工業機器人在自動化領域的運用路徑探討

柏紹剛

（四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川宜賓 644000）

0.引言

目前，工業機器人雖在我國自動化領域得到了廣泛應用，但因可供參考的應用資料和案例較少、起步較晚，與發達國家相比還存在較大的差距。所以，在我國科技水平和經濟水平高速發展的關鍵時期，工業企業必須牢牢抓住這一優勢，積極探究強化工業機器人在自動化領域應用質量的有效對策，促使工業產業逐漸向自動化、智能化方向轉型升級。由此，深入探討工業機器人在自動化領域的應用路徑，已成為新時期擺在工業行業面前一項亟待解決的重大難題。

1.自動化領域中工業機器人的相關概述

1.1 工業機器人的概念

當前，機器人作為社會各界熱議不斷的重要話題，其主要指工業自動化領域中可以重復編程、自動控制的多功能機械手。一般而言，機器人主要包含軍用機器人、空間機器人、水下機器人、服務機器人、工業機器人、農業機器人以及娛樂機器人，其中工業機器人具有較高的自由度，可以按照預先編程的設計程序完成相應的執行命令。通過將工業機器人廣泛應用于自動化領域，既可以有效提升工業行業的生產效率和生產質量，還對工業行業可持續發展起到一定的推動作用。因此，在具體的實踐過程中，工業生產企業可以充分利用工業機器人本身的技術優勢，降低一線工作人員的操作難度和任務量，不斷提升工業生產整體效率，最終實現工業生產企業經濟效益和社會效益的最大化。

1.2 工業機器人的構成

通常情況下，工業機器人基本由機械部分、傳感部分、控制部分和驅動系統構成，其中控制部分是整個機器人的核心構成要素。在我國，大多數工業生產企業所運用的工業機器人多為關節型機械結構，簡言之，機器人的各個關節都可以獨立完成基礎性操作，且受計算機辦公軟件的全面控制。并且，一個完善的工業機器人系統大都由傳送帶、示教器和外圍系統控制柜組成，而控制系統主要包含操作系統與驅動系統兩部分，在此前提下，驅動系統又可以劃分為傳輸裝置與動力機構[1]。另外，在自動化領域中，機器人主要控制裝置包括計算機、示教盒、傳感器接口、軸控制器以及相關輔助裝置。因此，操作人員可以借助計算機設備發送指令或調度各項程序的方式，保證各項設備的獨立運行，最終實現人機之間的良好交互。

1.3 工業機器人控制系統特征

（1）學科知識交叉性較強。在具體的操作過程中，機器人控制與動力學知識、機構運動等學科具有密切聯系，既可以描述不同坐標系機器人的真實運行狀態，也可以結合實際情況，合理選擇具有參考價值的運用坐標，不斷提升整體運動的順暢性。（2）操作程序自由度較高。不同于以往的生產模式，機器人操作程序比較簡單，靈活性和自由度較高，可以使用多變量控制系統，滿足后續的各項協調要求。（3）基于人的意識。工業機器人運行方式是基于人的意識，利用計算機軟件或智能化辦公設備，對運行系統進行協調和控制，在確保機器人具備智能化功能的同時，全面提升工業企業的自動化控制水準。（4）機器人狀態與運動描述屬于非線性數學模型。在機器人運行狀態與外力發生變動后，不僅會發生參數變化，就連各變量之間也會存在一定的耦合性，這就要求相關人員在應用位置閉環的基礎上，適當采用加速度閉環方式來提升機器人的運行效果。（5）動作方式和路徑具有多樣性。在自動化領域中應用級別較高的工業機器人，可以依托人工智能和計算機技術優勢搭建信息數據庫，從而更好地實現對后續運營、決策、管理的全過程控制。

2.工業機器人在自動化領域的主要功能及控制方式

2.1 工業機器人的主要功能

伴隨著科學技術的不斷提升，工業機器人功能逐漸向多元化方向轉變，其中最為基礎的功能就是示教再現與運動控制，其中示教再現功能主要指操作人員可以將工業機器人的運行速度、位置以及其他相關信息數據上傳至控制系統之中，并利用該系統對各類參數、資料進行存儲。在此基礎上，通過工作人員編輯機器人動作代碼的方式提前預設相應的操作指令，然后通過指令進行有序操作，以此來達到工業機器人示教再現功能的充分發揮。而運動控制功能既可以保持工業機器人的不同形態與移動速度，也可以通過計算周邊信息的方式設定運動路線，進一步完善機器人整體控制模式。此外，工業機器人還具備自動反饋的功能。在機器人控制系統的運行過程中，其形態、姿勢、位置會隨著運行路線進行調整和變動，進而對后期工作的有序開展造成影響[2]。對此，可以根據工業機器人運行時的實際狀態和具體位置，做好相應的動態化信息反饋，并將其及時反饋到主系統之中，一來幫助管理層及時掌握整個系統的運行狀態，制定切實可行的管理策略；二來可以高效共享各類有價值的信息，達到不斷提升整體運行效果的目的。

