工業(yè)機器人在自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

孫超

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

經(jīng)濟的發(fā)展帶動了科學(xué)技術(shù)的進步。在中國現(xiàn)階段，機器人已廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防等領(lǐng)域，技術(shù)日益成熟，尤其是在工業(yè)自動化生產(chǎn)中已取得了很好的成績，工業(yè)機器人在汽車制造、鑄造業(yè)等方面已很大程度上取代傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式。目前，機器人應(yīng)用過程中也存在一些問題需要解決，技術(shù)需要進一步提高，使機器人技術(shù)更趨向智能化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1 概述

“機器人”的由來很早，最近幾年逐漸滲入到我們的日常生活中，成為人們喜聞樂見的話題。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）對工業(yè)機器人的定義是面向工業(yè)自動化領(lǐng)域的自動控制、可重復(fù)編程的多用途機械手。工業(yè)是一個國家發(fā)展的根本，機器人自動化是工業(yè)發(fā)展的命脈。我國的工業(yè)機器人從20世紀80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家科技攻關(guān)項目的支持下，特別是在“863”計劃的支持下，經(jīng)過十幾年的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，使中國的機器人產(chǎn)業(yè)從無到有，跨出了一大步[1]。

2 工業(yè)機器人的誕生與發(fā)展

第一代工業(yè)機器人主要是運用示教器來進行編程，編寫出相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過示教器把操作指令及順序保存起來，再由控制器下達指令到各個執(zhí)行機構(gòu)，讓執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)指令內(nèi)容，進行操縱過程。

第二代便演變?yōu)檫h程監(jiān)控模式，通過模擬和仿真等技術(shù)構(gòu)建出以信息映射為平臺的數(shù)據(jù)模型，這樣在編寫程序過程中能更直觀地發(fā)現(xiàn)錯誤并及時修改。該系統(tǒng)能第一時間針對某些指令或者預(yù)期行為進行測控?？梢哉f這是工業(yè)機器人發(fā)展到一個簡單的智能化階段，其通過傳感器來實現(xiàn)一定程度的視覺感官。

第三代則是真正進入了智能化階段，實現(xiàn)了自主化、自動化操控和運動，其信息由外部傳感器進行采集，第一時間評估四周的工作環(huán)境，通過系統(tǒng)參數(shù)所做出的相關(guān)判斷對系統(tǒng)在后續(xù)運作中應(yīng)有的工作行為做出計算，最終下達指令來進行自動化運作。

3 對自動化的控制特點進行分析

為了能夠進一步對自動化的控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，也要將其被控制的裝置以及對象通過合理方式進行銜接，使其能夠形成一個有機的整體，讓系統(tǒng)實現(xiàn)自主行動。然而在具體進行生產(chǎn)的過程中，通過合理的應(yīng)用自動化的技術(shù)，實現(xiàn)不需要人力參與到實際生產(chǎn)中，機器人可以在無人干預(yù)的情況下處于自動運行狀態(tài)，能夠更好地實現(xiàn)二十四小時無休止的工作。

4 工業(yè)機器人控制部分的概括

4.1 人-機交互系統(tǒng)

人-機交互系統(tǒng)是指操作人員對機器人進行控制并與機器人之間取得聯(lián)系的裝置。該系統(tǒng)可分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。類似于我們?nèi)粘Ｋ褂秒娔X的鍵盤（指令給定裝置）和屏幕（信息顯示裝置）。以一個簡單機器人為例，機器人系統(tǒng)包含示教器和控制柜，機器人主要是通過示教器和控制柜與自身取得聯(lián)系，既可以通過在示教器上進行編程，輸入一些指令，即指令給定裝置；也可以在示教器上顯示相應(yīng)的信息，即信息顯示裝置。這就是人-機交互系統(tǒng)。

