工業(yè)機器人技術在自動化控制領域中的應用

李楠　鄧媞　陳曉玲

摘? 要：機器人技術是一門集機構學、計算機、信息與傳感技術、控制論、仿生學以及人工智能于一體的綜合性學科，屬于高新技術范疇，是現(xiàn)代應用廣泛、研究活躍的一門技術，機器人技術的應用是評判一個國家工業(yè)化水平的標志之一。該研究主要分析與探討自動化控制領域對工業(yè)機器人技術的有效應用。

關鍵詞：自動化控制;機器人技術;工業(yè)

中圖分類號：TP242? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

對于一個國家來說，發(fā)展的核心在于工業(yè)，而機器人自動化是發(fā)展工業(yè)的關鍵。實現(xiàn)工業(yè)機器人自動化對工業(yè)發(fā)展極為有利。盡管現(xiàn)階段我國進一步加大了對工業(yè)機器人自動化控制研究的投入力度，然而自動化控制領域在工業(yè)機器人技術應用方面仍存在很多問題，一方面對我國工業(yè)機器人技術的發(fā)展造成嚴重阻礙，另一方面還會直接影響到工業(yè)自動化生產，對工業(yè)發(fā)展有很大的限制作用。常言道：工欲善其事，必先利其器。提升工業(yè)機器人技術，有助于我國工業(yè)的迅猛發(fā)展。

1 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的結構和功能

1.1 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的結構

工業(yè)機器人的組成部分包括主體、驅動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)3部分，其中主體分為手部、臂部、腕部，手部自由度有4～7個，腕部自由度有2～3個，臂部自由度有4～5個。驅動系統(tǒng)則主要包括傳動裝置與動力機構，控制系統(tǒng)主要是控制驅動系統(tǒng)與操作系統(tǒng)。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的結構包括5個方面的內容：1）從根本上說，機器人控制和動力學、機構力學相關性較為密切，不同坐標下能夠精準描述機器人手足狀態(tài)，應該依照具體需要選擇參考坐標系，并實現(xiàn)坐標變換;2）就算是最為簡單的機器人，同樣需裝配3～5個自由度，而復雜機器人的自由度則達幾十個，各自由度有一個協(xié)調伺服機構，以形成多變量控制系統(tǒng);3）通過計算機協(xié)調控制獨立伺服系統(tǒng)，確保機器人能夠遵循人的意志行動，并且可賦予機器人相應工作內容;4）對機器人運動狀態(tài)進行描述的是非線性數(shù)學模型，在外力與狀態(tài)的不斷變化中，機器人的參數(shù)也會發(fā)生改變，且不同變量間也存在耦合，所以僅用位置閉環(huán)往往無法達到目的，還應該選擇加速度或者速度閉環(huán);5）一般采用不同路徑與方式完成機器人動作，所以會存在“最優(yōu)化”問題。可通過人工智能方法操控高級機器人，通過計算機創(chuàng)建放大信息庫，通過信息庫實現(xiàn)控制決策、操作以及管理的目的。

1.2 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能

對于工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能，主要表現(xiàn)為：1）運動控制功能。可有效控制機器人末端操控設備的速度、位姿以及加速度等諸多項目;2）示教再現(xiàn)功能。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)可通過手把手或者示教盒實現(xiàn)示教功能，通過一定方法將運動速度、動作順序以及位置等相關信息教給機器人，通過機器人記憶裝置在存儲器中自動記錄所教操作過程，需再現(xiàn)操作時，只需要對存儲器內容進行重放即可達到目的。

2 工業(yè)機器人技術的控制方式

2.1 連續(xù)軌跡控制

連續(xù)軌跡控制其實就是連續(xù)控制工業(yè)機器人末端的執(zhí)行器，確保機器人可連續(xù)完成操作步驟，從而達到工作平穩(wěn)、精準的目的，連續(xù)軌跡控制可有效調整機器人操作順序與速度，以確保機器人可精準完成人類所提出的要求。

2.2 點位控制

點位控制方式僅是控制工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器，關鍵是控制機器人的位置，通過點位控制機器人，確保機器人能夠在相應位置精準、快速地完成指定操作任務，然而，工業(yè)機器人不會控制已經完成操作的相關運動軌跡。

