機器人在工程機械行業中的應用及關鍵技術的探討

王尚東 屈偉

[摘要]工程建設行業是現階段我國經濟發展的支柱型產業，如何在保證質量的前提下提高工程建設效率一直都是企業發展所面臨的重大課題。近年來，隨著計算機技術和科學技術的飛速發展，機器人在工程機械行業中的應用引起了行業的高度重視。文章首先對機器人在工程機械行業中的應用特點進行簡要介紹，并在此基礎上對其關鍵技術進行探討，以此來為日后機器人在工程機械行業中的有效應用提供參考。

[關鍵詞]機器人 工程機械行業 應用 關鍵技術

近年來，我國社會經濟發展步入了一個全新時期，對工程建筑行業發展也提出了新的要求。在新時期背景下，建筑行業除了要保證自身產品質量外，還要盡可能提升自身的經濟效益和社會效益，這樣才能夠在激烈的市場競爭中占據一席之地。機器人的出現讓工程建筑行業的發展達到了這一需求，在工程建筑行業中發揮著不可替代的作用。

一、機器人在工程機械行業中的應用特點

工業機器人的普及與發展要追溯到上個世紀60年代，因為機器人技術不單單融合了機、電、液、微機處理等技術，而且還加入了先進的人工智能技術、自動控制技術和仿生等學科，可以應用于社會多個領域中，因此，受到了人們的高度重視。自從機器人技術應用以來，成果最為顯著的要數制造業，因為制造業環境也其他行業相比相對靜止，對于機器人的應用具有良好的可控性和可預測性，并且對機器人沒有智能化要求。但在工程施工中的應用則不然，由于工程施工環境復雜、多變，而且具有很強的突發性和不可控因素，如在鉆鑿炮孔過程中，隨時可能遭遇圍巖地質、地壓突變，以至發生“卡釬”等;鏟裝時鏟齒插入非起爆的礦石裂縫，則會使載荷陡增而發生“失速”或“熄火”等。所以，若想讓工業機器人符合工程施工需求，除了要滿足工程齊全之外，還要確保能夠適應多變的工程施工環境，并對這種變化自動、及時的做出響應，應該具有判斷、決策和執行的能力。換句話說，與制造業機械人相比，工程機械機器人要具有智能性。

二、工程機械機器人的關鍵技術

（一）適用于工程機械的并聯機構即各種基本構型

結構簡單、剛度大、動態性能好是以并聯機構為基礎構型的機器人的幾大優點，正因為如此，所以現階段此類機器人在社會發展的多個領域都有應用。就以往并聯機構類機器人的運行情況來看，為了將此類機器人的優點最大限度發揮出來，技術人員可以通過更換并聯機構末端執行器來進一步對機器人的功能進行優化和完善。所以，將機器人技術應用到工程建設中，工作人員一定要結合工程施工的實際需求，對機器人技術進行深入研究，并在此基礎上分析不同類型并聯機構的結構、特性，然后將其合理應用到工程建設中，收獲最佳應用效果。

（二）精度及動態測量

在機器人技術應用和發展過程中，精度和動態測量是兩個十分重要的指標。同樣以并聯機構機器人為例，在精度方面，其主要體現在末端執行器的位置誤差。研究表明，機器人在應用過程中之所以會出現誤差，其原因基本上都是由零部件制造、裝配、鉸鏈間隙、伺服控制、載荷及熱變形等因素導致的。此外，機器人本身結構、系統特性和作業中振動等因素也是導致誤差出現的重要原因。為了提高精度，減小誤差，技術人員需要做好兩方面的工作：一是對機器人的零部件進行優化，推行專業化、規?；a，并保證其安裝精度，減小鉸鏈間隙;其次是要設置精度測量、反饋和誤差修正系統，方便及時發現誤差，第一時間采取相應的整改措施，保證機器人技術應用的有效性。

（三）工作空間

所謂工作空間，主要指的是末端執行器上某一給定參考點可以到達的點的集合。現如今，工作空間已然成為衡量機器人性能的重要指標，尤其對于應用在工程建設中的機器人而言，這一指標是否滿足要求至關重要，研究表明，機器人工作空間與機器人的結構構型、結構參數，以及關節變量的允許活動范圍密切相關。近年來，為了進一步提升機器人的工作空間，技術人員嘗試通過對冗余自由度的調節來達到目標，但實際上，這一方法確實能夠將因機器人工作空間小而不能滿足作業要求這一問題解決，但若想準確、容易的獲取任意一種工程機械中機器人的工作空間，并正確分析工作空間的奇異性等，還存在許多困難，需要技術人員在未來的時間里繼續對其進行深入研究。

（四）控制系統和控制策略

作為工程機器人的控制系統，在設計時，既要為機器人末端執行器完成高精度、高效率的作業實行實時監控，通過所配備的控制系統軟、硬件，將執行器的坐標數據及時轉換成驅動執行器的控制數據，使之具有智能化、自適應系統變化能力，還要采取有多個控制通路或多種形式控制方式的策略。必須擁有自動、半自動和手工控制等控制方式，以應對各種突發情況下，通過人機交互選擇后，仍能完成定位、運移、變位、夾持、送進、退出與檢測等各種施工作業的復雜動作，使機器人始終能按照人們所期望的目標保持正常運行和作業。

三、結語

綜上所述，隨著我國工程建筑行業發展腳步的不斷加快，機器人在工程機械行業中的應用將成為一個必然趨勢。就我國目前此方面工作開展的現狀來看，仍然存在一些有待解決的問題，這就需要技術人員要從問題本質入手，結合工程機械行業發展的實際需求對機器人技術進行不斷更新與完善，切實提高機器人性能，進而將其作用在工程機械行業中的優勢最大限度發揮出來，更好的促進我國社會經濟的長足發展。