工業機器人在自動化控制領域的應用

方克民

（慶鈴汽車（集團）有限公司，重慶 400052）

0 引言

在國家的整體發展中，工業起著基礎作用。現階段，國家對工業機器人自動化控制給予了較高的期望，同時也提供了較為豐厚的資金支持，但收獲的成果不盡如人意，面臨著各種各樣的問題，實際工作效率不高。為此，應從工業自動化控制的功能及特點上展開分析，采取合理化措施，針對于工業機器人的組成及控制方式等加以討論，分析當前工業機器人在自動化控制領域的應用狀況。

1 工業機器人發展狀況分析

與發達國家相比，我國工業機器人技術還有較大的發展空間，原因是工業機器人技術起步緩慢，還需要進一步落實相應的設計與維護。當前，工業機器人已在應用技術上有所突破，但是某些核心技術還缺乏深入的研究，真正擁有著國家知識產權的工業機器人少之又少。總體分析，工業機器人水平較低，從制造裝備的角度分析，尚未具備高精尖部件的研究模式，因此在世界領域中并不占優勢。運動控制器、伺服驅動器、伺服電機及精密減速器等關鍵零部件長期依賴進口，精密減速器是目前我國工業機器人關鍵零部件中最薄弱的環節。但是不容忽視的是，國家部分單位在工業機器人的研究與實踐中付出了具體的行動，同時收獲了相對圓滿的成果。如搬運機器人，近5年銷量年均增速達73%；國產品牌發展較好，部分產品可與外資品牌抗衡。涂裝機器人，國產品牌銷量已超過外資品牌。雖然從整體形勢上來看，還是和發達國家有著差距，但通過不斷的發展和鞏固，會取得相對圓滿的成果。

2 自動化控制概述

在自動化控制最初發展階段，反饋理論被視為最重要的基礎，通過落實基礎條件，堅持基本的自動調節原理，促使工業控制達到基本指標，從而穩步實現工業控制的實效性。隨著現代化技術的進步與完善，現代化自動控制得以受到關注，目前所指的現代化自動控制就是在無人力參與的前提下，運用合理的控制裝置實現對機器人的間接控制。現代化的自動控制能保證工業機器人真正的發揮作用，完全依靠自動操作原則進行生產，由此實現既定的生產目標。為了進一步優化，將被控制的對象和裝置依照合理的方式實現有效連接，組成較為完善的整體，也就是能參與自動行動的整體，這便是自動控制系統。工業自動化在具體生產階段往往不需要相關人員操作，在無人員干預的前提下，機器設備處于自動運行狀態，能實現24 h 的連續作業。正是因為機器人的加入，勞動力得以解放，人工的勞動條件也在一定程度上得到極大改善，推動了國家產業化進程。自動化技術運用在機械制造、建筑等領域，成為穩步提升勞動生產率的重要舉措。

3 工業機器人的控制功能與特點

3.1 功能

工業機器人具有十分復雜的功能，其中最為重要的功能就是運動控制功能和示教再現。適當的運用運動控制系統，可以完成基本操作，也就是讓工業機器人操作器的速度及位置等發生明顯變化。借助于示教再現功能，能及時將動作信息和操作位置等情況反映給機器人，機器人運用自身的記憶系統，完成對相關信息的合理保存。若機器人能及時接收到后續消息，將會依照之前保存的內容完成相應操作。在汽車制造行業，工業機器人被廣泛應用，鑄造、鍛造、車橋、鑄鋁、塑料、座椅、發動機和變速箱等均有所涉及，隨著科學技術的發展，工業機器人應用領域得到拓寬，真正的發揮出替代作用，能代替人工從事高危作業，同時也能參與一些重復性強、體力消耗量大的作業。工業機器人在社會生產中的應用十分顯著，可以規避安全問題，同時又能穩步提高企業生產效率。

3.2 特點

工業機器人主要應用工業領域，通過多個關節的機械手或多自由度的機器裝置完成相應操作。一般來說，工業機器人往往需要具備3 個自由度，相對復雜的機器人，應該具備多個自由度。在不同的自由度中，可以實現有效組成，由此構建起多變量的控制系統。處于多個坐標下，工業機器人能完成相應的手足操作，由此完成相應的坐標交換。經過分析工業機器人控制系統，可以清楚地了解到動力學和機構運動學的相關理論。工業機器人可以完全按照人的意愿進行操作，參與的工作也具有特殊性，相應的指示可以借助計算機完成。在實踐中，運用非線性的數學模型實現具體的規劃，通過設置合理的模型參數，保證機器人運動狀態發生對應變化，應格外關注的是工業機器人可以適當的利用最優路徑完成多種動作的執行。