2.3 力控制

工業(yè)機器人的力控制，其實就是控制操作過程中機器人的用力程度，通常有些實際操作對象相對較為脆弱，為避免產品出現(xiàn)損壞，需要機器人在實際操作過程中有效控制執(zhí)行力氣，因此就必須實現(xiàn)力量的精準控制，以順利完成規(guī)定的操作任務。

2.4 智能控制

目前，現(xiàn)代機器人控制的方式主要就是智能控制，尤其是現(xiàn)今數(shù)字技術迅猛發(fā)展，智能設備已普遍融入大眾生活，所謂智能控制，其實就是利用傳感器收集周邊信息，按照機器人設備中所存儲的知識解決相關問題，機器人就可在必要情況下及時解決問題。

3 工業(yè)機器人技術的應用

工業(yè)機器人具備形形色色的內部信息傳感器和外部信息傳感器，象視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有傳感器外，它還有效應器，作為作用于周圍環(huán)境的手段。這里指的就是筋肉，或稱自整步電動機，它們使手、腳、長鼻子、觸角等動起來。自動化控制領域中對工業(yè)機器人技術應用的范圍比較廣，主要包括以下幾種類型。

3.1 焊接機器人

機器人在很多焊接領域均有所涉及，然而此處的焊接機器人技術主要是在汽車生產中應用，汽車生產工作需要較大的焊接機器人，如果由人工完成就需要消耗大量的人力物力，而利用焊接機器人工作就不需要考慮物料重量的問題，所以汽車生產中應用焊接機器人，有助于汽車生產工作的安全、迅速完成。

3.2 裝配機器人

因為裝配操作任務較為煩瑣，所以對工業(yè)機器人的要求比較高，裝配機器人體內裝配有視覺傳感器、接觸傳感器等大量傳感設備，其目的在于確保工業(yè)機器人可以精準感知操作對象，同時做出更為精準地判斷，以確保裝配工作準確完成。其不僅為任務完成質量提供保障，同時還有助于提升任務完成效率。而且機器人具有固定化特征，無須數(shù)次嘗試，有利于節(jié)約工作時間。

3.3 材料搬運機器人

搬運材料需消耗較大力氣，尤其是對重量過大的物品，人力通常無法完成，此時就需要具有較大力量的機器人完成這項工作，此時的機器人工作主要是碼垛、上下垛、抓取零件和卸貨等定向操作。

3.4 檢測機器人

在工業(yè)化生產中，監(jiān)測機器人的主要工作任務是檢查所生產產品和零件是否合格。既可測量零件尺寸，對其合乎標準與否進行判斷，也可測量零件質量，檢查質量與標準是否相符。總而言之就是監(jiān)測所生產的產品與零件，以確保生產的精準性。除此之外，機器人監(jiān)測的精準度明顯高于人類，人類檢測有出現(xiàn)小失誤的可能性，而機器人則能達到零失誤。

3.5 噴涂機器人

噴涂機器人大多在三維噴涂噴漆工業(yè)生產中應用，在三維表面噴涂噴漆工作中，需要5個以上的自由角度，如果選擇人工噴涂，往往需要不停更換設備位置，因此就會增加額外工作量，影響工作效率，而選擇噴涂機器人則有助于節(jié)約工作時間，提升三維噴涂噴漆效率，能夠充分顯現(xiàn)工業(yè)機器人的優(yōu)勢。

4 結語

該文系統(tǒng)地介紹了自動化生產中應用工業(yè)機器人技術的控制方式、控制系統(tǒng)等內容，盡管目前生活中還未普及機器人技術，但是，人們已意識到機器人在工業(yè)生產中的優(yōu)勢，而且其應用范圍極為廣泛，無論是工業(yè)生產還是日常生活都可由機器人代替完成，由此可見機器人技術的重要性。機器人技術是現(xiàn)代應用廣泛、研究活躍的一門技術，機器人技術的應用是評判一個國家工業(yè)化水平的標志之一。自動化生產中工業(yè)機器人技術應用較為普遍，為工業(yè)生產提供更多好處，所以，未來應進一步發(fā)展工業(yè)機器人技術，相信通過科學家們的共同努力，未來工業(yè)機器人技術能夠得到更好發(fā)展。

參考文獻

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