工業機器人在自動化控制中的應用分析

于果然

工業機器人在自動化控制中的應用分析

于果然

（常州紡織服裝職業技術學院，江蘇 常州 213000）

中國經濟的快速發展，促進了科學技術水平的提升，機器人技術也取得了飛速發展?，F階段，機器人技術已廣泛應用在汽車制造、塑膠生產等工業領域，工業機器人在自動化控制領域中的應用也非常普及。因此，對工業機器人在自動化控制領域中的應用進行了分析，對其未來發展方向展開討論，以期促進機器人技術在各個領域的推廣應用。

工業機器人；自動化控制；應用；機器人技術

經濟的發展帶動了科學技術的進步。在中國現階段，機器人已廣泛應用在工業、國防等領域，技術日益成熟，尤其是在工業自動化生產中已取得了很好的成績，工業機器人在汽車制造、鑄造業等方面已很大程度上取代傳統的人工生產模式。目前，機器人應用過程中也存在一些問題需要解決，技術需要進一步提高，使機器人技術更趨向智能化、現代化發展。

1 工業機器人的內涵和外延

“工業機器人”最早出現在捷克作家查佩克的科幻小說《葉羅薩姆萬能機器人》中，原意為奴仆。隨著時代的發展，現在則是能夠進行自動化生產的高度智能化的機器。中國用“機器人”一詞予以擬人化的稱呼，形象反映了該技術的特征和發展趨勢。

工業機器人是技術進步的產物，工業機器人工業生產領域的一種能夠根據事先編訂的計算機程序自動進行工業流水線生產的機器裝置。除正常的工業生產，工業機器人還可以用于維護設備、從事危險作業等。只要把生產步驟設定為固定的程序，工業機器人即可按照規定的步驟和標準進行自動化生產。根據生產的具體內容的不同，工業機器人還可具體分為作業機器人、危險環境機器人、化工機器人、軍工機器人、和工業機器人等。

與一般的工業機器相比，工業機器人的主要特點是集成了自動化、信息化等最新的科學技術，可以通過計算機編程等途徑根據人的控制進行自動化生產?，F代工業機器人與計算機技術、人工智能技術、新材料、仿生學、機械電子、編程技術、高級整合控制論高度結合，具有智能化、擬人化、可編程的多功能形態。

在中國，工業機器人應用極為廣泛，在生產、加工、焊接、切割、噴涂、注塑、沖壓、裝配、碼垛、包裝、搬運、檢測工業等領域皆可看到工業機器人的身影。工業機器人正在逐漸成為中國工業生產領域的主力。

2 工業機器人的主要特點

2.1 高度計算機化

工業機器人技術是建立在計算機技術的基礎上的，其整個運行離不開計算機系統的支持和控制，計算機參與度極高。

2.2 高度自由化

工業機器人具有很強的控制能力。為保持這種控制能力，工業機器人就需要相應的輔助機構進行支持和配合，以確保機器人的控制能力正常發揮作用。這些輔助機構表現形式較為自由，而且控制能力越強大，自由度就越高。對于一些結構和程序更為復雜的工業機器人，為提高對其控制力，更好地進行工業生產，則會相應地增加很大的自由度。為此，部分類型的機器人其自由度已經超過100個，而那些較為簡單的工業機器人，自由度一般只有4個。

2.3 高度的路徑優化能力

工業機器人在生產過程中，是按照已經設定的編程自動進行的，具有很高的智能化、自動化水平。面對在生產活動中出現的眾多活動路徑，工業機器人會根據設定的算法對路徑進行自動優化，選出一條最好的路徑。

3 工業機器人的主要功能

3.1 運動控制功能

工業機器人能夠根據工業生產的實際情況，自動運用較為合適的方式，進行合理移動或者變形為不同的形態。

3.2 再現功能

工業機器人投入到工業生產之前，先要對機器人的計算機系統輸入相應的程序命令，這些程序命令等信息會被存在計算機指定的位置。當人們需要時，這些信息就可以根據操作規程再現出來，供人們使用。

3.3 計算功能

工業機器人能夠根據自身周邊環境的信息，收集相關數據進行計算。人們可以根據機器人的計算結果制出機器人作業軌跡，由此作為輔助控系統運行的辦法。這對于工業機器人來說，是一項非常重要的步驟。

4 工業機器人的組成

4.1 核心控制系統

工業機器人的核心是控制系統。通過示教輸入或者編程輸入進行命令輸入，為控制機器人做準備?？刂葡到y的作業形式大體可分為點位控制、連續軌跡控制和力矩控制；其控制方式有兩種，分別為分散控制和集中控制。機器人技術發展到現在，通過與智能技術的高度融合，還具備圖像處理能力，這使得機器人具有學習功能和自適應能力，可以進行自編輯。這極大提高了機器人在復雜環境下的作業能力，拓展了工業機器人的適用范圍。機器人可以按照程序的設定進行各種工業操作，通過對采集到的環境信息的處理，優化具體的操作行為。