4 工業機器人的基本組成和控制方法

4.1 基本組成（圖1）

工業機器人的基本構成包括主體部分、控制系統和驅動系統等，不同部位存在著不同的自由度，如手、腕等。機器人的手往往分為4 個自由度和7 個自由度，而機器人的腕分為2 個和3個自由度。驅動系統通過2 個重要的部分組合而成，即動力機構及傳輸裝置。控制系統也是由2 個重要的部分組成，即操作系統和驅動系統。其中相對重要的裝置包含控制項，如計算機控制、傳感器接口控制等。工業機器人可以運用微處理器和微機將相應的指示發出，然后針對多個機構進行適當調度，比如合理運用存儲設備以及人工演示的手段，讓人和機器之間及時完成交互目標。傳感器的作用像人的多種感官發揮的作用，類似于聽覺和視覺等，通過獲取相應的信息，傳感器可以及時感應機器人運行速度，然后對位置和設備的運行狀態等做出適當的控制方案。工業機器人的運動狀態接受控制的過程中，輔助裝置也能發揮出積極的控制效果。多種設備都是處于穩定運行狀態，并且屬于獨立的個體，因此不會出現互相干擾的問題。在各設備獨立運行的過程中，雖然無法進行相互的干擾，但可以進行有效制約，在配合階段做出合理化調整，保證機器人實現自動化運行的基本目標。

4.2 控制方法

工業機器人在實際運行過程中，往往需要運用到的手段是智能控制，通過機器人傳感器的作用，實現對周邊信息的獲取，完成基本的接收后，對控制系統及時發送出相應消息。控制系統在運行階段，能及時分析操作指令，通過將相關指令的傳送，促使機器人完成對應操作，在智能化系統運行，然后針對環境反映出較強的適應能力。工業機器人可以運用觸覺控制方式，因此當機器人在實際運行階段，能穩步提升使用效率，促使準確度大大提高，運行過程也能確保安全。機器人可以和周邊的環境接觸，在具體接觸時往往是通過觸覺方式加以感知，同時在動作上實現有效配合，自動控制在這個過程中發揮出積極影響。工業機器人借助于智能教學的基本手段，在動作以及行為上真正依照具體標準落實實際行動，然后對于相關的狀態和位置信息等加以獲取，由此進行更為科學的控制。在位置控制中，機器人一般是處于穩定運行狀態之下，只有保證這樣的狀態，才能進行科學的智能化操作，目標和自身的距離能更加清晰地展示出來，從而選擇最優的道路開展基本工作。

圖1 工業機器人基本結構

5 可編程邏輯控制器技術在工業機器人中的應用

可編程邏輯控制器技術運用于工業機器人中，能完成相應的控制操作。通過對機器人基本信息的控制，也就是借助于信息傳輸系統完成對相關信息的傳輸、處理以及存儲等。可編程邏輯控制器的應用能對工業機器人實現自動化提供科學的指導，同時又能發揮促進作用，通過遠程控制，實現對機器人的有效掌控。工業機器人的遠程控制中，可編程邏輯控制器技術發揮出了積極作用，運用信息技術遠程傳輸對機器人的實際運行情況加以控制，由此發出基本指令，指導相應的操作，完成基本動作。此項技術可以及時完成對機器人運動狀態的控制，通過對其進行精確操作，使機器人精度得到穩步提升，在實際運用此項技術的過程中，經過對控制目標運動軌跡的分析，保證將相應的精準度控制到位，由此維護操作質量。

6 工業機器人在汽車制造領域的應用

6.1 機器人搬運（圖2）

汽車制造領域會用到多種多樣的制造技術，因為不同的制造技術之間有著顯著差距，因此實際運用時需綜合分析多方面情況，將制造和工業機器人適當的結合到一起，特別是在分析了當前的汽車制造行業發展狀況之后，需要依照行業發展階段的技術應用展開合理分析。運用工業機器人的搬運形式，確保技術控制效果穩步提升，促使相關技術在合理應用的階段，能夠真正發揮出實際價值，對應的技術應用控制可以在科學程序的設置過程中，完成對汽車實際運用到的零件加以組裝，滿足當前汽車制造業的基本發展需要。

