工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

李楠　鄧媞　陳曉玲

摘? 要：機(jī)器人技術(shù)是一門集機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息與傳感技術(shù)、控制論、仿生學(xué)以及人工智能于一體的綜合性學(xué)科，屬于高新技術(shù)范疇，是現(xiàn)代應(yīng)用廣泛、研究活躍的一門技術(shù)，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用是評(píng)判一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的標(biāo)志之一。該研究主要分析與探討自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)I(yè)機(jī)器人技術(shù)的有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制;機(jī)器人技術(shù);工業(yè)

中圖分類號(hào)：TP242? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

對(duì)于一個(gè)國(guó)家來說，發(fā)展的核心在于工業(yè)，而機(jī)器人自動(dòng)化是發(fā)展工業(yè)的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化對(duì)工業(yè)發(fā)展極為有利。盡管現(xiàn)階段我國(guó)進(jìn)一步加大了對(duì)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化控制研究的投入力度，然而自動(dòng)化控制領(lǐng)域在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用方面仍存在很多問題，一方面對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展造成嚴(yán)重阻礙，另一方面還會(huì)直接影響到工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)工業(yè)發(fā)展有很大的限制作用。常言道：工欲善其事，必先利其器。提升工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，有助于我國(guó)工業(yè)的迅猛發(fā)展。

1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

1.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的組成部分包括主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)3部分，其中主體分為手部、臂部、腕部，手部自由度有4～7個(gè)，腕部自由度有2～3個(gè)，臂部自由度有4～5個(gè)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則主要包括傳動(dòng)裝置與動(dòng)力機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)主要是控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與操作系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括5個(gè)方面的內(nèi)容：1）從根本上說，機(jī)器人控制和動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)力學(xué)相關(guān)性較為密切，不同坐標(biāo)下能夠精準(zhǔn)描述機(jī)器人手足狀態(tài)，應(yīng)該依照具體需要選擇參考坐標(biāo)系，并實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換;2）就算是最為簡(jiǎn)單的機(jī)器人，同樣需裝配3～5個(gè)自由度，而復(fù)雜機(jī)器人的自由度則達(dá)幾十個(gè)，各自由度有一個(gè)協(xié)調(diào)伺服機(jī)構(gòu)，以形成多變量控制系統(tǒng);3）通過計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控制獨(dú)立伺服系統(tǒng)，確保機(jī)器人能夠遵循人的意志行動(dòng)，并且可賦予機(jī)器人相應(yīng)工作內(nèi)容;4）對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行描述的是非線性數(shù)學(xué)模型，在外力與狀態(tài)的不斷變化中，機(jī)器人的參數(shù)也會(huì)發(fā)生改變，且不同變量間也存在耦合，所以僅用位置閉環(huán)往往無法達(dá)到目的，還應(yīng)該選擇加速度或者速度閉環(huán);5）一般采用不同路徑與方式完成機(jī)器人動(dòng)作，所以會(huì)存在“最優(yōu)化”問題?？赏ㄟ^人工智能方法操控高級(jí)機(jī)器人，通過計(jì)算機(jī)創(chuàng)建放大信息庫，通過信息庫實(shí)現(xiàn)控制決策、操作以及管理的目的。

1.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能，主要表現(xiàn)為：1）運(yùn)動(dòng)控制功能?？捎行Э刂茩C(jī)器人末端操控設(shè)備的速度、位姿以及加速度等諸多項(xiàng)目;2）示教再現(xiàn)功能。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)可通過手把手或者示教盒實(shí)現(xiàn)示教功能，通過一定方法將運(yùn)動(dòng)速度、動(dòng)作順序以及位置等相關(guān)信息教給機(jī)器人，通過機(jī)器人記憶裝置在存儲(chǔ)器中自動(dòng)記錄所教操作過程，需再現(xiàn)操作時(shí)，只需要對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容進(jìn)行重放即可達(dá)到目的。

2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的控制方式

2.1 連續(xù)軌跡控制

連續(xù)軌跡控制其實(shí)就是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人末端的執(zhí)行器，確保機(jī)器人可連續(xù)完成操作步驟，從而達(dá)到工作平穩(wěn)、精準(zhǔn)的目的，連續(xù)軌跡控制可有效調(diào)整機(jī)器人操作順序與速度，以確保機(jī)器人可精準(zhǔn)完成人類所提出的要求。

2.2 點(diǎn)位控制

點(diǎn)位控制方式僅是控制工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器，關(guān)鍵是控制機(jī)器人的位置，通過點(diǎn)位控制機(jī)器人，確保機(jī)器人能夠在相應(yīng)位置精準(zhǔn)、快速地完成指定操作任務(wù)，然而，工業(yè)機(jī)器人不會(huì)控制已經(jīng)完成操作的相關(guān)運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.3 力控制

