智能機器人數控技術在機械制造中的應用研究

嚴培培

（江西科技學院人工智能學院，江西 南昌 330098）

1 智能機器人數控技術概述

發展智能機器人數控技術的主要目標，是改善人類生活質量、促進國民經濟快速發展?，F階段，該技術已經廣泛應用到各行各業，并獲得了顯著的應用成就。尤其在智能機械制造領域，不僅提高了生產質量和生產效率，還實現了個性化定制目標，為豐富產品種類奠定了良好基礎。

智能機器人數控技術具有綜合性特點，整合了計算機、機械電子、控制論等學科知識。當前，國內外越來越多學者投入到智能機器人數控技術研究討論中，對技術概念的界定基本趨于一致，即依靠智能化機器人本身具備的控制功能和動力進行機械制造。有學者對該技術的要素做出以下總結：第一，智能機器人是一個具備手、腳、大腦等與人體結構相類似的個體；第二，具有接觸及非接觸傳感器；第三，具備擬人功能，能夠像真人一樣使用工具。

2 智能機器人數控技術的特點及優勢

2.1 智能機器人數控技術的主要特點

2.1.1 自動化特點

所謂自動化特點，就是無需人工操作。具體來說，在機械制造過程中引入智能機器人，可以有效提高數控技術自動化水平，加快了行業自動化發展速度。當然，現如今機械制造領域在產品制造過程中逐漸向多樣化、個性化趨勢發展，雖然有效提高了自動化水平，但并未完全實現全自動化目標，很多生產環節依然需要依靠人力勞動。而與傳統村人工勞動方式相比，應用智能機器人數控技術，可以有效提高機械產品生產質量和效率，同時降低生產成本和人工勞動強度，可以為機械制造企業創造更高經濟效益，有利于強化企業核心競爭力，使企業更好地適應日新月異的市場環境，為機械制造領域改革創新提供了技術保障。

2.1.2 集成化特點

智能機器人數控技術應用到機械制造過程中，主要由智能化系統完成各生產環節。而系統的穩定運行，離不開信息集成技術的支撐。尤其近年來，科學技術迅速發展，為智能機器人數控技術優化、完善奠定了良好基礎，使得機械制造自動化、集成化特點日益突出。

2.1.3 精細化特點

隨著機械制造生產標準和品質需求的不斷提高，機械制造行業也迎來了機遇與挑戰并存的發展局面，想要充分滿足機械產品生產精度需求，就要積極引入智能機器人數控技術，充分發揮技術自動化、精準化生產優勢，促進機械制造領域由傳統粗糙化生產不斷向精細化生產模式進步。

2.2 智能機器人數控技術應用優勢

現階段，機械生產質量標準不斷提高，產品類型不斷豐富，使得傳統人工生產模式存在的弊端日益突出，已經無法充分滿足新時期發展需求。而應用智能機器人數控技術，能夠有效彌補傳統人工生產模式存在的不足。以上提到，智能機器人數控技術具有集成化、自動化和精細化特點，這些特點均是傳統人工生產所不具備的。其優勢可以從以下幾點分析：第一，加快了機械制造行業改革創新進程，在實際應用中能夠基于模塊化生產標準，提高生產效率，縮短生產周期，為行業發展提供技術支撐；第二，智能機器人的集成化、自動化系統在運行過程中，實現了機械制造全過程監督管理目標，可以及時發現產品生產過程存在的問題，便于及時防范。同時可以一次性同時完成多到工序，在提高生產效率方面發揮積極作用；第三，滿足機械生產一體化目標，保證生產出的機械產品與現代化技術標準一致，為機械制造行業健康發展奠定了良好基礎，全面提高了產品質量。

