工業(yè)機器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域的實踐研究

崔 岳

（廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北廊坊 065000）

0 引言

對一個國家和民族而言，工業(yè)的重要性不言而喻，而機器人則是工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。在自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用工業(yè)機器人（Industrial Robot，IRB）能夠全面促進其發(fā)展。雖然國內(nèi)在工業(yè)機器人領(lǐng)域投入了一定的資金和力量，但是其應(yīng)用還有一定不足，不僅嚴(yán)重阻礙了相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展，同時還在很大程度上限制了工業(yè)的發(fā)展。因此，深入研究工業(yè)機器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用具有較強的現(xiàn)實意義。

1 工業(yè)機器人發(fā)展情況

與西方發(fā)達國家工業(yè)機器人的發(fā)展情況相比，國內(nèi)在一些領(lǐng)域還有待提升，這需要在國家層面從教育著手，通過長時間的不懈努力來縮小兩者之間的差距。深入研究發(fā)現(xiàn)，直接制約國內(nèi)工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展的因素是裝配和制造零部件，這主要是因為國內(nèi)精密制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展不足，而工業(yè)機器人需要的零件比較高精密。從裝配方面來看，我國的裝配技術(shù)有待完善，與需要較高精密度的工業(yè)機器人領(lǐng)域有一定差距。在電氣自動化領(lǐng)域應(yīng)用工業(yè)機器人，無論是生產(chǎn)過程還是其他過程等，都需要具有較高的精確度，任何閃失都將產(chǎn)生較大的誤差。

2 工業(yè)機器人的控制特點

與人類相比，工業(yè)機器人沒有主觀思維能力，因此他們的每一項動作都必須經(jīng)由程序人員來設(shè)定，這些參數(shù)事實上就是人們生活、工作中的相應(yīng)指令。為了讓工業(yè)機器人根據(jù)人們的思想開展工作，就必須設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。整體上來看，工業(yè)機器人的控制特點主要有4 個。

（1）對工業(yè)機器人的制造而言，機構(gòu)運動學(xué)非常重要，因為他們的任何運動都需要相應(yīng)的坐標(biāo)。為了讓機器人完成一套動作，就必須提前設(shè)計好相應(yīng)的坐標(biāo)，然后他們會根據(jù)相應(yīng)的指令完成行動。

（2）工業(yè)機器人的操作模式應(yīng)該多樣化和豐富化，以便于他們工作時更好的選擇，盡可能地完成指令。

（3）工業(yè)機器人沒有主觀思維能力，其動作控制主要由計算機來完成，人們的指令以代碼的形式下達，他們主要根據(jù)代碼開展工作，實現(xiàn)人們的需求。

（4）工業(yè)機器人可以通過不同的方式完成動作，可以人為設(shè)定工作方式，以實現(xiàn)更好的效果。

3 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 主從式控制結(jié)構(gòu)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，傳統(tǒng)意義上的機器人已經(jīng)很難滿足人們的實際需要，所以便出現(xiàn)了更加有效的機器人控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為主動式控制。如MOTORMAN 弧焊機器人，該系統(tǒng)中有兩臺計算機：一臺是一級計算機，主要負責(zé)管理整個控制系統(tǒng)，不僅能實現(xiàn)語言的編輯和人和設(shè)備的交互，還具有一定的運算能力，將人們設(shè)定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)變成實際的軌跡數(shù)據(jù)；另一臺為二級計算機，主要是有效控制整個過程的關(guān)鍵位置數(shù)據(jù)。在實際工作中，二級計算機可以直接讀取一級計算機的運算結(jié)構(gòu)，還能準(zhǔn)確地向各個內(nèi)存系統(tǒng)傳遞相應(yīng)的指令，實現(xiàn)一級指令的傳達。

在主從式結(jié)構(gòu)的機器人控制系統(tǒng)中，通過內(nèi)存可以連接各個CPU（中央處理器），從而實現(xiàn)一次性信息交換和傳輸?shù)哪康模嵌嗯_計算機耦合顯得有些松散，因此目前只能對兩臺計算機進行耦合。

3.2 集中式控制結(jié)構(gòu)

所謂的集中式控制主要是指在工業(yè)機器人工作的時候，控制系統(tǒng)內(nèi)僅有一臺計算機對所有的活動進行控制。這是一種比較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，要求計算機的性能較為優(yōu)越、功能非常強大。在計算機技術(shù)不太成熟的時期，極大地限制了這種類型工業(yè)機器人的功能豐富性，但是比兩臺計算機成本要低很多，因此，在自動化控制領(lǐng)域集中式控制結(jié)構(gòu)更普遍，其不僅具有較強的經(jīng)濟性，同時在實際的工作中具有良好的表現(xiàn)。需要注意的是，從控制速度的角度來看，集中式控制模式存在一定的不足，而且具有非常復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，這種控制系統(tǒng)使用的頻率在不斷下降。

