工業機器人在自動化控制領域中的應用研究

孫超

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

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 概述

“機器人”的由來很早，最近幾年逐漸滲入到我們的日常生活中，成為人們喜聞樂見的話題。國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）對工業機器人的定義是面向工業自動化領域的自動控制、可重復編程的多用途機械手。工業是一個國家發展的根本，機器人自動化是工業發展的命脈。我國的工業機器人從20世紀80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家科技攻關項目的支持下，特別是在“863”計劃的支持下，經過十幾年的研制、生產和應用，使中國的機器人產業從無到有，跨出了一大步[1]。

2 工業機器人的誕生與發展

第一代工業機器人主要是運用示教器來進行編程，編寫出相關的數據，通過示教器把操作指令及順序保存起來，再由控制器下達指令到各個執行機構，讓執行機構來實現指令內容，進行操縱過程。

第二代便演變為遠程監控模式，通過模擬和仿真等技術構建出以信息映射為平臺的數據模型，這樣在編寫程序過程中能更直觀地發現錯誤并及時修改。該系統能第一時間針對某些指令或者預期行為進行測控。可以說這是工業機器人發展到一個簡單的智能化階段，其通過傳感器來實現一定程度的視覺感官。

第三代則是真正進入了智能化階段，實現了自主化、自動化操控和運動，其信息由外部傳感器進行采集，第一時間評估四周的工作環境，通過系統參數所做出的相關判斷對系統在后續運作中應有的工作行為做出計算，最終下達指令來進行自動化運作。

3 對自動化的控制特點進行分析

為了能夠進一步對自動化的控制系統進行優化，也要將其被控制的裝置以及對象通過合理方式進行銜接，使其能夠形成一個有機的整體，讓系統實現自主行動。然而在具體進行生產的過程中，通過合理的應用自動化的技術，實現不需要人力參與到實際生產中，機器人可以在無人干預的情況下處于自動運行狀態，能夠更好地實現二十四小時無休止的工作。

4 工業機器人控制部分的概括

4.1 人-機交互系統

人-機交互系統是指操作人員對機器人進行控制并與機器人之間取得聯系的裝置。該系統可分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。類似于我們日常所使用電腦的鍵盤（指令給定裝置）和屏幕（信息顯示裝置）。以一個簡單機器人為例，機器人系統包含示教器和控制柜，機器人主要是通過示教器和控制柜與自身取得聯系，既可以通過在示教器上進行編程，輸入一些指令，即指令給定裝置；也可以在示教器上顯示相應的信息，即信息顯示裝置。這就是人-機交互系統。

4.2 組成和控制方式

機器人的組成部分主要由控制系統、驅動系統、主體結構三個部分組成。而主體結構部分又包括臂部、手部、腕部三個部分，機器人的手部一般有四到七個自由度，腕部有兩到三個自由度，臂部一般存在四到五個自由度。在機器人的控制方式部分，首先是智能控制，機器人能夠通過傳感器接收周圍一系列的環境信息，并且輸入到控制系統中，控制系統能夠通過傳入的信息不斷地進行分析，從而傳入相關的操作指令，能夠讓機器人智能地學習和適應生存環境。其次是觸覺方面的控制，機器人在進行工作的過程中，是需要提高效率，準確度，安全性的，通過觸覺的方式能夠幫助機器人感覺到周邊環境的影響，并做出相關的動作。

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[2]。

5.2 家電行業的應用

空調器外機安裝工藝順序為由底而上、由里向外，安裝元件分別為：紙托、底盤、腳墊、洗滌劑、壓機、固定螺母、膠塞、隔音棉、地線、高壓閥等共計64種，裝配方式有三種，分別為：人工、機器人自動化、其他設備自動化，字母表示分別為P、R、M。