4.2 傳感器

工業機器人之所以具備感知周邊環境的能力，是因為有傳感器的存在。傳感器對機器人有重要作用，相當于機器人的神經系統，是極重要的檢測裝置，對內它能檢測機器人的加速度、速度和位移情況，對外能檢測機器人的工作環境。隨著科技的發展進步，機器人的感知能力還會有更大的發展。

4.3 驅動系統

工業機器人之所以能夠執行控制系統發出的命令，在于出色的驅動系統，其由傳動裝置和動力系統組成，傳動裝置由動力元件驅動執行系統執行傳送命令，實現物件的位移；動力來源為氣動、液壓和電力。

5 工業機器人在自動化控制中的應用

5.1 汽車制造行業的應用

在世界大多數發達國家的汽車制造行業中，工業機器人的使用量已超過機器人總數的53%，而在中國，也已有超過50%的工業機器人應用于汽車制造業，而在應用于汽車制造業中的工業機器人中，有50%以上的機器人為焊接機器人。因此可以看出，工業機器人在未來的應用中必將取代汽車制造業的人工工作模式，實現工業機器人在汽車制造中完成全部作業的目標。現階段，中國對制造業和自動化技術提出更高的要求，工業發展要追趕并趕超世界發達國家水平，工業機器人在其中發揮著重要作用。工業機器人在汽車制造業中的應用對汽車制造業的發展有著極大的促進作用，對改變中國汽車制造業現狀和增加國際市場競爭力具有重要的推動作用。汽車制造業沒有使用工業機器人之前，大多數汽車制造環節基本上都是靠人工完成，工作效率極低。使用工業機器人進行汽車制造作業后，工業機器人基本上取代了人工作業，大大提高了工作效率，促使中國汽車制造的總產量飛速提升，并且質量也有所保證。

5.2 橡膠及塑料工業

橡膠和塑料都是現代國民經濟與科技領域中不可缺少的高分子材料，用途十分廣泛，不僅能滿足人們的日常生活、醫療衛生和文體生活等各方面的需要，還能滿足工農業生產、交通運輸、電子通訊和航空航天等各個領域的技術要求。橡膠和塑料工業是一項需要緊密合作的行業，同時在一定程度上又有著極高的專業化程度。另外，在當前的機械制造工業中，橡膠及塑料的生產和加工環節的機械化程度又有緊密聯系。在中國工業生產中，橡膠及塑料工業是非常重要的行業，隨著其他行業的發展，對于橡膠及塑料的需求越來越大。而機械制造作為生產工作環節和加工工作環節二者之間進行連接的重要的工藝技術，對保證橡膠及塑料生產質量和數量具有重要作用。

在傳統的橡膠及塑料生產過程中，大多數采用人工和加工設備合作進行作業的生產模式，無法保證產品的精細程度和質量，而且需要在極端條件比如高溫環境下進行生產，人工根本無法完成生產作業。但對于工業機器人，這些都不是問題，其可以滿足極端條件下的作業，并且還能高效地保證產品的精確度。工業機器人在橡膠及塑料工業生產中的地位越來越高，對于提升中國的塑料行業競爭力具有重要作用。

5.3 鑄造行業

中國的鑄造行業迅猛發展，一些精簡技術已處于世界技術前沿。由于鑄造業本身是一個工作強度大、高溫高污染的行業。在鑄造車間，充斥著高溫、粉塵、噪聲等，工作環境極其惡劣，這對于人工生產來講，面臨這巨大挑戰，而且存在安全隱患，而工業機器人可以適應極端的工作環境，承受人工不能承受的壓力和負擔。因此，工業機器人現在廣泛應用在鑄造行業中，大幅度降低人工的勞動強度，工作人員只需要對其控制系統簡單操作就能夠使工業機器人應用于注塑機運輸等工作中，并且可以極大程度地提高工作效率。

6 結語

隨著計算機技術、信息技術、智能技術和自動化技術的發展與融合，工業生產技術取得巨大的進步，工業機器人也應運而生。當前，工業機器人已廣泛應用于汽車制造業、橡膠塑料產業、鑄造業、化工行業等領域，并取得了很好的應用效果。為此，中國也應加大對工業化機器人的技術研究，使之能更好地服務于國家經濟的發展和綜合國力的提升。

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［3］武明月.工業機器人技術在自動化控制領域的實踐［J］.南方農機，2019（10）：190，192.

TP242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.065

2095－6835（2020）22－0149－02

于果然（2000—），男，江蘇淮安人，常州紡織服裝職業技術學院機電學院工業機器人專業2018級在讀學生，研究方向為工業機器人應用。

〔編輯：嚴麗琴〕