通過無人機與機器人淺談機械自動化的發展

摘要：機械自動化已成為現代制造業生產的重要組成部分，深入到我們生活中的方方面面。當前機械制造與自動化也與微電子技術、計算機技術和信息處理技術密切結合，在許多領域都有新的突破。以無人機和機器人為例，探討機械設計制造及自動化的前景和發展。

關鍵詞：機器人；無人機；自動化系統；機械自動化

引言：

機械自動化技術是將機械技術與電子信息技術融合產生的新型技術，它使機器設備在無人或少人的情況下，按照預先規劃好的過程，經過機器的自行判斷、處理、操作，實現預定的目標。早期的機械自動化技術還主要局限在汽車生產中的自動加工、零件的自動傳送，這時期的自動化技術更傾向于“自動裝置”。隨后1960年左右，電子計算機開始介入自動化的控制，信息的收集、處理的效率大大增加。但是在實際生產應用中，主要是局部的自動化，各個自動化的設備獨立應用。近些年，控制逐漸變得更自動、智能，通過多種傳感器收集到豐富的信息，由主控計算機將整個生產加工系統的信息統一收集，進行計算、模擬、調整，然后對各個區域統一調度，使各個區域工作更加協調、高效。實現真正意義上利于生產發展的機械設備的自動化。

一、機械自動化技術發展現狀

無人機與機器人是現代機械自動化研究與應用領域的前沿。以下通過無人機和機器人一探現在機械自動化的發展現狀。

1.美國消費電子協會公布的數據顯示，到2018年，預計全球無人機市場規模將會攀升到至少10億美元[1]。無人機是無人駕駛飛機的簡稱，是利用遠程通訊技術遙控操縱或者利用自備的程序控制裝置實現自動操縱的不載人飛機。無人機是個復雜的設備，主要包括無人機機體、動力系統、飛行控制系統、無線電遙控系統、遙感設備控制系統等[2]，關于無人機的設計控制需要多學科多領域的知識的應用。無人機的結構設計，以現在的四旋翼為例，需要良好的通用機械設計功底。而無人機的“無人”離不開各種自動化技術的支持，比如機械自動化、電氣自動化等，無人機的正常飛行需要確定飛行軌跡、按照軌跡飛行的自動駕駛，而這些步驟需要機械自動化中的導航、制導與控制，隨后根據無人機的狀態與環境進行調整需要自動數據采集處理與自動控制技術。隨著現在計算機編程技術的發展，在無人機的控制方面出現了PID控制、模糊控制、最優控制等，現在無人機已不再僅僅是某些領域的專屬設備，不僅能夠用于電影拍攝，綜藝節目航拍，測繪、高空噴灑農藥、新聞報道、抗險救災，甚至可以用于普通民眾自拍，制造浪漫驚喜。

2.機器人的制造離不開機械自動化技術的發展，可以說機器人是機械自動化技術發展到一定程度應運而生的產物。機器人根據應用領域主要包括工業機器人、家用機器人等[3]。現在以便捷的移動通信技術為媒介，以層出不窮功能各異的新材料為載體，以生物質能源等綠色新能源為基礎，工業將變得以“數字智能化制造”為核心，所謂的數字智能化的中心就是工業機器人。目前機器人廣泛用于制造業的焊接、組裝搬運等，可以24小時不間斷工作，可以實現定期自檢維修，不僅能夠解放大量的重復勞動的生產力，還可以保證產品的一致性、穩定性，降低產品的廢品率，提高生產效率，加強了生產安全。現在機器人還可以用于生物醫學領域，比如現在應用越來越廣泛的手術機器人，通過圖像傳感器等收集病人的身體信息，然后由醫生設計手術方案，對機器人進行程序的預設以及指令的下達，由手術機器人完成一些由于病灶位置過深導致的難度大的精細的操作，避免了人力導致的失誤，有助于病人術后的愈合。現在我國機器人自動化產業尚處于起步階段，機器人制造的軟硬件技術還不夠成熟，機器人的智能程度還不夠高，但是僅僅這樣，人們也能管中窺豹可見一斑，一窺機器人市場規模的宏大，前景的廣闊。

二、機械自動化技術現存問題

1.相關政策還需完善：現在無論是機器人還是無人機的應用都涉及到道德倫理等多方面問題，無人機與機器人的應用都需要法律法規的引導，而機械自動化技術的研究也需要相關政策的激勵使其更好發展。

2.缺少行業高端人才。隨著時代的發展，科技的進步，機械自動化行業也對人才提出了更高更全面的要求，不僅僅要掌握機械制造、物理力學、機械工程相關專業知識，還要熟悉計算機應用技術、計算機網絡技術、人工智能技術、移動通信技術等多領域知識的復合型人才，以及能夠熟練運用理論的實踐型人才。

3.缺乏自主創新。國內的研究尚處于初級階段，科研環境也有些急功近利，科研、實驗容易陷入追求快速發表論文的惡性環境中，而缺少對核心技術、核心零件的鉆研開發。現在很多機械自動化的企業仍然使用國外的技術，而應用國外技術開發產品投入市場又加劇了國外技術對國內市場的入侵，形成惡性循環。所以我國的機械自動化需要加大科研力度，實現核心技術研究的突破。

三、機械自動化技術發展前景

1.柔性化：由計算機數值控制生產系統的運作，只要改變程序指令就可以改變生產過程，這種系統能夠輕松根據生產對象的不同而改變生產過程，使得機械自動化系統更柔性，更方便，能夠更高效的利用生產設備。

2.智能化：未來隨著網絡技術、人工智能技術的發展，未來的機器人等將更智能，向自我學習、自我決策的方向發展。

3.集成化：隨著微電子技術的發展，可以看到現在計算機更新換代越來越快，計算機越來越輕越來越薄，包括移動終端、智能穿戴設備，都越來越小，而功能不減反增，越來越強大。這正是未來機械自動化技術的發展趨勢。首先現在傳感器所能收集到的信息還比較單一，少有能夠集成收集多種信息的傳感器，其次現在的單片機的發展還不足以支持機器人等完成更復雜的操作。相信隨著微電子技術的應用，未來機械自動化設備會變得更輕更薄，更集成。

結語：

現在的機械自動化行業集機械、通信、電子、人工智能、計算機為一體，隨著自動控制理論的發展，智能控制研究的進步，數學建模的優化，未來機械自動化行業的發展將更加突飛猛進，應用將會越來越廣泛。

參考文獻：

[1]方捷新.無人機技術發展和市場應用現狀[J].現代電影技術，2015（12）：40-41.

[2]崔紅霞，孫杰，林宗堅.無人機遙感設備的自動化控制系統[J].測繪科學，2004，29（1）：47-49.

[3]運怡兵.創新科技路共圓中國夢——記著名機器人與機械自動化專家黃慶九博士[J].創新時代，2015（1）：27-32.

作者簡介：劉天辰（2000.03.06）男，漢族，江西省南昌市人，高中學歷。endprint