探究機電一體化技術在工業機器人中的應用

任永昕 陳新晨

1.唐山威程科技有限公司 河北 唐山 063700；2.河北礦業司家營鐵礦 河北 唐山 063700

1 機電一體化及智能控制概述

1.1 機電一體化

機電一體化指的是，借助綜合性技術驅動機械系統，實現高效、優質生產目標。隨著網絡通信技術不斷創新，機電一體化系統性能相應提升，為智能控制提供有利條件。現今，機電一體化在生產、生活中普遍存在，滿足了現代社會可持續發展需要。機電一體化由多種信息技術組成，如計算機技術、自動控制技術、微電子技術、信號變換技術、機械技術、伺服傳動技術、信息技術、傳感檢測技術等。其應用原則分別為信息化操作原則、結構耦合原則、能量轉換原則、運動傳遞原則。對于系統操控者來說，應在遵循基本原則的基礎上，全面挖掘機電一體化系統使用價值。

1.2 智能控制

智能控制指的是，使用計算機技術模擬人腦思維，經自動操作達到控制目的。智能控制涉及多學科知識，并且基礎理論(自動控制論、人工智能論等)為技術應用提供可靠支撐。智能控制具有人性化、可變性、協調性等特征，當技術實踐環節遇到阻力，則智能系統會自動診斷故障、定位故障，并通過自動修復減少運行風險，為管理決策科學制定提供價值信息。隨著智能控制研究領域逐漸拓展，智能控制應用空間相應擴大，將其與先進技術融合，能夠取得良好的發展前景[1]。

圖1 機電液一體化技術的工業機器人

2 工業機器人的具體應用要求

2.1 機械零件制造精度

制造機器人屬于大中型精密加工制造領域。然而，與大型機械制造領域相比，機械設備制造對設計和零部件精度的要求較低。在工業機器人的制造中，必須保證各部件的精度滿足相應的設計標準，使工業機器人的軌跡滿足相應的標準。另外，運動精度得到有效保證，滿足機器人行業的要求。在機器人零件的制造中，必須遵守相應的設計規范，才能保證零件制造的精度符合相應的規范。這使得提高工業機器人的操作精度成為可能。在工業機器人的制造過程中，如果電機、機械手手指等主要部件的實際加工精度與設計規范一致，也會影響工業機器人在實際工作過程中的精度，機器人的最終運動位置實際上會偏離要求，這將對機器人的某些用途產生負面影響。

2.2 傳輸系統精度

在當前的工業領域，工業機器人得到了有效的選擇，但有著廣泛的應用前景。在工業機器人在整個工業領域的具體應用中，主要包括六導軌旋轉機器人和直線運動機器人。對于6軌旋轉機器人，可選擇6軸執行旋轉運動操作。對于直線運動機器人，這種機器人采用直線運動，通常用作裝卸設備。動力傳遞屬于機器人運動的范疇，影響機器人邊際精度的因素很多。當驅動力通過機器人各主軸的驅動電機傳遞到終點時，傳遞部分的精度就成為判斷是否滿足相應標準的關鍵。它對機器人的操作精度有著重要的影響。由于工業機器人的應用領域對精度要求較高，對運動精度的要求相對較低。與發達國家相比，我省在紡織工業機器人制造方面的技巧還有待提高，但高精度減速機的獨特研發和制造卻沒有得到推廣。在我省生產的紡織機器人中，減速機（如行星齒輪減速機）主要在我省生產。另外，目前市場上的紡織機器人主要是系列機器人。對于機器人末端運動位置，各傳動環節的傳動精度是不可忽視的因素之一。如果前面的動作有誤差，那就是一種傳動。操作過程中鏈條變大，大大降低了機器人末端位置的精度，難以達到預期的標準[2]。

2.3 機器人裝配精度

在工業機器人的制造過程中，裝配過程中的缺陷對機器人末端位置精度的影響不容忽視。在工業機器人的設計中，如果零部件的設計不合理，特定操作環節或傳動鏈的位置會發生偏移，從而形成動力傳動環節。很難保證各軸的運動精度，也很難保證機器人能夠達到相應的目標，這對產品的制造和加工產生了負面影響，也就很難保證生產質量。

