機器人控制系統的機電一體化研究

譚敏 劉昭琴 吳江

(重慶航天職業技術學院 重慶市 400000）

在新時代的背景下，人工智能成為衡量國家硬實力和軟實力的主要標準之一。在21世紀的科技時代背景之下，隨著大數據技術、云計算技術、物聯網等新興科技技術的出現，機器人成為機械制造業中的重要工具，在未來機器人也將成為新時代發展主流。在工業時代背景之下，機械制造作為工業生產的發展動力，機電一體化的應用在其中發揮著重要推動作用，機電一體化在機器人控制系統當中符合常態要求也能夠推動機器人的創新和發展，基于此，對機器人控制系統中的機電一體化研究有著必要性。

1 機器人控制系統的機電一體化概述

1.1 機電一體化概述

機電一體化涵蓋內容和范圍十分廣泛，其中包含了電子科技技術、機械應用技術等。機電一體化屬于現代化信息科技技術中綜合性較強的技術，在發展的過程中由微電子技術向機械工業轉變，成為科技技術時代背景下工業生產行業中使用最為頻繁，也是最為重要的技術之一。機電一體化所涉及到的內容也十分繁雜，涵蓋了結構組成要素、感知組成要素等，所以專業人員在進行研究時，對專業人員的專業技能水平要求較高。目前，隨著我國機械制造行業的飛速發展，機械一體化在行業中的重要性也逐漸顯現，為了推動機械制造業的發展，機器人的制造也十分重要，做好機器人控制系統中的機電一體化能夠滿足科技技術時代中對機械制造的需求。

1.2 機電一體化發展現狀

20世紀80年代初期，我國開始重視機電一體化在機械制造業中的重要性，所以開始研究和應用機電一體化。隨著“863計劃”的出現，我國成立了專門的機電一體化技術制造小組，對機電控制進入了專項研究階段。除此之外，國家開始正視機電系統在當時的發展情況，以及對未來發展的展望，所以在各大高校中倡導和鼓勵開設相關專業，并且鼓勵專業人士對次開展專業研究技術工作，隨著研究的深入，我國機電一體化取得了相應的研究成果。但是由于我國的機電一體化起步較晚，所以在發展成熟過程中與西方國家相比較為緩慢，但是隨著我國專業人士的研發，相信在未來我國機電一體化控制系統一定能夠實現更快、更高的發展高度。

1.3 機器人控制系統中機電一體化的發展趨勢

就目前而言，機器人控制系統已將機電一體化進行結合，在以后，機電一體化技術更加成熟之后一定會對機器人控制系統提供更好的幫助。機器人控制系統中的機電一體化技術通過機器人的感知系統、組織系統、行動系統等相關協同作用，通過高精準度的設備對機械制造行業進行監測和生產，從而提高機械制造行業的工作質量。除此之外，利用機電一體化技術系統可以突破傳統機械制造設備傳感器不清晰和圖像傳達不清晰等問題。針對機械制造業中出現的問題，結合智能化技術，通過不斷優化和提高智能化科技技術，形成高效、有序的制造系統，從而幫助機械制造業實現更高的生產目標。

2 機器人控制系統對機電一體化的要求

2.1 機械零件制造

據悉，現在大多機械制造行業中的企業使用的機器人都屬于中小型或者精密型機器人，在此背景下，機械制造行業對機器人的機械零件提出了更高的要求。同時，為了遵循機械制造行業中對機器人的使用要求和基本要求，為了保證零件的精準度，所以要從提高機器人的運動精準度入手。除此之外，若機器人中的電機或者手臂的行為軌跡或者部位精度與設計不符合，那么會直接影響機器人的行動軌跡與生產需求出現偏差，影響了最終使用情況。

2.2 傳動系統

據了解發現，現在機械制造行業中使用的機器人所應用的機器人大致由六軸旋轉機器人和直線運動機器人。六軸旋轉機器人是運用六軸運動，在運動方向類型中屬于旋轉運動類型，而直線運動機器人主要運用于上料、下料等生產過程。傳動系統在機器人控制系統中屬于重要組成部分，對機器人的運作、行動的精準度有著直接影響。

2.3 機器人裝配

若機器人的裝配環節出現問題，那么機器人的末端接受的精準度也會出現偏差，所以在生產和制造機器人的過程中和優化機器人控制系統過程中要遵循行業的要求和需求，對機器人的零件加以分析，避免裝配環節出現問題，導致偏差現象的產生。

2.4 機器人精準度與末端負載能力

機械制造行業中使用機器人一般在初始階段機器人的精準度、速度等性能都較好，但是隨著使用時間的增長或者對機器人的養護不到位等原因，機器人的零件逐漸出現磨損現象，到使用后期階段，機器人的精準度會出現較小的偏差。經過筆者的分析發現有以下兩種原因，一是由于機器人中的零件收到磨損，機器人的行走、手臂運動角度出現偏差，若長期反復運作，機器人的在定位上會出現精準度偏差；二是由于機器人的精準度出現偏差往往因為傳動鏈的增加而逐漸擴大，所以機器人末端運動位置和設計時候的位置出現不一致。機器人在工業制造行業中由于生產的產品不同，機器人在實際運作過程中的末端負載能力也有著不同的需求，經了解發現機器人在長期運轉過程中末端負載能力會有所下降，并且由于部分企業對機器人的超負荷工作，導致機器人實際工作中超負載導致損壞。基于此，企業應該注重機器人對負載的標準，避免機器人因超負載出現損壞現象。