3 智能機器人數控技術在機械制造領域的應用現狀及創新思路

3.1 應用現狀

當前，為了加快社會經濟建設步伐，各級政府進一步提高了機械制造行業創新改革重視程度，并強調優化產業機構。在這一背景下，智能化機械制造深入滲透到各行各業。智能化機器人數控技術作為智能化機械制造的典型代表，在新時期背景下應用范圍也逐漸拓寬，其發展主要經歷了三個階段，第一階段為“七五”攻關計劃階段，即初級階段；第二階段為“九五”攻關計劃階段，為中級階段；第三階段為863 計劃階段，即現代化發展階段。在此過程中，智能機器人數控技術也不斷升級，并逐漸向成熟化趨勢發展，呈現出了廣闊發展前景。但由于我國機械制造行業在智能機器人數控技術應用方面起步較晚，所以與發達國家相比依然存在一定差距，主要體現在自主研發能力較差方面，需要相關專家和學者加大研發力度，研發出具備自己知識產權的智能機器人，使其更好地為機械制造行業提供服務。

3.2 創新思路

智能機器人數控技術應用到機械制造領域，主要目標是解放勞動力，提高產品質量和精度。具體來說，就是通過計算機編程，將人工操作轉變為自動化操作方式，以此來提高機械制造綜合水平。數控技術本身具有綜合性特點，其集合了計算機、光機、傳統機械等技術優勢，實現了數控技術自動化、精確化、高效化目標。其設計思路如下：機械制造人員對已經完成的機械產品進行檢測，并記錄產品相關數據信息，在此基礎上，利用計算機編程軟件將數據信息進行編輯，使其形成系統化程序，而后復制到數控設備中。技術人員對程序進行合理設置并調控后，由數控設備按照程序加工生產。在編程過程中，為了避免人為失誤，可以直接將圖紙與程序快速轉換。在智能機器人數控技術實際應用中，需要充分利用編碼器、傳感器等裝置，有效提高機械生產過程的自動化控制水平。例如：在作業單檢測過程中，機械制造一體化作業單元的數控車床，通常為45°斜床身。在使用智能機器人數控技術對作業點檢測時，如圖1 所示。第一，智能機器人末端位于Q3 位置，在大臂、小臂或者刀架之間。如圖2 所示，智能機器人位于Q2 或Q4 位置，在大臂、小臂或前外殼之間。在坐標系轉換過程中，需要按照以下公式計算：

圖1 末端位于Q3 干涉

圖2 末端位于Q2、Q4 的干涉檢測

其中Z 代表智能機器人位于Q2 的位置，Zc代表智能機器人位于Q4 的位置，x 代表坐標橫軸，r 代表末端干涉檢測結果。y 代表坐標縱軸。當智能機器人位于Q2 和Q4 位置，結果如公式所示。

4 智能機器人數控技術在機械制造領域的具體應用

4.1 在零件加工中的應用

將智能機器人數控技術引入零件加工中，能夠有效提高零件精度，同時加快生產速度。具體來說，智能機器人數控技術的應用促進機械制造領域逐漸向自動化趨勢發展，在實際生產中機械設備發揮重要作用。應用機械設備可以克服惡劣環境帶來的壓力，同時能夠快速完成人工操作難度大的生產環節，保證生產工序有序進行。由此可見，智能機器人數控技術充分滿足了行業智能化生產需求。當前，很多機械制造企業采用傳感型智能機器人對零件進行生產加工，即利用計算機對生產過程的傳感信息進行控制和處理。例如：某機械制造企業需要加工一款形狀均勻的圓柱體金屬圓盤零件，該零件的直徑為200 mm，圓盤四周分布四個半圓凹槽，將（100，50）作為圓盤坐標中心點，利用智能機器人數控技術對該零件進行加工，可以將程序編號設置為xxxx，使智能機器人嚴格按照指令完成加工工作，以此來提高零件精確度。如圖3，為智能機器人數控技術實際應用。