2.4 機器人的精度保持效果和端載性能

在工業機器人的初期使用中，顯示精度表現比較好。使用時間和頻率的增加會損壞工業機器人的零部件，對機器人的精度產生不利影響。造成這一問題的主要原因是所選機器人零件的磨損和機器人保持精度的性能。如果長時間重復單調的運動，準確定位的標準會很高。但是，如果在末端負載或零件磨損方面出現問題，機器人的定位精度會受到很大影響，并且誤差會隨著傳動鏈的增加而逐漸增大。它會更大。工業機器人的最終運動位置不符合實際要求，這大大降低了某些機器人應用的性能。

3 機電一體化在工業機器人中的應用

3.1 各軸電機的運動位置檢測采用機電一體化

無論從宏觀還是微觀的角度，我們都可以清楚地認識到，在工業機器人生產的早期階段，要嚴格控制運動精度，從根本上保證機器人的旋轉軸線。伺服電機是電機中最基本的一種類型，在電機上安裝一個編碼器來監控電機的旋轉角度。但需要注意的是，在使用編碼器對電機中的數據進行翻譯時，翻譯后的數據要及時上傳給驅動器，只有這樣才能使電機的旋轉角度與規定的角度一致。從另一個角度看，直線運動機器人采用機械技術進行運動精度位移檢測時，需要應用電子技術來實現對工業機器人軌跡的修正和校正，特別是在出現誤差的情況下，為了保證工業機器人的正常運行，需要及時發現存在的故障[3]。

3.2 機電一體化技術在機器人軌跡規劃中的應用

作為機器人完成工作的重要依據，其運動軌跡往往受到工作環境等因素的影響。當然，工業機器人的運動軌跡是固定的、穩定的，需要嚴格按照設定的程序進行運動。在機電一體化技術的有效應用下，可以進一步實現工業機器人的軌跡控制。嚴格遵循工業機器人運動條件的基本特征，明確機器人運動軌跡的位置。設定目標時要有機電控制系統的明確指令，觀察各種運動狀態，綜合分析機器人的運動量。另外，在整個機器人軌跡規劃中，應以驅動器為主要支撐點，嚴格按照運動原理向驅動電機發送相應指令，從根本上保證機器人各軸之間的同步，達到預期的軌跡。需要注意的是，機器人的運動狀態要符合機器人設定的目標，提高運動精度的可靠性。

3.3 機電一體化技術在機器人核心部件測量中的應用

從性能上分析，工業機器人是一種精密設備，其運行離不開減速器。為了從根本上提高其穩定性和安全性，必須做好運動穩定性的檢測工作。應用機電一體化技術可以實現對彎頭減速器等各種設備的檢測，并通過相關高科技技術分析軸節的振動頻率。比如在設計中，軸接頭的振動頻率不符合要求，那么通過機電一體化的應用，就會出現振動，相關設計人員可以在最短的時間內提出問題，進行分析和解決，進而達到其穩定性。

3.4 機電一體化技術在機器人工業環境控制中的應用

為了保證工業機器人作業的有效性，有必要對周圍環境進行分析。工業機器人對工作環境的要求是復雜的，其中溫度要適中，濕度要合理，對電磁信號也有強弱要求。否則，信號干擾會嚴重影響工業機器人的運動軌跡。在這種情況下，有必要加強PLC技術等機電一體化技術的應用，對工作環境進行控制，實現溫度的自動控制，從根本上避免因溫度過高造成的操作失誤現象[4]。

圖2 機電液一體化技術

3.5 機電一體化技術在智能制造中的應用

工業機器人是智能化的，能夠根據接受的操作指令完成相應的動作。在智能化的研究與開發中，要綜合機械、信息技術等多個學科的知識，使工業機器人在實際操作中達到預期的效果。例如工業機器人的機械手是仿人手臂，但由于缺乏靈活性，需要高精度的電子技術來完成。同時，通過機電一體化技術的有效應用，將自動導航功能融入其中，結合電子信息技術和傳感器技術，實現準確分類和快速操作，從而進一步提高企業的生產效率，保證企業的質量[5]。

4 結束語

綜上所述，機電一體化技術已成為工業機器人有序運行的重要載體，不僅可以改變傳統的生產方式，而且可以提高生產效率，體現智能化，實現工業生產的基本需求，創新工業生產方式。在未來的發展過程中，研究者需要加強研發，將機電一體化技術融入其中，推動工業機器人的創新與發展。