機器人與自動化技術(shù)探析

唐懷濱

摘要 當(dāng)前社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，自動化技術(shù)在機械制造領(lǐng)域內(nèi)也發(fā)揮著重要的作用。此種情況下相對廉價的人力操作模式逐漸被淘汰，取而代之的是機器人自動化技術(shù)的發(fā)展。本文就機器人與自動化技術(shù)進(jìn)行簡要分析，以推進(jìn)機械制造行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，進(jìn)而拉動國民經(jīng)濟的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 機器人；自動化技術(shù)；控制系統(tǒng)

中圖分類號 TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）12—0001—02

機器人與自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)與機械制造領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用，一定程度上提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)水平，機器人工業(yè)時代逐漸到來，推進(jìn)整個社會生產(chǎn)的跨越式發(fā)展。為確保機器人與自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的實際應(yīng)用價值得以有效發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握機器人系統(tǒng)內(nèi)部組成以及自動化技術(shù)應(yīng)用方式，從而確保安全高效地運用機器人開展自動化生產(chǎn)操作。

1機器人技術(shù)概述

機器人技術(shù)具有一定復(fù)雜性和特殊性，通過將機械技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)以及通信技術(shù)等進(jìn)行有機協(xié)調(diào)，模仿人類與動物行為，推進(jìn)生產(chǎn)與社會實踐的順利進(jìn)行。機器人主要由計算機系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、可移動的身體結(jié)構(gòu)和肌肉系統(tǒng)、感官傳感系統(tǒng)等組成，以確保機器人各項動作的順利完成，滿足機器人的使用需求。機器人系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其組成部分主要包括執(zhí)行器、控制器、環(huán)境以及任務(wù)，并且以實際承載能力、動作形態(tài)、作業(yè)空間以及位置精度等作為工業(yè)機器人的技術(shù)指標(biāo)。

就自身所學(xué)知識并查閱機器人相關(guān)資料可知，當(dāng)前國際上并未制定統(tǒng)一化的機器人分類標(biāo)準(zhǔn)，在類型上主要有2類，一是工業(yè)機器人，二是服務(wù)機器人。也可以按照市場需求將機器人分為一般機器人和擬人機器人，或一般機器人和智能機器人等。通常所提到的智能機器人是具有感覺識別能力且能夠控制自身行為的一種機器人，具有良好的動作能力和協(xié)同能力，能夠滿足現(xiàn)代社會多元化的機器人應(yīng)用需求。

就工業(yè)機器人來看，在工業(yè)生產(chǎn)與機械制造過程中大多應(yīng)用機器人來實現(xiàn)抓取、搬運、包裝以及裝配機焊接等操作，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。與數(shù)控機床或加工中心相比，工業(yè)機器人并未處于中心地位，但其對于整個生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)來說是必不可少的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，通用機器人的應(yīng)用能力不斷提升，性價比趨于合理，若技術(shù)人員在機器人的末端接入操作器或輔助設(shè)備，并在系統(tǒng)內(nèi)部編寫相應(yīng)程序，能夠?qū)C器人實現(xiàn)科學(xué)化控制，則機器人具備多種功能，無需按照以往分類方式對機器人進(jìn)行分類選用，實現(xiàn)機器人的多功能化發(fā)展，在未來技術(shù)發(fā)展形勢下，這也將是機器人未來發(fā)展的重要趨勢。

2機器人自動化控制系統(tǒng)

基于高三階段對機器人自動化技術(shù)的所學(xué)，并通過對圖1進(jìn)行觀察和分析，可以準(zhǔn)確把握機器人控制系統(tǒng)的基本組成部分，包括本體執(zhí)行器內(nèi)的伺服系統(tǒng)以及本體內(nèi)外的控制器相關(guān)部分，由硬件與軟件協(xié)調(diào)組成，以下開展具體分析。

2.1交流伺服系統(tǒng)

在機器人運行過程中，其至少具備6個自由度，方可滿足自動化生產(chǎn)的工作需求，其中包括位置自由度和姿態(tài)自由度。機器人的手臂決定著機器人所能到達(dá)的位置，而機器人的手腕決定機器人的姿態(tài)形式，通過各種交流伺服電機的協(xié)調(diào)運作，方可實現(xiàn)對機器人的運動控制。機器人的伺服電動機轉(zhuǎn)速較高，需要將減速裝置與機械結(jié)構(gòu)妥善相聯(lián)，形成一個優(yōu)化的伺服機構(gòu)，方可保證機器人的正常工作。當(dāng)前機器人交流伺服系統(tǒng)主要由位置環(huán)、速度環(huán)以及電流環(huán)系統(tǒng)組成，通過PI比例積分的優(yōu)化調(diào)節(jié)，促進(jìn)無差調(diào)節(jié)的順利實現(xiàn)，最大程度上滿足社會群體對機器人運作的實際需求。就永磁電動機方面來看，當(dāng)前比較常用的是無刷電動機和交流同步電動機，在實際應(yīng)用過程中，通過磁場、轉(zhuǎn)矩等的協(xié)調(diào)配合，基于反饋保證停車的可控性。

