論述機電一體化技術在工業機器人中的應用

南博

【摘 ?要】隨著我國智能制造業的發展，工業機器人在我國工業領域得到廣泛的應用，有效地帶動了我國機械制造行業的發展。機電一體化技術是工業機器人的核心技術，工業機器人是最典型的機電一體化數字化裝備。隨著智能技術的不斷發展，社會對工業機器人技術的要求更高。因此，論文結合多年實踐調查，以論述機電一體化技術作為切入點，闡述現代工業發展對工業機器人的應用要求，最后提出機電一體化技術在工業機器人中的具體應用，以此推動工業機器人技術的發展。

【Abstract】With the development of intelligent manufacturing industry in China， industrial robot has been widely used in China's industrial field， which effectively drives the development of China's machinery manufacturing industry. Mechatronics technology is the core technology of industrial robot， and industrial robot is the most typical mechatronics digital equipment. With the continuous development of intelligent technology， the society has higher requirements for industrial robot technology. Therefore， combined with many years of practical investigation， this takes the discussion of mechatronics technology as the starting point， expounds the application requirements of modern industrial development for industrial robot， and finally proposes the specific application of mechatronics technology in industrial robot， so as to promote the development of industrial robot technology.

【關鍵詞】機電一體化技術;工業機器人;智能制造;應用

【Keywords】mechatronics technology; industrial robot; intelligent manufacturing; application

【中圖分類號】TH-39;TP242.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）07-0190-02

1 引言

隨著我國大數據技術的不斷發展，尤其是智能制造戰略的實施，工業機器人已經成為現代機械制造業的重要工具，成為衡量國際科技水平的重要標志。例如，2019年人力資源部頒布的新職業就明確提出工業機器人系統操作員和工業機器人系統運維員兩大新的職業，可見工業機器人成為社會未來發展的重要方向。機電一體化是現代工業生產的主要動力，隨著智能化技術的發展，機電一體化技術在社會各個領域得到廣泛的應用。工業機器人作為最典型的機電一體化技術的生產裝備，其已經完全地融入了社會制造加工的各個行業。因此，本文結合實踐調查，介紹了機電一體化技術在工業機器人中的具體應用，以期推動機器人機電一體化技術發展。

2 機電一體化技術的概述

機電一體化技術顧名思義就是實現了電子技術、機械技術、信息技術以及控制技術等多種高新技術的整合，機電一體化是微電子技術向機械工業滲透過程中逐漸形成并發展起來的一門新興的綜合性技術學科，并正日益得到普遍重視和廣泛應用，已成為現代工業化生產和經濟發展中不可或缺的一項高新技術。在一個完整的機電一體化系統中主要包括結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素以及智能組成要素。隨著我國智能技術的發展，機電一體化技術呈現網絡化、智能化以及虛擬化的發展趨勢發展。實踐證明，隨著我國機械制造技術發展以及我國國際地位提升，機電一體化技術在工業制造領域的應用價值將會越來越突出。

機電一體化技術的發展直接帶動我國工業機器人的發展，工業機器人是機電一體化技術典型裝備，其基本功能就是提供作業生產的必須動力，基本工作原理就是通過操作機上各運動構件的運動，自動地實現手部作業的動作功能及技術要求。

3 現代工業發展對工業機器人應用的要求

工業機器人是一種集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等跨學科先進技術于一體的高端制造業中重要的智能裝備。從零部件的組成來看，工業機器人主要由機械本體、伺服系統、減速器和控制器四部分組成。其中，機械本體屬于傳統“機械”的范圍，而控制系統屬于傳統“電氣”的領域。因此，工業機器人具有機械和電氣的雙重屬性。根據調查，隨著工業制造領域的發展，工業制造生產對工業機器人應用提出更高的要求：