4.2 組成和控制方式

機器人的組成部分主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、主體結(jié)構(gòu)三個部分組成。而主體結(jié)構(gòu)部分又包括臂部、手部、腕部三個部分，機器人的手部一般有四到七個自由度，腕部有兩到三個自由度，臂部一般存在四到五個自由度。在機器人的控制方式部分，首先是智能控制，機器人能夠通過傳感器接收周圍一系列的環(huán)境信息，并且輸入到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)能夠通過傳入的信息不斷地進行分析，從而傳入相關(guān)的操作指令，能夠讓機器人智能地學(xué)習(xí)和適應(yīng)生存環(huán)境。其次是觸覺方面的控制，機器人在進行工作的過程中，是需要提高效率，準(zhǔn)確度，安全性的，通過觸覺的方式能夠幫助機器人感覺到周邊環(huán)境的影響，并做出相關(guān)的動作。

5 工業(yè)機器人在自動化控制中的應(yīng)用

5.1 汽車制造行業(yè)的應(yīng)用

在世界大多數(shù)發(fā)達國家的汽車制造行業(yè)中，工業(yè)機器人的使用量已超過機器人總數(shù)的53%，而在中國，也已有超過50%的工業(yè)機器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，而在應(yīng)用于汽車制造業(yè)中的工業(yè)機器人中，有50%以上的機器人為焊接機器人。因此可以看出，工業(yè)機器人在未來的應(yīng)用中必將取代汽車制造業(yè)的人工工作模式，實現(xiàn)工業(yè)機器人在汽車制造中完成全部作業(yè)的目標(biāo)?，F(xiàn)階段，中國對制造業(yè)和自動化技術(shù)提出更高的要求，工業(yè)發(fā)展要追趕并趕超世界發(fā)達國家水平，工業(yè)機器人在其中發(fā)揮著重要作用。工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用對汽車制造業(yè)的發(fā)展有著極大的促進作用，對改變中國汽車制造業(yè)現(xiàn)狀和增加國際市場競爭力具有重要的推動作用[2]。

5.2 家電行業(yè)的應(yīng)用

空調(diào)器外機安裝工藝順序為由底而上、由里向外，安裝元件分別為：紙托、底盤、腳墊、洗滌劑、壓機、固定螺母、膠塞、隔音棉、地線、高壓閥等共計64種，裝配方式有三種，分別為：人工、機器人自動化、其他設(shè)備自動化，字母表示分別為P、R、M。

在64個裝配工序中，自動化M+R裝配形式的工序有33個。為此，自動化率的初步計算方式為：（自動化工位總數(shù)/工位總數(shù)）×100%=51.6%。工業(yè)機器人裝配完成的總元件數(shù)量為20個，機器人自動化應(yīng)用效率為：（工業(yè)機器人裝配數(shù)量/工位總數(shù)）×100%=31.3%。完成所有項目自動化裝配的33個數(shù)目中，工業(yè)機器人的應(yīng)用占比為：（工業(yè)機器人裝配數(shù)量/自動化工位總數(shù)）×100%=（20/33）×100%=61%。經(jīng)計算分析可知：各企業(yè)多年內(nèi)應(yīng)用的裝配自動化工藝，優(yōu)化了空調(diào)外機裝配的成本，其中純?nèi)斯べM用降低了44%，優(yōu)異的經(jīng)濟性表現(xiàn)，具有重要的發(fā)展意義，相比于其他新興產(chǎn)業(yè)，此線體所具有的自動化裝配能力尚不理想，仍然存在人為依賴問題。在全部自動化裝配工位中，工業(yè)機器人的裝配應(yīng)用率達到61%，充分證實了工業(yè)機器人裝配技術(shù)的應(yīng)用效能，彰顯出工業(yè)機器人運行期間的多重優(yōu)勢，表現(xiàn)為：靈活性強、集成度高、編程性優(yōu)異、場景應(yīng)用適應(yīng)性佳。

