蔡濟(jì)云

（武漢市第十一中學(xué)，湖北 武漢 420100）

工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究

蔡濟(jì)云

（武漢市第十一中學(xué)，湖北 武漢 420100）

工業(yè)機(jī)器人需要用到多種技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等。另外，近年來(lái)人工智能技術(shù)也得到了廣泛運(yùn)用。工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要特征是可以長(zhǎng)期長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)，可以替代很多人工作業(yè)。鑒于工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究。

工業(yè)機(jī)器人；自動(dòng)化控制；運(yùn)動(dòng)控制；示教再現(xiàn)

1 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人跟國(guó)外相比差距較大，這跟我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步較晚有一些關(guān)系。目前，我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人方面獲得了技術(shù)上的突破，但是很多核心技術(shù)并沒有掌握，真正擁有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人其實(shí)并不多。總體來(lái)看，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平普遍不高。具體而言，在制造裝備方面，我國(guó)生產(chǎn)高精密部件的水平在世界上不占據(jù)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)在數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)與裝備和裝配自動(dòng)化機(jī)器人、隧道掘進(jìn)機(jī)器人等方面獲得了較大的突破。但這些突破跟國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家比較，差距還是較大的，值得我國(guó)重視。圖1所示為某企業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人。

圖1 某企業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人

2 在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中特點(diǎn)與功能

2.1 工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的特點(diǎn)

所謂“工業(yè)機(jī)器人”，就是在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置。通常情況下，工業(yè)機(jī)器人需要3個(gè)左右的自由度，在復(fù)雜的機(jī)器人中，往往需要多個(gè)自由度。在工業(yè)機(jī)器人的每個(gè)自由度中，可以將自由度組成多變量的控制系統(tǒng)。在多個(gè)坐標(biāo)下，工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)手足狀態(tài)的描述，從而實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換。通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其與動(dòng)力學(xué)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)是密不可分的。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人根據(jù)人的意志去執(zhí)行各項(xiàng)操作，就需要通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制。在此過(guò)程中，需要借助非線性數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)該模型，設(shè)置模型參數(shù)，使工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生各種改變。需要注意的是，工業(yè)機(jī)器人可以通過(guò)最優(yōu)路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的操作。另外，對(duì)于高級(jí)工業(yè)機(jī)器人而言，如果能夠借助計(jì)算機(jī)構(gòu)建信息庫(kù)，那么就能夠更好地對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行控制和執(zhí)行各種操作。

2.2 工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的功能

一個(gè)工業(yè)機(jī)器人往往功能較多，但是運(yùn)動(dòng)控制功能和示教再現(xiàn)是其中最為顯著的2種功能。通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以使工業(yè)機(jī)器人操作器的速度和位置、姿態(tài)發(fā)生改變；通過(guò)示教再現(xiàn)這個(gè)功能，把動(dòng)作信息和操作位置等信息傳達(dá)給機(jī)器人，機(jī)器人借助記憶系統(tǒng)，可以將這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)機(jī)器人下一次接到指令的時(shí)候，就可以根據(jù)已記憶存儲(chǔ)的內(nèi)容自動(dòng)進(jìn)行各種操作。在汽車制造行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人首先得到了應(yīng)用。當(dāng)科技和經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展之后，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，不僅可以代替人工進(jìn)行高溫和高危環(huán)境的作業(yè)，還可以代替工人進(jìn)行重復(fù)性高、體力消耗量的作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人在社會(huì)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，不僅能夠避免工人發(fā)生安全問(wèn)題，還能夠使企業(yè)的生產(chǎn)效率大大提升。由于工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)較多，其在很多自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域都能夠充分發(fā)揮自身的作用。比如，焊接機(jī)器人、檢測(cè)機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、噴漆和噴涂機(jī)器人、裝配機(jī)器人就是工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)中的典型應(yīng)用。其中，焊接機(jī)器人主要用于對(duì)車身結(jié)果進(jìn)行焊接；檢測(cè)機(jī)器人能夠?qū)α悴考某叽邕M(jìn)行確定，對(duì)零部件的質(zhì)量進(jìn)行把握，有的甚至還能夠?qū)α悴考?shí)現(xiàn)自動(dòng)分類，大大降低了工人的工作量；材料搬運(yùn)機(jī)器人在搬運(yùn)工作中起著重要作用，不僅能夠裝貨和卸貨，還能夠抓取零件、堆垛等；噴漆和噴涂機(jī)器人自由度的數(shù)量往往要大于5，這是由這種作業(yè)對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作要求所決定的。另外，有時(shí)候?yàn)榱耸箼C(jī)器人實(shí)現(xiàn)定向行走，往往通過(guò)導(dǎo)軌來(lái)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行行走軌跡引導(dǎo)。裝配機(jī)器人由于具有聽覺傳感器、視覺傳感器、觸覺傳感器等多個(gè)傳感器，所以能夠使裝配工作得到順利開展。

3 工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的發(fā)展展望

我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人方面提出了發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，也就是根據(jù)我國(guó)先進(jìn)制造及其自動(dòng)化的要求，向發(fā)達(dá)國(guó)家高技術(shù)創(chuàng)新方向前進(jìn)，努力研發(fā)更高水平的工業(yè)機(jī)器人，并且在產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)方面獲得重大突破。在不久的將來(lái)，工業(yè)機(jī)器人主要的發(fā)展重點(diǎn)包括以下3個(gè)方面：①危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境下的機(jī)器人，主要負(fù)責(zé)高溫、高壓環(huán)境下的作業(yè)，油氣管道的檢測(cè)等。②在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)用也是非常值得期待的。很多腦外科手術(shù)、骨骼的矯正手術(shù)，如果僅僅靠手術(shù)醫(yī)生，很難做到手術(shù)的精細(xì)化，因?yàn)槿斯た偸怯姓`差的，而機(jī)器人就能夠?qū)⑹中g(shù)做得更加精細(xì)。③仿生機(jī)器人。這種機(jī)器人能夠模擬人行走，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遙控?？偠灾?，未來(lái)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的總體發(fā)展趨勢(shì)是：更加智能化、更加低成本、更加可靠、更加集成化。

4 結(jié)論

在經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，工業(yè)機(jī)器人在技術(shù)方面和功能方面都得到了較大的提升，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的自動(dòng)化控制。在工業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高的背景下，工業(yè)機(jī)器人必將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)更多便利。

［1］郁晗.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)［J］.電子世界，2014（10）：370-371.

［2］孫英飛，羅愛華.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（12）：2912-2918.

［3］柳倩，桂建軍，楊小薇，等.工業(yè)機(jī)器人傳感控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢(shì)——基于專利文獻(xiàn)計(jì)量分析視角［J］.機(jī)器人，2016，3（5）：612-620.

TP242.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.144

2095－6835（2018）01－0144－02

〔編輯：劉曉芳〕