3.3 分布式控制結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)指的是劃分管理系統(tǒng)為兩個層級，通過主控計算機級別的有效控制，更好地控制和管理所有的系統(tǒng)，通過軌跡插補運算轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。對下一層級來講，CPU 應(yīng)用得比較多，每一個處理器對應(yīng)一個控制關(guān)節(jié)。應(yīng)用分布式控制結(jié)構(gòu)能顯著提升其控制水平和效果，因此具有廣泛的應(yīng)用，也是目前在工業(yè)機器人系統(tǒng)中應(yīng)用得最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)。

4 工業(yè)機器人類型

4.1 焊接機器人

機器人涉及的焊接領(lǐng)域非常廣泛，但是這種類型的機器人主要應(yīng)用于生產(chǎn)汽車之中。因為生產(chǎn)汽車需要大量的焊接工作，如果這些工作全由人工完成，將會消耗大量的人力資源，但是在焊接機器人的幫助下，不僅可以提高工作效率，還能夠切實保障焊接的質(zhì)量效果。焊接機器人應(yīng)用于生產(chǎn)企業(yè)工業(yè)，對汽車生產(chǎn)的效率和汽車的質(zhì)量有較強的保障。當(dāng)然，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，焊接機器人也開始在其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，不再局限于汽車工業(yè)之中。

4.2 裝配機器人

裝配工作其實非常繁瑣，對工業(yè)機器人的要求也非常高，裝配機器人安裝有大量的傳感器設(shè)備，如視覺傳感器等，主要是因為需要這種機器人對操作對象能更好地感知和更精確地操作，準(zhǔn)確完成裝配式工作。其不僅保障了裝配式工作的高質(zhì)量完成，還能切實提高工作效率。因為裝配機器人的固定化特征較強，不需要過多嘗試，所以能大大提高工作效率，實現(xiàn)更好的工作效果。

4.3 材料搬運機器人

材料搬運的工作比較辛苦，需要花費大量的力氣，特別是搬運的物品質(zhì)量較大時，人力無法完成的情況下，需要借助搬運機器人來完成工作。該類型的機器人主要操作比較定向，主要是搬運、擺放等，工作相對簡單。

4.4 檢測機器人

在工業(yè)生產(chǎn)中，檢測機器人主要是對產(chǎn)品、零部件等進行檢查，查看其是否合格。不僅可以測量零部件的尺寸，判斷其是否符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，還要稱其質(zhì)量，檢查其質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)。總之，這種類型的機器人主要是對產(chǎn)品和零部件進行檢測，確保生產(chǎn)出的商品精準(zhǔn)性更高。不僅如此，與人工相比，檢測機器人的監(jiān)測精確度更高，失誤率幾乎為零，可以代替人類做需要較高精度的工作。

4.5 噴涂機器人

這種類型的機器人一般應(yīng)用于三維噴涂噴漆工業(yè)生產(chǎn)之中，需要的自由維度較多（至少5 個），如果采用人工噴涂，就需要不停地變換設(shè)備的位置，需要大量的變換工作，不僅增加了工作量，還會使工作效率下降。但是通過噴涂機器人就能提升工作效率、節(jié)約工作時間，而且噴涂更加均勻細膩、噴涂效果更好。

5 工業(yè)機器人在自動化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，人們對自動化水平的要求也在不斷提升，因此也對工業(yè)機器人提出了更高的要求。不僅要向工業(yè)機器人強國學(xué)習(xí)核心技術(shù)，還需要以此為基礎(chǔ)進行技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合國內(nèi)的實際情況研制出更加符合我國國情的工業(yè)機器人。未來工業(yè)機器人將更加多元化、更加智能，應(yīng)用領(lǐng)域更多。

（1）在極端惡劣環(huán)境下工作。實際上有很多工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境比較惡劣，已經(jīng)超過了人類自身的承受極限。因此就可以借助工業(yè)機器人的力量，由工業(yè)機器人代替人類在高溫、高壓等環(huán)境下進行工作、生產(chǎn)。

（2）應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。鑒于工業(yè)機器人的高、精、密特點，其可以被引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如矯正骨折的手術(shù)等。因為在這種類型的手術(shù)之中，醫(yī)生難以對每一步驟精準(zhǔn)地計算，即使醫(yī)術(shù)再精湛的醫(yī)生也會有誤差，但是通過引入工業(yè)機器人可以實現(xiàn)零誤差操作。未來醫(yī)學(xué)領(lǐng)域會更加廣泛地應(yīng)用工業(yè)機器人。

（3）仿生工業(yè)機器人。與其他工業(yè)機器人相比，仿生工業(yè)機器人屬于高科技產(chǎn)品。例如，以往的工業(yè)機器人需要人為設(shè)定相應(yīng)的程序，但是通過將人工智能軟件植入仿生機器人，就能實現(xiàn)對人思維的模擬，使活動更加自主。

6 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，工業(yè)機器人的作用越來越顯著，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用會越來越廣泛。今后應(yīng)更深入地研究和探索，不斷致力于發(fā)展這項技術(shù)，讓其在自動化控制領(lǐng)域得到更好的運用，強化在該領(lǐng)域的發(fā)展和進步，實現(xiàn)更好的發(fā)展效果。