5.3 分析機器人的噴涂

對于機器人的噴涂而言，主要作為現(xiàn)如今汽車制造行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)，通過合理的應(yīng)用這些技術(shù)，能夠更加準(zhǔn)確的判斷出汽車的設(shè)計情況，對其每個噴涂的細節(jié)進行有效落實，對汽車噴涂過程中的要領(lǐng)進行不斷的明確，使其汽車的外觀能夠更加細致。此外工業(yè)機器人在人工噴漆中，可以更好的對噴漆的效果和位置進行把控，將其成果進行合理的優(yōu)化，保證機器人能夠?qū)娡抗ぷ髀鋵嵉綄嶋H中，對噴涂活動做出持續(xù)的優(yōu)化和改進，最終使其噴涂效果和質(zhì)量得到全面提升。研究噴涂工藝的目的是獲得良好的噴涂質(zhì)量，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行，具體而言，核心研究內(nèi)容就是基于現(xiàn)有噴涂裝置和外部環(huán)境，選擇最優(yōu)的噴涂參數(shù)和最佳的噴涂軌跡。噴涂工藝所要研究的內(nèi)容有噴涂路徑、噴涂重疊率、噴涂流量、噴涂速度、噴涂距離、霧化和扇形空氣壓力等。

為了獲得良好的涂層質(zhì)量，并且完整覆蓋工件表面，通常需要機器人夾持自動噴槍與工件表面保持一定的角度和距離并勻速移動，噴槍末端沿著工件表面的運動軌跡就是噴涂路徑。由于單道噴涂軌跡在工件表面形成一個中間厚，兩邊薄的涂層，因此為了獲得均勻的涂層，相鄰軌跡的噴幅之間要有一定的重疊。

5.4 醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)機器人在醫(yī)療方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在細微的手術(shù)方面。隨著時代的發(fā)展，醫(yī)療的領(lǐng)域已經(jīng)與現(xiàn)代科技息息相關(guān)，并且離不開現(xiàn)代化的技術(shù)。機器人就是最好的證明。根據(jù)目前來看，世界上已經(jīng)實現(xiàn)了智能機器人的手術(shù)。雖然手術(shù)的過程相對簡單，但是它也能夠體現(xiàn)出機器人在發(fā)展過程中的重大突破。對于一些我們?nèi)祟悷o法完成的操作部分，可以交給機器人來做，他在實現(xiàn)病人的康復(fù)手術(shù)等過程中，能夠不斷地促進手術(shù)的成功，同時在醫(yī)療方面也包括智能機器床、智能機器手術(shù)臺等[3]。

5.5 服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用

在服務(wù)行業(yè)的發(fā)展過程中，服務(wù)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)隨著時代的潮流實現(xiàn)自身的智能化。在智能機器人的應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在智能機器人的服務(wù)方面，例如最新研發(fā)的服務(wù)機器人，根據(jù)相關(guān)的程序代碼可以設(shè)置出機器人的動作運行速度利用機器人進行服務(wù)，在大型的酒店，利用機器人進行傳菜服務(wù)，同時還可以根據(jù)相應(yīng)的程序設(shè)施來設(shè)定機器人廚師，這些新興的設(shè)備不斷地吸引著顧客，有些公司已經(jīng)開始使用智能機器人進行前臺服務(wù)，這提高了顧客的體驗度，同時也不斷完善著公司的發(fā)展。

6 結(jié)語

人們已經(jīng)意識到機器人發(fā)展已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ钪?，機器人除了在工業(yè)自動化領(lǐng)域中應(yīng)用的范圍較廣之外，也已經(jīng)在醫(yī)療、服務(wù)行業(yè)有所進展。任何一項技術(shù)都需要我們不斷地對其進行應(yīng)用研究，在工業(yè)自動化不斷發(fā)展的背景下，技術(shù)工作人員也應(yīng)跟隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為工業(yè)機器人的發(fā)展注入新的內(nèi)涵。