在64個裝配工序中，自動化M+R裝配形式的工序有33個。為此，自動化率的初步計算方式為：（自動化工位總數/工位總數）×100%=51.6%。工業機器人裝配完成的總元件數量為20個，機器人自動化應用效率為：（工業機器人裝配數量/工位總數）×100%=31.3%。完成所有項目自動化裝配的33個數目中，工業機器人的應用占比為：（工業機器人裝配數量/自動化工位總數）×100%=（20/33）×100%=61%。經計算分析可知：各企業多年內應用的裝配自動化工藝，優化了空調外機裝配的成本，其中純人工費用降低了44%，優異的經濟性表現，具有重要的發展意義，相比于其他新興產業，此線體所具有的自動化裝配能力尚不理想，仍然存在人為依賴問題。在全部自動化裝配工位中，工業機器人的裝配應用率達到61%，充分證實了工業機器人裝配技術的應用效能，彰顯出工業機器人運行期間的多重優勢，表現為：靈活性強、集成度高、編程性優異、場景應用適應性佳。

5.3 分析機器人的噴涂

對于機器人的噴涂而言，主要作為現如今汽車制造行業中應用較為廣泛的一種技術，通過合理的應用這些技術，能夠更加準確的判斷出汽車的設計情況，對其每個噴涂的細節進行有效落實，對汽車噴涂過程中的要領進行不斷的明確，使其汽車的外觀能夠更加細致。此外工業機器人在人工噴漆中，可以更好的對噴漆的效果和位置進行把控，將其成果進行合理的優化，保證機器人能夠對噴涂工作落實到實際中，對噴涂活動做出持續的優化和改進，最終使其噴涂效果和質量得到全面提升。研究噴涂工藝的目的是獲得良好的噴涂質量，保證生產穩定運行，具體而言，核心研究內容就是基于現有噴涂裝置和外部環境，選擇最優的噴涂參數和最佳的噴涂軌跡。噴涂工藝所要研究的內容有噴涂路徑、噴涂重疊率、噴涂流量、噴涂速度、噴涂距離、霧化和扇形空氣壓力等。

為了獲得良好的涂層質量，并且完整覆蓋工件表面，通常需要機器人夾持自動噴槍與工件表面保持一定的角度和距離并勻速移動，噴槍末端沿著工件表面的運動軌跡就是噴涂路徑。由于單道噴涂軌跡在工件表面形成一個中間厚，兩邊薄的涂層，因此為了獲得均勻的涂層，相鄰軌跡的噴幅之間要有一定的重疊。

5.4 醫療領域的應用

工業機器人在醫療方面的應用主要表現在細微的手術方面。隨著時代的發展，醫療的領域已經與現代科技息息相關，并且離不開現代化的技術。機器人就是最好的證明。根據目前來看，世界上已經實現了智能機器人的手術。雖然手術的過程相對簡單，但是它也能夠體現出機器人在發展過程中的重大突破。對于一些我們人類無法完成的操作部分，可以交給機器人來做，他在實現病人的康復手術等過程中，能夠不斷地促進手術的成功，同時在醫療方面也包括智能機器床、智能機器手術臺等[3]。

5.5 服務行業的應用

在服務行業的發展過程中，服務業的發展已經隨著時代的潮流實現自身的智能化。在智能機器人的應用中，主要體現在智能機器人的服務方面，例如最新研發的服務機器人，根據相關的程序代碼可以設置出機器人的動作運行速度利用機器人進行服務，在大型的酒店，利用機器人進行傳菜服務，同時還可以根據相應的程序設施來設定機器人廚師，這些新興的設備不斷地吸引著顧客，有些公司已經開始使用智能機器人進行前臺服務，這提高了顧客的體驗度，同時也不斷完善著公司的發展。

6 結語

人們已經意識到機器人發展已經滲透到我們日常生活中，機器人除了在工業自動化領域中應用的范圍較廣之外，也已經在醫療、服務行業有所進展。任何一項技術都需要我們不斷地對其進行應用研究，在工業自動化不斷發展的背景下，技術工作人員也應跟隨科學技術的發展，為工業機器人的發展注入新的內涵。