圖3 智能機器人數控技術的現場應用圖

4.2 在軌跡規劃中的應用

零件拋光是機械制造中的關鍵環節，其操作水平能夠直接影響零件尺寸的精準度。在傳統機械制造中，主要采用人工方式進行拋光，容易受人員素質和操作能力影響產生質量問題，導致生產出的零件不達標，不僅浪費人力、物力和財力，還會增加生產成本。而引入智能機器人數控技術，可以在合理設定程序基礎上自動完成拋光工作，有利于提高拋光效率，同時保證零件精準度，從根源上減少了零件損壞率。在實際應用過程中，可以采用交互型智能機器人，完成軌跡規劃工作。具體來說，就是通過計算機系統實現人機對話目標，并快速完成相關動作。同時，智能機器人還能夠對角色進行處理，從而對軌跡進行合理規劃。智能機器人運行狀況與機械另加技工情況息息相關，這也在一定程度上突出了軌跡規劃的重要性。例如：將智能機器人數控技術應用到機械制造中，工作人員可以將CAM 軟件作為零件拋光的主要載體，完成自動化拋光工作，在操作過程中，采用UG CAM 軟件，對型腔進行掃描，可以準確得到零件表層數據。在此基礎上，利用映射功能，可以快速恢復復雜腔表層數控加工的正常軌跡。技術人員只需合理設置參數，就能夠完成零件拋光工作，從而提高拋光準確度。

4.3 在激光測量中的應用

隨著科學技術不斷進步，各行各業對機械產品的精準度提出更高要求，促進機械制造行業在提高生產效率的同時，也逐漸向產品精準化方向發展。而應用智能機器人數控技術，能夠為機械制造行業更好地適應社會環境奠定基礎。具體來說，在機械產品制造中引入自主型機器人激光測量技術，可以在無需人為干預的情況下，模擬人工操作完成測量工作。另外，自主型機器人激光測量技術具備較強的適應性和交互性，尤其在精準識別圖像、對驅動器進行控制等方面效果更加顯著，有利于提高機械制造的綜合水平。

4.4 在離線編程中的應用

自主型智能機器人具備適應能力較強的特點，能夠在沒有任何外部控制的條件下，自主完成機械加工控制工作。同時可以對附近環境狀態進行準確識別，并結合環境要素自動調整自身參數，使智能化生產活動有序進行，從根源上降低突發事件發生率。在機械產品實際加工中，自主型智能機器人應用范圍逐漸拓寬，不僅能夠切實解決復雜問題，還彌補了傳統數控機床存在的不足之處。例如：智能機器人能夠實現離線編程目標。在彎曲金屬板加工過程中，可以將CAD 圖形仿真法與離線編程的CAD 信息輔助性相結合，以此來完成單元設計工作。同時，將智能機器人作為機械產品加工載體，投建自動化處理系統，可以對2D 零件、3D 零件進行精準加工。在此過程中，智能機器人充分體現了自身自主性優勢，有利于提高加工方案的精準性。

4.5 在剛度優化中的應用

現如今，機械產品逐漸向多樣化趨勢發展，并且對精度質量提出更高要求。眾所周知，機械產品的剛度與精度有密切聯系，引入智能機器人數控技術，能夠對產品剛度進行優化。簡單來說，就是在傳統剛度映射模型基礎上，通過辨別實驗方法，得出準確的機器人的關節剛度。與此同時，還能夠對機器人關節的加工位置、加工角度進行適當調整。處于智能機器人尾端的球體，會沿著機械產品加工曲面進行眼神，采用遺產算法，即可對機器人狀態進行優化。另外，機械加工企業構建剛度數學模型，同時確定剛度參數，在此基礎上明確執行器力以及矩與力。同時監測數據信息準確性，判斷切削力的最佳值，以此來得出智能機器人加工制造的最佳位置。

5 結束語

綜上所述，機械制造在帶動國民經濟發展方面發揮重要作用，新時期背景下逐漸向智能化趨勢發展。并廣泛應用智能機器人數控技術，在一定程度上提高了機械產品制造效率和質量，充分滿足了產品高精度加工需求。當前，隨著科技不斷進步，越來越多的智能機器人數控技術應運而生，并且應用范圍越來越廣泛，已經基本取代了傳統人工生產和半自動生產模式，為促進機械制造行業可持續發展奠定了良好基礎。