2.2控制器

機器人自動化系統(tǒng)大多以工程機IPC作為控制器，并以32位中央處理器作為主CPU，以內(nèi)置PLC就地開展各項工作，從而滿足多元化的應(yīng)用需求。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，嵌入式PC、PAC以及CAN等自動化技術(shù)在機器人系統(tǒng)中也逐漸得到廣泛應(yīng)用。就控制層次來看，伺服系統(tǒng)級屬于基礎(chǔ)層面上的級別，再向上是依靠動態(tài)模型以及幾何模型的控制模式級和依靠策略模型的人工智能級，也就是說，整個機器人自動化技術(shù)的發(fā)展是一個循序漸進(jìn)的過程，是對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新應(yīng)用后得以發(fā)展形成的。

2.3機器人高級控制

高級控制在機器人領(lǐng)域內(nèi)具有良好的應(yīng)用價值，通過自適應(yīng)控制以及智能控制的實現(xiàn)，能夠準(zhǔn)確把握機器人運作模型參數(shù)，促進(jìn)線性攝動自適應(yīng)控制和自校正自適應(yīng)控制的實現(xiàn)。而智能化控制是基于先進(jìn)科學(xué)技術(shù)水平上得以形成的，主要包括進(jìn)化控制、神經(jīng)控制、模糊控制以及專家控制等，實現(xiàn)了人工智能與自動控制交接的有機協(xié)調(diào)，一定程度上完善了機器人自動化功能，在多指靈巧手的神經(jīng)控制上具有良好的應(yīng)用價值，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)著重要的地位。在未來一段時期內(nèi)，將逐漸向機器人高層規(guī)劃以及機器人軌跡規(guī)劃等方面發(fā)展。

3機器人傳感器

機器人傳感器有內(nèi)外傳感器之分，在通常情況下，我們將安裝于機器人機械手臂上的傳感器稱為內(nèi)傳感器，將安裝于環(huán)境部分的傳感器成為外傳感器，以下進(jìn)行具體分析。

3.1內(nèi)傳感器

為保證機器人的正常運作，內(nèi)傳感器大多安裝于機器人的手臂或手腕處，以便準(zhǔn)確開展位置及速度測量，促進(jìn)伺服控制的實現(xiàn)，除此之外，電機與周機械部件等也作為內(nèi)傳感器安裝于機器人的手臂或手腕處。

就位置傳感器來看，直線移動傳感器主要有電位計式傳感器和可調(diào)式變壓器2種，而角位移傳感器主要包括可調(diào)變壓器以及旋轉(zhuǎn)變壓器等。增量式編碼器在機器人自動化技術(shù)中能夠?qū)崿F(xiàn)零位不確定的位置伺服控制，確保機器人設(shè)備在壓力作用下能夠獲取編碼器初始鎖定位置的驅(qū)動軸瞬時角度值，進(jìn)一步準(zhǔn)確獲取編碼器讀書，調(diào)整定值進(jìn)而保證機器人的安全穩(wěn)定運行，滿足工業(yè)生產(chǎn)的綜合需求。

機器人的自動化運行離不開速度和加速傳感器，其通過測量平移和旋轉(zhuǎn)運動完成機器人的各項運作，從而保證機器人的測量旋轉(zhuǎn)速度，提高機器人運作的精準(zhǔn)度。伸縮測量儀也是應(yīng)力傳感器的一種，能夠?qū)崿F(xiàn)加速測量，進(jìn)而對工業(yè)機器人進(jìn)行動態(tài)化控制，全面提高機器人自動化生產(chǎn)效率。力覺傳感器主要用于測量物體之間作用力，常用類型有金屬電阻型力覺傳感器、半導(dǎo)體型力覺傳感器等。

3.2外傳感器

外傳感器是機器人的重要組成部分，在智能機器人以及移動機器人實際應(yīng)用中，外傳感器促進(jìn)了自校正能力和反應(yīng)環(huán)境變化能力的實現(xiàn)，豐富了機器人的使用功能。

觸覺傳感器是外傳感器中的重要組成部分，以微型開關(guān)為常用型式，除此之外，隔離式雙態(tài)接觸傳感器和矩陣傳感器等也得到廣泛應(yīng)用。機器人自動化運作過程中，其運動速度是影響物體裝卸的一項重要因素，因此應(yīng)當(dāng)充分做好機器人運作軌跡規(guī)劃工作，合理設(shè)置接近度傳感器，運用遙感技術(shù)，準(zhǔn)確接收發(fā)送器和接收器的信號，最大程度上減少由于機器人運動速度不穩(wěn)定而對物體裝卸造成的損壞，切實保證機器人運作效率，為工業(yè)生產(chǎn)提供可靠的服務(wù)。

4結(jié)論

總而言之，機器人的發(fā)展是一個循序漸進(jìn)的過程，是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展的過程，通過在線分析儀表技術(shù)以及多傳感器融合技術(shù)的科學(xué)化應(yīng)用，逐步提升了機器人的自動化水平，其功能更加豐富，實際應(yīng)用的便捷性和靈活程度更高，滿足了社會多元化的發(fā)展需求，受到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域相關(guān)人士的廣泛關(guān)注，未來有著廣闊的發(fā)展空間。endprint