工業(yè)機(jī)器人的力控制，其實(shí)就是控制操作過程中機(jī)器人的用力程度，通常有些實(shí)際操作對(duì)象相對(duì)較為脆弱，為避免產(chǎn)品出現(xiàn)損壞，需要機(jī)器人在實(shí)際操作過程中有效控制執(zhí)行力氣，因此就必須實(shí)現(xiàn)力量的精準(zhǔn)控制，以順利完成規(guī)定的操作任務(wù)。

2.4 智能控制

目前，現(xiàn)代機(jī)器人控制的方式主要就是智能控制，尤其是現(xiàn)今數(shù)字技術(shù)迅猛發(fā)展，智能設(shè)備已普遍融入大眾生活，所謂智能控制，其實(shí)就是利用傳感器收集周邊信息，按照機(jī)器人設(shè)備中所存儲(chǔ)的知識(shí)解決相關(guān)問題，機(jī)器人就可在必要情況下及時(shí)解決問題。

3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，象視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有傳感器外，它還有效應(yīng)器，作為作用于周圍環(huán)境的手段。這里指的就是筋肉，或稱自整步電動(dòng)機(jī)，它們使手、腳、長(zhǎng)鼻子、觸角等動(dòng)起來。自動(dòng)化控制領(lǐng)域中對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的范圍比較廣，主要包括以下幾種類型。

3.1 焊接機(jī)器人

機(jī)器人在很多焊接領(lǐng)域均有所涉及，然而此處的焊接機(jī)器人技術(shù)主要是在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用，汽車生產(chǎn)工作需要較大的焊接機(jī)器人，如果由人工完成就需要消耗大量的人力物力，而利用焊接機(jī)器人工作就不需要考慮物料重量的問題，所以汽車生產(chǎn)中應(yīng)用焊接機(jī)器人，有助于汽車生產(chǎn)工作的安全、迅速完成。

3.2 裝配機(jī)器人

因?yàn)檠b配操作任務(wù)較為煩瑣，所以對(duì)工業(yè)機(jī)器人的要求比較高，裝配機(jī)器人體內(nèi)裝配有視覺傳感器、接觸傳感器等大量傳感設(shè)備，其目的在于確保工業(yè)機(jī)器人可以精準(zhǔn)感知操作對(duì)象，同時(shí)做出更為精準(zhǔn)地判斷，以確保裝配工作準(zhǔn)確完成。其不僅為任務(wù)完成質(zhì)量提供保障，同時(shí)還有助于提升任務(wù)完成效率。而且機(jī)器人具有固定化特征，無須數(shù)次嘗試，有利于節(jié)約工作時(shí)間。

3.3 材料搬運(yùn)機(jī)器人

搬運(yùn)材料需消耗較大力氣，尤其是對(duì)重量過大的物品，人力通常無法完成，此時(shí)就需要具有較大力量的機(jī)器人完成這項(xiàng)工作，此時(shí)的機(jī)器人工作主要是碼垛、上下垛、抓取零件和卸貨等定向操作。

3.4 檢測(cè)機(jī)器人

在工業(yè)化生產(chǎn)中，監(jiān)測(cè)機(jī)器人的主要工作任務(wù)是檢查所生產(chǎn)產(chǎn)品和零件是否合格。既可測(cè)量零件尺寸，對(duì)其合乎標(biāo)準(zhǔn)與否進(jìn)行判斷，也可測(cè)量零件質(zhì)量，檢查質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)是否相符?？偠灾褪潜O(jiān)測(cè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品與零件，以確保生產(chǎn)的精準(zhǔn)性。除此之外，機(jī)器人監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度明顯高于人類，人類檢測(cè)有出現(xiàn)小失誤的可能性，而機(jī)器人則能達(dá)到零失誤。

3.5 噴涂機(jī)器人

噴涂機(jī)器人大多在三維噴涂噴漆工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，在三維表面噴涂噴漆工作中，需要5個(gè)以上的自由角度，如果選擇人工噴涂，往往需要不停更換設(shè)備位置，因此就會(huì)增加額外工作量，影響工作效率，而選擇噴涂機(jī)器人則有助于節(jié)約工作時(shí)間，提升三維噴涂噴漆效率，能夠充分顯現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語

該文系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的控制方式、控制系統(tǒng)等內(nèi)容，盡管目前生活中還未普及機(jī)器人技術(shù)，但是，人們已意識(shí)到機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)，而且其應(yīng)用范圍極為廣泛，無論是工業(yè)生產(chǎn)還是日常生活都可由機(jī)器人代替完成，由此可見機(jī)器人技術(shù)的重要性。機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代應(yīng)用廣泛、研究活躍的一門技術(shù)，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用是評(píng)判一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的標(biāo)志之一。自動(dòng)化生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用較為普遍，為工業(yè)生產(chǎn)提供更多好處，所以，未來應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，相信通過科學(xué)家們的共同努力，未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)能夠得到更好發(fā)展。

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