2.2 工業機器人的控制方式

（1）智能控制方式。當前，智能控制方式作為應用最為廣泛的一種形式，主要指在工業機器人運行過程中，利用傳感器全面接收周邊環境信息，并將其實時發送到控制系統之中，待經過一系列分析、研究后傳送具體的操作指令及決策方案，這種控制方式不僅有利于體現工業機器人的自動化運行與智能化控制優勢，還可以有效提升工業機器人對周邊環境的適應能力。（2）點位控制方式。點位控制是工業機器人在自動化控制中的另一種常見方式，主要指在應用執行器的過程中，對工業機器人末端執行器或部分節點進行全面控制，同時采用優化控制模式的方法，使工業機器人可以在特定位置上快速、精準地完成各項操作，不斷提升機器人運動的穩定性和連續性，有效避免對后續控制的不良影響。（3）連續軌跡控制方式。相較于以上的2種控制方式而言，連續軌跡控制方式雖同樣是對工業機器人末端執行器進行操作，但這種方式需要借助執行器來判斷工業機器人的實時運動軌跡、速度和位置，確保工業機器人可以根據不同的任務類型，精準、連續地完成相應的操作步驟，從而更好地滿足多樣化的生產需求。（4）觸覺控制方式。工業機器人在自動化領域的運用過程中，既要充分意識到提升機器人運行效率的必要性，又要注意到機器人運行的安全性和準確性，在此基礎上，以觸覺方式接觸周邊環境，并完成相應的操作步驟，盡可能達到自動化控制的理想目標。

3.工業機器人在自動化領域的具體運用路徑

3.1 汽車制造行業的運用

（1）汽車噴涂方面。工業機器人在汽車制造噴涂方面的運用基本以噴漆、涂膠為主，在實踐中，利用汽車車身材料本身的物理屬性和化學屬性，根據車體厚度與形狀，對汽車減震、密封位置以及外觀進行涂膠和噴漆，以此來保證車身漆面的均勻及光滑。例如，在實踐中，汽車制造企業可以按照提前預設的控制指令，使用工業機器人對擋風玻璃進行涂膠處理，待涂膠工序完成后再安裝車窗玻璃，確保粘貼部位的牢固性和密封性。（2）零件搬運方面。由于汽車制造行業所涉及的部件性能、形態、安裝方式存在較大的差異，而應用不同型號的工業機器人，可以按照預先設定的指令，準確、快速地定位不同零件的安裝位置，并依據規范的操作標準與施工流程，選擇恰當位置抓取零件，最大限度地減少零件搬運環節中的損傷程度。（3）點焊與弧焊方面。在汽車生產過程中，點焊技術是保證汽車制造質量的核心構成要素。所以，汽車制造產業必須靈活運用工業機器人，根據不同安裝要求和標準將焊接操作精準度控制在0.25mm的區間范圍內，有效防范因焊接不規范所引起的安全問題。同時，還可以利用工業機器人開展點位控制、直線插補、圓弧插補等操作，從而更好地滿足新時期的汽車制造需求[3]。此外，在對汽車部件進行焊接的過程中，由于汽車內部結構較為復雜、空間比較狹小，若采用人工焊接的方式，不僅會使操作人員面臨著較大的危險隱患，還難以保障焊接的整體質量，而運用工業機器人開展焊接工作，可以借助計算機軟件和智能化控制系統，達到全面提升焊接工作精準性和安全性的目的。

