工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

范國(guó)華

(江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330000)

1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，雖然我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)得到了突破，但在高、精、尖零部件的研發(fā)上，還處于初級(jí)階段，獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量不多。當(dāng)前的應(yīng)用，也多是集中在制造業(yè)和裝備業(yè)上，因此，尚未占據(jù)主導(dǎo)發(fā)展地位，關(guān)于伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制器、精密減速器等關(guān)鍵的零件和部件，也是依靠進(jìn)口，這均是當(dāng)前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)中的薄弱環(huán)節(jié)。但各個(gè)單位在這一方面的研究和實(shí)踐上均付出了大量的人力、物力和財(cái)力，也取得了不錯(cuò)的效果。以搬運(yùn)機(jī)器人為例，近年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人年平均增速超過(guò)了70%，部分品牌能夠與發(fā)達(dá)國(guó)家抗衡，而涂裝機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)品牌銷(xiāo)量也逐年增長(zhǎng)，盡管總體技術(shù)與國(guó)外還存在一定的差距，但相信在不斷的發(fā)展中定能取得滿(mǎn)意的效果。

2 工業(yè)機(jī)器人的功能和特點(diǎn)

2.1 工業(yè)機(jī)器人的功能

工業(yè)機(jī)器人功能復(fù)雜，其中最為常見(jiàn)的功能就是示教再現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)上述幾項(xiàng)功能，即可完成基本的操作，讓機(jī)器人控制器的位置、速度發(fā)生變化，及時(shí)將相關(guān)操作位置、動(dòng)作信息來(lái)反饋至機(jī)器人，再通過(guò)記憶系統(tǒng)，即可將信息保存下來(lái)，讓機(jī)器人可以及時(shí)接收信息，那么，即可按照之前的內(nèi)容來(lái)完成操作。以汽車(chē)制造領(lǐng)域?yàn)槔I(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用在鍛造、鑄造、塑料、車(chē)橋、座椅、變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)中，在科技的發(fā)展下，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，可以替代人類(lèi)從事各種高危行業(yè)，也能夠參與體力消耗量大、重復(fù)性強(qiáng)的作業(yè)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用能夠解決安全問(wèn)題，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。機(jī)器人的通信系統(tǒng)包括兩個(gè)等級(jí)，第一級(jí)是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、串行通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制器與PC之間的通信，第二級(jí)是應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人、外圍設(shè)備之間的通信，機(jī)器人有著豐富的I/O通信技術(shù)，能夠輕松實(shí)現(xiàn)與周?chē)O(shè)備、PC機(jī)之間的通信，常見(jiàn)的通信方式如下：

表1 機(jī)器人常見(jiàn)通信方式

以機(jī)器人為核心的工業(yè)生產(chǎn)是目前工業(yè)生產(chǎn)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，作為自動(dòng)化、先進(jìn)制造技術(shù)的代表，對(duì)于制造業(yè)的發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用，而且能夠促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、高科技產(chǎn)業(yè)之間的融合，能夠以多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)作為媒介來(lái)將各種設(shè)備連接起來(lái)。

2.2 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

就當(dāng)前來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人主要是在工業(yè)領(lǐng)域來(lái)進(jìn)行應(yīng)用，通過(guò)各種機(jī)器裝置、機(jī)械手來(lái)完成操作，工業(yè)機(jī)器人包括三個(gè)自由度，在不同的自由度中，組成也各有差異，在多個(gè)坐標(biāo)下，工業(yè)機(jī)器人能夠迅速完成手足操作，通過(guò)分析，即可了解到具體的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況，將工業(yè)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)，即可按照個(gè)體的意愿來(lái)操作，相應(yīng)的指標(biāo)則是利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成，在具體操作中，需要按照要求來(lái)設(shè)置模型參數(shù)，確保工業(yè)機(jī)器人能夠在最優(yōu)的路徑上完成動(dòng)作。

3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人的組成部分包括主體、驅(qū)動(dòng)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(gè)，腕部自由度有2～3個(gè)，臂部自由度有4～5個(gè)，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用是評(píng)判一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的標(biāo)志之一。在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展下，這一技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到了更加廣泛的使用，具體常見(jiàn)領(lǐng)域包括幾個(gè)方面：

3.1 在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用

在當(dāng)前機(jī)械行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的時(shí)代背景下，在當(dāng)前的鑄造行業(yè)中，重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題也集中在粉塵、高溫、噪音等污染問(wèn)題上。目前，鑄造行業(yè)也朝著自動(dòng)化的方向來(lái)發(fā)展，在鑄造技術(shù)的發(fā)展下，特別是各類(lèi)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于鑄造工藝的要求越來(lái)越高，但是其造成的污染問(wèn)題也日益突出。在這一方面，即可應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)于依靠手工操作，對(duì)人員要求嚴(yán)格，由于人員體能因素的限制，會(huì)影響鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量，而應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)，即可有效解決上述問(wèn)題，大幅提升產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量。

