工業機器人在自動化控制中的應用研究

蔡濟云

（武漢市第十一中學，湖北 武漢 420100）

工業機器人在自動化控制中的應用研究

蔡濟云

（武漢市第十一中學，湖北 武漢 420100）

工業機器人需要用到多種技術，包括計算機技術、自動控制技術、傳感器技術等。另外，近年來人工智能技術也得到了廣泛運用。工業機器人的一個重要特征是可以長期長時間地進行單調、重復的體力勞動，可以替代很多人工作業。鑒于工業機器人在自動化控制領域有著廣泛的應用，對工業機器人在自動化控制中的應用進行了相關研究。

工業機器人；自動化控制；運動控制；示教再現

1 我國工業機器人發展現狀

我國工業機器人跟國外相比差距較大，這跟我國工業機器人起步較晚有一些關系。目前，我國在工業機器人方面獲得了技術上的突破，但是很多核心技術并沒有掌握，真正擁有我國知識產權的工業機器人其實并不多。總體來看，我國工業機器人技術水平普遍不高。具體而言，在制造裝備方面，我國生產高精密部件的水平在世界上不占據優勢。我國在數控機床關鍵技術與裝備和裝配自動化機器人、隧道掘進機器人等方面獲得了較大的突破。但這些突破跟國外一些發達國家比較，差距還是較大的，值得我國重視。圖1所示為某企業生產的工業機器人。

圖1 某企業生產的工業機器人

2 在自動化控制系統中特點與功能

2.1 工業機器人在自動化控制系統中的特點

所謂“工業機器人”，就是在工業領域應用的多關節機械手或多自由度的機器裝置。通常情況下，工業機器人需要3個左右的自由度，在復雜的機器人中，往往需要多個自由度。在工業機器人的每個自由度中，可以將自由度組成多變量的控制系統。在多個坐標下，工業機器人實現手足狀態的描述，從而實現坐標變換。通過對工業機器人的控制系統進行分析，發現其與動力學和機構運動學是密不可分的。為了實現工業機器人根據人的意志去執行各項操作，就需要通過計算機對其進行控制。在此過程中，需要借助非線性數學模型來實現，通過該模型，設置模型參數，使工業機器人的運動狀態發生各種改變。需要注意的是，工業機器人可以通過最優路徑來實現各種動作的操作。另外，對于高級工業機器人而言，如果能夠借助計算機構建信息庫，那么就能夠更好地對工業機器人進行控制和執行各種操作。

2.2 工業機器人在自動化控制系統中的功能

一個工業機器人往往功能較多，但是運動控制功能和示教再現是其中最為顯著的2種功能。通過運動控制系統，可以使工業機器人操作器的速度和位置、姿態發生改變；通過示教再現這個功能，把動作信息和操作位置等信息傳達給機器人，機器人借助記憶系統，可以將這些信息進行存儲。當機器人下一次接到指令的時候，就可以根據已記憶存儲的內容自動進行各種操作。在汽車制造行業中，工業機器人首先得到了應用。當科技和經濟進一步發展之后，工業機器人的應用領域越來越廣泛，不僅可以代替人工進行高溫和高危環境的作業，還可以代替工人進行重復性高、體力消耗量的作業。工業機器人在社會生產中的廣泛應用，不僅能夠避免工人發生安全問題，還能夠使企業的生產效率大大提升。由于工業機器人的優點較多，其在很多自動化生產領域都能夠充分發揮自身的作用。比如，焊接機器人、檢測機器人、搬運機器人、噴漆和噴涂機器人、裝配機器人就是工業機器人在自動化生產中的典型應用。其中，焊接機器人主要用于對車身結果進行焊接；檢測機器人能夠對零部件的尺寸進行確定，對零部件的質量進行把握，有的甚至還能夠對零部件實現自動分類，大大降低了工人的工作量；材料搬運機器人在搬運工作中起著重要作用，不僅能夠裝貨和卸貨，還能夠抓取零件、堆垛等；噴漆和噴涂機器人自由度的數量往往要大于5，這是由這種作業對機器人的動作要求所決定的。另外，有時候為了使機器人實現定向行走，往往通過導軌來對工業機器人進行行走軌跡引導。裝配機器人由于具有聽覺傳感器、視覺傳感器、觸覺傳感器等多個傳感器，所以能夠使裝配工作得到順利開展。

3 工業機器人在自動化控制中的發展展望

我國在工業機器人方面提出了發展戰略目標，也就是根據我國先進制造及其自動化的要求，向發達國家高技術創新方向前進，努力研發更高水平的工業機器人，并且在產品技術和系統技術方面獲得重大突破。在不久的將來，工業機器人主要的發展重點包括以下3個方面：①危險作業環境下的機器人，主要負責高溫、高壓環境下的作業，油氣管道的檢測等。②在醫學領域，工業機器人的運用也是非常值得期待的。很多腦外科手術、骨骼的矯正手術，如果僅僅靠手術醫生，很難做到手術的精細化，因為人工總是有誤差的，而機器人就能夠將手術做得更加精細。③仿生機器人。這種機器人能夠模擬人行走，通過網絡對設備進行遙控。總而言之，未來我國工業機器人的總體發展趨勢是：更加智能化、更加低成本、更加可靠、更加集成化。

4 結論

在經濟和科學技術飛速發展的今天，工業機器人在技術方面和功能方面都得到了較大的提升，已經能夠實現較為復雜的自動化控制。在工業自動化程度不斷提高的背景下，工業機器人必將得到越來越廣泛的應用，為社會生產活動帶來更多便利。

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TP242.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.144

2095－6835（2018）01－0144－02

〔編輯：劉曉芳〕