3 機器人控制系統中機電一體化的應用

3.1 電機運動位置監測

在機械制造行業中，機器人在制作和使用過程中對其運動精準度有著極高的要求，基于此，需要對機器人運動軸也作出了高要求。伺服電機是機器人控制系統中點擊類型的最基礎的點擊類型之一，再電機中可以安裝編碼器，以此達到對電機運動位置監測的功能，但是需要注意的是編碼器在進行翻譯過程中需要將翻譯后所得到的數據即使傳送到驅動器當中，以保證電機旋轉角度與射擊角度與實際所需運動規定角度保持一致。另外，直線運動機器人在實際應用過程中，在對運動精準度調節檢測過程中需要及時對機器人運動軌跡的角度進行調整，尤其是在機器人出現行動偏差、手臂擺動位置偏差的時，及時排查機器人控制系統中的故障問題，以此保證機器人的正常運行。

3.2 運動軌跡的規劃

機器人運動軌跡的規劃是機器人完成作業的前提條件也是重要基礎。機器人的運動軌跡具有穩定性和固定性，會根據設計系統中所設定的程序進行運動，但是往往在實際運作過程會因為外在條件受到影響。機器人控制系統中機電一體化的應用之下，為了幫助機器人的運動軌跡達到統一和精準，應該嚴格按照機器人的運動作業特點，明確定位機器人運動位置，再根據機電系統中所設定的指令，觀察機器人的運動情況，將機器人的運動情況、運動量進行及時記錄、監測和分析。

3.3 機器人的核心部件測量

從機器人的實際屬性而言，機器人在機械制造業中屬于精密設備，其運行狀態離不開減速器的運用。為了提高機器人實際工作的穩定性、安全性與精準性，需要對機器人的運動穩定做好維護和監測，將機電一體化運用在機器人中軸關節減速器等設備進行運行監測，再通過大數據分析技術對機器人的軸關節震顫頻次進行記錄并分析，以此監測機器人是否出現運動問題。在實際運作過程中，通過機電一體化技術對機器人軸關節震顫頻次進行記錄和監測，若出現震顫頻次不符合機器人設計等其他要求，那么設計人員需要對此提出問題，并排查控制系統中的問題，并及時分析和解決，以此保證機器人運轉的穩定性。

3.4 機器人工業環境控制

為了保證機器人運轉的穩定性、精準性和有效性需要機器人對周圍工作環境有一個正確的分析。由于機械制造行業中機器人的工作環境有諸多復雜影響因素，并且機器人在運作過程中需要在溫度適宜、濕度適宜和電磁信號適宜的環境下進行工作，否則可能會因為溫度不合適影響機器人的運作，濕度太高導致機器人零件腐壞或者因為信號干擾而影響了機器人的運動軌跡等情況。面對以上幾種情況，研發人員需要對機器人控制系統中機電一體化進行強化，例如通過PLC技術做好對外界環境的控制，實現對機器人工作環境的自動化控制，從外在條件因素避免機器人操作失誤或者運作偏差的現象。

3.5 智能制造

機器人在工業制造中具有智能性特點，可以根據設計者設定的目標完成相應的操作。在智能制造過程中將機械、信息技術等學科專業知識加以整合，讓機器人在實際運作過程中可以達到工業需求的目標和效果。例如機器人的手臂是模仿了人類手臂，但是由于機器人的手臂缺乏靈活性，導致在實際過程中由于手臂擺動卡頓或者角度未能達到設定目標導致影響了實際工作效果，基于此應該提高電子技術精準度。與此同時，機器人控制系統中機電一體化與自動導航技術進行結合，通過傳感器感應技術、電子信息技術等進行操作，不僅能夠幫助企業提高生產效率也能保證企業的生產質量。

4 機器人控制系統下機電一體化設計辦法

4.1 電子控制代替機械結構控制

生產工業中若使用的機器人是采用的單獨機械結構控制機器人的行動軌跡和行為方式，那么機器人的控制方式也是采用一般化的機械控制結構，若機器人采用的是機電一體化的產品設計，那么可以通過電子化電氣控制技術對機器人的行動進行操控或者改進，這樣不僅能夠簡化機器人的機械運行步驟，也能改變機器人的整體運行過程，同時也能夠完成工業生產的生產目標。首先，通過編碼器等控制器件將電子控制與機械控制進行結合，然后通過變速器替代機器人的控制系統中的控制方式。電子控制代替機械結構控制能夠提高機器人的運作性能，也能夠提高其使用質量，真正符合機電一體化的設計理念。

4.2 電子控制與部分機械結構控制相結合

機器人控制系統中機電一體化的設計部分中占比最為重要的是需要改變傳統的產品設計理念，打造出符合現代化運作機器人的設計思路，其實設計原理并沒有改變，只是采用了新的設計方法創新了產品，將電子控制與機械控制結合成為一個完整的整體。

4.3 整合控制系統中的功能模塊

在實際使用機器人的過程中若發現電子控制系統與機械控制系統未能實現生產目的，那么需要將機器人控制系統中的功能性模塊進行整合，構成一個完整的第二系統。在控制系統的設計過程中通過購入伺服模塊、電機模塊等各類機械模塊裝置，對裝置進行整合，使之成為機電一體化產品，這樣不僅節約了設計成本，對于用人單位而言也便于維修和管理。

5 總結

綜上所述，機電一體化技術在機器人控制系統中占據著十分重要的位置，也是機器人正常運作的重要基礎條件。機器人的出現改變了傳統工業生產模式，并且為現代機械制造業提高了生產效率，達到了生產智能化的目標，也實現了現代化工業生產的基本需求，為現代工業生產的創新和變革做出了貢獻。在未來的工業發展和機器人發展過程中，研發人員需要加強研發力度，將機電一體化與機器人控制系統進行全面融入，推動機器人的發展和工業行業的發展。