道施工中，可以自動控制鉆頭的鉆進速度、回轉速度和沖擊速度等。

2、國外現狀。美國的Cat992C型輪式裝載機，裝有可視距離內無線電遙控，可在危險地帶實施作業。澳大利亞開發的無人駕駛自卸車，實現了在千米以下的坑道施工作業的無人化操縱。德國的利勃海爾公司生產的靜液壓履帶式工業推土機和挖掘機全部實現機電液一體化，通過對發動機轉速傳感器進行電子控制，最優利用發動機功率，提高了燃油的效率。已經有智能推土機利用GPS實時導引與核實地形坡度，使之能有效的完成任務。

三、工程機械機電一體化及機器人自動化存在的問題

1、由于環境因素，工程機械難于識別作業對象。當下，工程機械的工作主要形式仍是人工操作為主，作業形式是機械圍繞作業對象在移動，而作業對象由于環境因素，使得工程機械難于識別作業對象。例如，土質，地形、障礙物和地面等情況，這就要求操作者要對環境進行仔細觀察，不斷對作業對象和環境進行認識和判斷，還要臨場發揮，才能很好完成作業。能否順利和完美地完成作業，很大程度上取決于操作者的經驗和技能。在建設施工過程中，由于每個部分的建設施工作業千差萬別，這就導致工程機械的操作內容和要求都是不確定的，有些類似于單件生產，難以形成一定的操作規律，不能按設定的順序進行工作，因此采用工廠的一般自動化技術是很不夠的。要求工程機械自身能成為類似駕駛員的感覺、認識和判斷能力，成為智能型機械，具有自我適應作業對象和環境變化能力的智能機器人。

2、工作環境和技術因素對工程機械機器人化的挑戰。工程機械的工作環境是不固定的，有時處于高溫環境之中，有時處于低溫環境之中，有時處于強風環境之中，有時處于風沙環境之中等等，往往容易使工程機械的傳感器、微機系統等部位出現故障，從而影響工程機械的作業，這對工程機械的控制系統提出了向相應的挑戰和要求。工程機械成為智能型機器人需要將電、光、聲、化學、生物等學科的多種技術組合起來進行工作裝置的自適應性控制的信息處理，需要解決大量的基礎技術問題和特殊問題。

四、當下解決工程機械機電一體化及機器人自動化存在的問題的主要方式和方法

我國針對工程機械機電一體化及機器人自動化存在的問題，采取的主要方式和方法是將計算機、機構學、測試技術、自動控制、微電子和多傳感器等技術和仿生學、光學等學科理論相融合使用，使各項技術和理論為工程機械機電一體化及機器人自動化服務，進而實現工程機械機電一體化及機器人自動化。同時，加強發展我國制造技術，由硬體向軟體轉化，使工程機械機電一體化及機器人自動化的發展更加適應時代要求。

五、結語

我國的工程機械機電一體化及機器人自動化正處蓬勃發展的時期，有一些列的問題擺在相關研究者的眼前，只有將這些問題解決了，才能實現工程機械機電一體化及機器人自動化。

參考文獻

[1] 孫永利.機電一體化在工程機械中的應用[J].農機使用與維修，2009，01：90-91.

[2] 王振龍.機電一體化技術在工程機械中的應用[J].河南科技，2014，04：115-116.

[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.