3.2 橡膠塑料工業的運用

在橡膠塑料工業生產的過程中，由于所涉及的專業化技能要求較高，想要高質量地完成生產任務，必須明確橡膠與塑料在加工技術方面的關聯性，并結合具體的考察結果，靈活選用最適合的工業機器人，通過制造耐用度較高、品質精良的成品或半成品不斷提升橡膠塑料生產的整體工藝及效率，尤其是在市場環境愈演愈烈的新形勢下，橡膠塑料工業企業想要在市場環境中脫穎而出，還應嚴格按照國家制定的工業生產標準，充分利用工業機器人技術優勢，彌補人工無法完成的高強度生產操作，進而為企業創造更高的生產效益。同時，必須加強生產技術的創新、優化力度，及時更新工業機器人系統漏洞，最大限度地防范因系統漏洞、病毒入侵所造成的生產問題。另外，還應借助坐標轉換獲取精準的運動軌跡數據，通過建立完善的運動結構體系，規范、整合各項運算結果和關鍵數據，以便為后續管理工作提供準確、可靠的參考依據?；蛘撸瑢PU充分融入到控制系統之中，在滿足信息交換的基礎上，全方位滿足實際的運用標準和要求，進一步創造更高的社會效益和經濟效益。

3.3 化工生產行業的應用

不同于汽車制造行業與橡膠塑料產業，化工生產過程中難免會因劇烈化學反應而產生易燃、易爆且具有高黏性的危廢物品，使整個生產工作具有較強的高危風險和高毒性風險隱患，而將工業機器人廣泛應用到實際工作中，不僅可以代替人力勞動承擔起高強度的工作壓力和高危工作環境，降低安全事故的發生概率，還可以充分利用工業機器人本身的技術優勢，采用自動化控制手段靈活應對復雜多變的惡劣環境與生產挑戰，全面提升化工生產行業的整體效率，在合理控制各項資源的基礎上，創造最佳的經濟效益和社會效益。例如，針對部分揮發性較強、容易溢出的有毒氣體，很可能會對操作人員的身體健康造成不可挽回的負面影響，而通過使用防霧化原料機器人，借助保溫桶底部的除霧箱和水平負壓管既可以將堿性溶液儲存于除霧箱之中，又能夠利用機器人本身的操作慣性把酸霧收集到除霧箱中，減少化學氣體對操作人員人身安全的損害。與此同時，由于化工生產園區的區域范圍較大、環境較為復雜，僅靠人工很難實現對園區安全的全面覆蓋，而通過使用化工安檢機器人或巡檢機器人可以依據預先設置的監控范圍和程序，利用機器人本身所具備的夜間紅外探測、人臉識別、易爆顆粒檢測、自動化掃描、發電等功能實現對化工生產園區全方位、動態化、智能化的監督與管理[4]。此外，在化工安全事故發生時，也可以利用救援機器人對危險化工事故進行定位與監督，在此基礎上，有效識別溫度異常和危險氣體泄露現象，及時判斷事故的破壞程度與發展動態，最大限度地避免危險化工產品對操作人員的二次傷害。

3.4 鑄造行業的應用

現如今，我國鑄造行業已經逐漸步入到高速發展的關鍵時期，通過對工業機器人的廣泛運用可以在現有生產運營的基礎上，為鑄造行業提供先進的技術支持，進一步加快鑄造行業的創新轉型。并且，根據我國鑄造行業的整體發展現狀來看，鑄造行業在技術研發、生產效率方面還面臨著諸多挑戰。相較于汽車制造行業、橡膠塑料生產行業以及化工生產行業而言，鑄造行業所涉及的部門更加廣泛、工作內容更加繁瑣，對環境、溫度等方面的要求比較苛刻，且需要進行持續性、不間斷工作，這就使得很多一線工作人員長期處于工作難度與工作強度較大的環境之中，不利于保障一線工作人員的人身健康安全，而工業機器人在鑄造行業中的應用，可以充分利用智能化設備和先進技術，將工作人員從粉塵含量較多、噪音較大的生產車間脫離出來，在保證一線基層員工人身健康安全的同時，不斷提升整體工作效率與工作質量，進而推動鑄造行業的高效化、智能化發展。

4.結語

工業機器人在自動化領域的應用具有不可忽視的現實意義，是新時期推動工業產業可持續發展的必然要求。因此，在未來的發展過程中，相關企業必須緊跟時代發展潮流，全面分析工業機器人在自動化領域的應用原理和需求，并結合自身的實際情況和發展需要，加強對工業機器人的應用力度，在減輕操作人員工作壓力和工作量的同時，有效提升工業生產效率和生產質量，促使企業逐漸實現現代化、自動化、智能化建設。