①機器人運動控制精度的要求。隨著我國工業制造技術的發展，尤其是高端智能技術的發展，傳統的粗放式工業加工生產模式已經不再滿足我國工業制造領域的發展要求。精細化生產成為智能工業制造的必經之路，工業制造的精細化要求工業機器人要達到運動控制的精準化操作。例如，在現代數控機床加工中需要對各種加工零部件進行精細化的加工處理，如果出現絲毫失誤都會影響機械加工產品的質量，因此，面對日益精密的機械制造要求，對工業機器人的運動控制精度提出了更高的要求，要求工業機器人嚴格按照設計運動軌跡操作，不能出現任何細微的失誤。當前，對于機器人運動精度的控制主要是通過RV減速器完成，但是由于國內生產的RV減速器存在壽命短、發熱量大等缺陷，所以一般以國外進口居多。②傳動系統的精準度要求。目前，工業機器人主要是通過運動系統完成作業，我國工業機器人主要是以六軸旋轉機器人和直線運動機器人為主，但是無論哪種機器人都是以運動傳遞為主的，而動力傳遞系統的穩定性對末端運動精準度有著直接的影響，如當機器人動力系統出現不穩定就會導致末端運動的精準度降低，導致物品傳遞不到位。因此，工業智能化技術的發展對傳動系統的精準度要求越來越嚴格，在今后的機器人研發中需要關注傳動系統的精準度問題。③機器人裝配精度的要求。裝配是工業機器人完成作業的關鍵步驟，如果在裝配環節出現問題不僅會對末端的精準度造成嚴重影響，而且還容易發生安全事故。裝配環節的問題主要是沒有充分考慮到工業機器人機電零部件之間的性能。因此，一方面要嚴格控制機器人機電設備的零部件加工設計;另一方面要強化對末端負載能力的把控，保證其始終于恒定的力量進行運動。

4 機電一體化技術在工業機器人中的具體應用

面對工業領域對工業機器人的新要求，優化機電一體化技術在工業機器人中的應用具有重要意義。結合調查，機電一體化技術在工業機器人中的應用主要體現在以下方面：

①檢測機器人各軸電機位置。工業機器人安裝操作有著嚴格的要求，尤其是在工業機器人安裝的過程中需要按照設計的要求精細化安裝，不能有絲毫偏差。例如，在工業機器人電機安裝前已經做出了精細化的參數設定，因此，需要按照設計的參數進行校對，確保各軸安裝后能夠符合工業機器人設計的要求。電機是工業機器人動力的主要來源，為了保證工業機器人的性能發揮到最大，需要在安裝后對電機性能進行檢測。機電一體化技術是電機安裝位置檢測的重要技術，通過利用機電一體化技術可以準確地對電機安裝位置進行檢測。以對伺服電機反饋軸的安裝位置檢測為例，其主要是通過同心安裝的編碼器實現的，如果編碼器是1024或者2500線的增量型編碼器，那么電機一圈就是4096或者10000個脈，可以通過通訊或者直接看驅動器的編碼器外置反饋參數，看是多少脈沖，當然此方法需要把起始位置的脈沖計數清零，或者記錄數據。②機器人運動軌跡規劃。機器人運動軌跡是機器人完成作業的基礎，受工作環境的影響，工業機器人運動軌跡比較固定，需要機器人按照系統設計的程序進行運動。實現對工業機器人運動軌跡控制的核心技術就是機電一體化技術。首先機電控制技術結合機器人運動工況特點，結合工作情況對機器人運動軌跡進行目標位置的確定;然后輸入指令設定目標，觀察各軸運動狀態，并且分析機器人運動量。機器人運動軌跡規劃過程中必須以驅動器為支持，結合機器人的運動原理對驅動電機發出指令，保持機器人各軸的同步性，確保行為軌跡符合預期，運動狀態良好。機器人運動狀態應符合機器人運動設定的目標，以此加強工業機器人運動精度控制和運動可靠性。③機器人核心部件測量。工業機器人屬于精密裝備，換而言之，工業機器人是由各種軸關節的減速器組成的，因此，為了保證工業機器人的穩定性，需要實時監測機器人的運動穩定性。機電一體化技術則是對各軸關節減速器運行狀態監測的核心技術，通過利用在線監測技術可以根據軸關節的振動頻率判斷其運動狀態，例如，軸關節的振動頻率與設計參數不符時，系統就會發出警告，以此及時發現問題、修改問題，從而保證工業機器人運動的穩定性。④在機器人工作環境控制中的應用。工業機器人作業過程對周圍環境要求比較高，例如，工業機器人對于工作環境的要求不僅體現在溫度要適中、濕度要合理，而且還對周圍的電磁信號有著嚴格的要求，避免出現信號干擾而影響工業機器人的運動軌跡等。機電一體化技術則可以通過PLC等實現對工業機器人工作環境的控制。以工作溫度為例，通過PLC可以對工作環境的溫度進行自動化控制，防止出現溫度過高而導致機器人智能操作失誤的現象。

5 結語

總之，機電一體化技術在工業機器人領域的應用有效提升了機器人的精度和可靠性，優化了機器人的控制系統，而且實現了機器人的精準控制，特別是末端位置的精準控制，最大限度地發揮了機器人的使用功能，推動了工業生產的發展和進步，提高了工業生產的效率。

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