在具體應(yīng)用上，包括軟件和硬件2個(gè)系統(tǒng)。在軟件系統(tǒng)的設(shè)置上，要將重點(diǎn)放置在操作系統(tǒng)上，采用windows CE作為操作平臺(tái)，這一系統(tǒng)占用資源少、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高，在系統(tǒng)設(shè)置前，要明確機(jī)器人技術(shù)的操作工藝要求，按照應(yīng)用要求來(lái)設(shè)計(jì)，控制好重復(fù)定位精度，將精度維持在0.5mm之內(nèi)，在運(yùn)行過(guò)程中，要避免動(dòng)作幅度過(guò)大，特別是作業(yè)速度，要高于現(xiàn)有的水平，并確保手動(dòng)操作系統(tǒng)和自動(dòng)操作系統(tǒng)之間的獨(dú)立性。在硬件系統(tǒng)上，是由運(yùn)動(dòng)控制模塊、伺服模塊、人際交互模塊等組成，運(yùn)動(dòng)控制模塊處于其中的核心地位，通過(guò)接收各類(lèi)模塊信息，再按照系統(tǒng)控制算法來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器人操作軌跡來(lái)完成鑄造作業(yè)。伺服模塊是提供動(dòng)力的關(guān)鍵設(shè)備，在驅(qū)動(dòng)器的選擇上，要選擇與電機(jī)匹配性高、運(yùn)動(dòng)性強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)器。在人機(jī)交互模塊的選擇上，要通過(guò)機(jī)器人來(lái)滿(mǎn)足可視化操作要求，優(yōu)化控制操作功能。

3.2 在汽車(chē)制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

在汽車(chē)制造領(lǐng)域中，也會(huì)遇到多種制造技術(shù)，各類(lèi)制造技術(shù)之間存在顯著差異，在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用上，要綜合分析多種情況。在機(jī)器人搬運(yùn)上，可以充分發(fā)揮出機(jī)器人的實(shí)際價(jià)值，通過(guò)零件的組裝滿(mǎn)足汽車(chē)制造業(yè)的基本發(fā)展需求。將機(jī)器人點(diǎn)焊技術(shù)應(yīng)用在汽車(chē)制造領(lǐng)域，能夠完善汽車(chē)制造品質(zhì)和制造工藝，進(jìn)一步優(yōu)化制造性能，優(yōu)化應(yīng)用成效，保障制造的精細(xì)度和性能。通過(guò)機(jī)器人弧焊技術(shù)的應(yīng)用，可以滿(mǎn)足基本操作，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，促進(jìn)汽車(chē)制造行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。應(yīng)用機(jī)器人噴涂技術(shù)，能夠準(zhǔn)確判定出汽車(chē)設(shè)計(jì)情況，讓噴涂更加精確，通過(guò)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置，即可完善噴涂方案。應(yīng)用機(jī)器人裝配技術(shù)，能夠迅速完成裝配細(xì)節(jié)控制生產(chǎn)流程，穩(wěn)步提高技術(shù)的實(shí)踐水平，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，要做到合理選擇，根據(jù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況開(kāi)展工作，落實(shí)裝配流程。應(yīng)用機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)，能夠利用測(cè)量控制模塊、視覺(jué)傳感器等完成檢測(cè)任務(wù)，解決傳統(tǒng)坐標(biāo)測(cè)量存在的弊端，做到了直觀便捷，穩(wěn)步提升整車(chē)制造的合格率，將生產(chǎn)誤差降低至最小化。

4 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用前景

基于對(duì)現(xiàn)代化制造技術(shù)自動(dòng)化的客觀要求，我國(guó)開(kāi)始借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)模式，以更好地將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用在其他領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)的突破，工業(yè)機(jī)器人目前已經(jīng)能夠參與多種危險(xiǎn)作業(yè)，適應(yīng)高壓、高溫環(huán)境，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人也能夠參與骨科矯正、腦外科手術(shù)，這類(lèi)手術(shù)對(duì)精度要求非常高，僅僅借助醫(yī)生的判斷，難以保證誤差的最小化，利用工業(yè)機(jī)器人則可以解決這一不足，通過(guò)仿生機(jī)器人的應(yīng)用，能夠完成對(duì)各種相關(guān)設(shè)備的操作。總之，就我國(guó)的發(fā)展情況來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人總體趨勢(shì)良好，開(kāi)始朝著低成本、智能化的方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，將其應(yīng)用在自動(dòng)化控制中，既減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，提高了操作效率，也能夠保證人員安全，值得進(jìn)行大力推廣。