圖2 鍛件搬運機器人

6.2 機器人點焊（圖3）

將相應的技術手段運用至汽車制造領域，借助于工業機器人完成對點焊技術的使用，完善汽車領域的制造工藝及制造品質。諸多的汽車點焊技術處理都不能通過人為操作加以落實，因此還需要發揮工業機器人的作用，保證將相關的控制性能合理優化，將相應的成果逐步提升。通過運用工業機器人將整體的點焊技術運用到位，促使相應的性能和精準度得到有效提高。

6.3 機器人弧焊

在汽車制造領域中適當的運用相關技術，能夠完成最基本的操作，同時也能實現既定的目標。針對機器人弧焊技術可以適當的重視起來，將其合理的運用至相關的實踐中，能夠確保完成專門的操作，通過對工業機器人的有效應用，促使弧焊技術的處理要點適當的控制到位，同時在落實技術要領的過程中，完成對弧焊技術的精準度控制，保證汽車制造行業的穩定發展。只有保證弧焊技術的合理應用成果更加到位，才能完成對相關技術的應用價值凸顯出來，由此實現汽車制造技術應用能力的提高。

圖3 點焊機器人

6.4 機器人噴涂（圖4）

機器人噴涂技術，能滿足汽車制造業的發展需要，是一項較為常用的技術手段，在此技術合理運用過程中，應準確判斷出汽車的基本設計情況，重視汽車噴漆的要領，在多種細節扎實落實的情況下，確保汽車的外觀更加精致。若運用人工噴漆控制形式，難以把噴漆的控制效果控制到位。借助于工業機器人噴涂技術，能真正將成果逐步優化，通過設置噴涂參數，保證機器人穩步落實噴涂工作，同時又能完善噴涂方案。

圖4 噴涂機器人

6.5 機器人裝配

機器人裝配技術屬于現階段汽車制造行業較為關鍵的技術。在汽車制造行業合理運用工業機器人，能及時的完成裝配細節，將整個流程合理控制，保證發揮出積極的技術價值。裝配技術在實際應用時，通過較高標準的裝配技術控制指標可以合理控制相關方案的實施過程，從而穩步實現汽車制造領域技術應用的具體目標，注重技術實踐水平的提升。作為汽車領域的制造者，在運用制造手段的過程中，應格外的重視合理化的選擇，也就是依照制造技術的具體運用情況，控制好相應的技術處理需求，穩步落實技術處理方案。運用工業機器人落實適當的裝配流程，能夠表現出極為明顯的柔韌性，保證相關技術的應用效果穩步提高。

6.6 機器人檢測

機器人檢測技術是指借助視覺傳感器和測量控制模塊等完成基本的檢測任務，具體功能往往通過利用視覺激光測頭獲取相應的圖像信息，結合計算機模型將獲取的具體尺寸與理想尺寸完成對比，運用部件檢測反饋誤差的具體情況。機器人檢測技術的運用將傳統的坐標測量弊端加以規避，使快速、直觀等特點充分的表現出來，穩步提升整車的合格率，也促使生產工藝逐步改進，合理控制生產誤差。

7 工業機器人在自動化控制中的發展前景

現階段，依照當前國家的現代化制造技術的進步和自動化的實際要求，開始積極借鑒國外發達國家的技術創新模式，主張積極研發出更高水平的工業機器人，將其運用至更多的領域，實現產品技術和系統技術的突破。相信在這樣的目標確立之后，工業機器人會實現更加長遠的發展規劃，通過更為明確的戰略指示，工業機器人的發展重點更為突出：能夠參與危險作業的機器人，也就是重點承擔著高溫、高壓等特殊環境的工作，還會參與到油氣管道檢測流程中；在醫學領域，工業機器人也將發揮出積極的作用，主要是參與腦外科、骨骼的矯正手術，因這些手術對于精準度要求極高，僅通過手術醫生的判斷，無法保證誤差的最小化，借助于工業機器人能保證實現精準化的目標；仿生機器人可以類似于人一樣正常行走，借助于網絡技術，完成對相關設備的操控。國家工業機器人的總體發展趨勢良好，穩步向著智能化、低成本化方向前進。

8 結語

分析工業機器人在自動化控制領域中的應用。在科學技術日漸完善的今天，工業機器人也開始重視相關技術手段的使用。逐步優化的工作思路，促使工業機器人的應用價值真正的凸顯出來。工業機器人的應用優勢顯而易見，因此將其運用至自動化控制領域替代人為操作，發揮出十分明顯的高效率操作，既能減輕相關人員的工作強度，緩解其承擔的壓力，也能保證其人身的安全，避免因為高難度的作業對人身安全產生較為嚴重的影響。