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

一個國家的工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，受到技術(shù)的直接影響，影響頗深的要數(shù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)。目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用還處于初步階段，今后還有較長一段路要走，想要將技術(shù)優(yōu)勢充分發(fā)揮并推動工業(yè)生產(chǎn)自動化持續(xù)進(jìn)步，便需要對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用加以了解，為今后工業(yè)機(jī)器人技術(shù)巨大潛力的挖掘奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、工業(yè)機(jī)器人概述

工業(yè)機(jī)器人是基于科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用而出現(xiàn)的新興產(chǎn)物，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人也越來越高端、越來越智能，具備的功能越來越多樣，可應(yīng)用于多個領(lǐng)域，如汽車制造業(yè)、航空航天、電子產(chǎn)品生產(chǎn)等。具體說來，工業(yè)機(jī)器人的主要特點(diǎn)可概括為靈活性、可編程性、精確度和多功能性。按照結(jié)構(gòu)、功能也可以將工業(yè)機(jī)器人進(jìn)一步細(xì)分。

按照結(jié)構(gòu)細(xì)分，工業(yè)機(jī)器人有直臂式機(jī)器人、人形機(jī)器人、車輪式機(jī)器人等。其中，人形機(jī)器人通過模擬人體發(fā)展而來，可于復(fù)雜環(huán)境中靈活完成各項(xiàng)操作；按照功能細(xì)分，工業(yè)機(jī)器人有搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴涂機(jī)器人等，這些工業(yè)機(jī)器人在不同領(lǐng)域發(fā)揮不同作用。

總而言之，當(dāng)前的工業(yè)機(jī)器人種類多種多樣，且正在替代不同崗位中的人員完成復(fù)雜作業(yè)、危險(xiǎn)作業(yè)、高要求作業(yè)，已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的存在，在自動化控制領(lǐng)域體現(xiàn)的價(jià)值也在不斷提升，所以工業(yè)機(jī)器人的作用及發(fā)展不可小覷。

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

（一）自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用的價(jià)值

目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域的地位正在逐步提升，已經(jīng)成為該領(lǐng)域不可或缺的一部分，也引發(fā)了更多人的關(guān)注、重視。

一方面，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)更具優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在精確度和速度兩個方面，可以長時間、不間斷工作，從而彌補(bǔ)人力在這類工作中的不足，會減少生產(chǎn)中的失誤。此外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用可以有效控制工藝參數(shù)，進(jìn)而保證產(chǎn)品的質(zhì)量有一致性，較好防范了人為干擾因素，由此擴(kuò)大工業(yè)化企業(yè)盈利空間。

另一方面，降低勞動力成本。人力作業(yè)為主的生產(chǎn)時代，想要完成大量作業(yè)任務(wù)，就需要企業(yè)聘請大量人員，無形中提高了勞動力成本且勞動力成本在總成本中占據(jù)較大比重，而工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用扭轉(zhuǎn)了這一現(xiàn)狀，只因工業(yè)機(jī)器人可以替代較多人員完成有危險(xiǎn)性、單調(diào)或繁重的工作，工業(yè)化企業(yè)對人力的依賴度明顯降低，所以勞動成本會大幅降低。

總而言之是，工業(yè)機(jī)器人在自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用有其重要性和必要性，減少企業(yè)對人力的依賴性之余，也提高了工作環(huán)境的安全性，人員無須在高溫、高壓、高輻射等惡劣環(huán)境中工作，更好地保障了人員的健康和安全，足可見工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的較高存在價(jià)值。

（二）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

工業(yè)機(jī)器人可分解為主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個主要部分，主體有臂部、手部和腕部，不同部位的自由度分別有2—3個、4—7個、4—5個。具體而言，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可用五方面內(nèi)容概括：一是機(jī)器人控制和動力學(xué)、機(jī)構(gòu)力學(xué)關(guān)聯(lián)甚深，可用坐標(biāo)精準(zhǔn)描述機(jī)器人動作狀態(tài)；二是裝備3-5個自由度，這是最基本的配置，高端、復(fù)雜的機(jī)器人甚至?xí)b備幾十個自由度，自由度越多，意味著靈活度、協(xié)調(diào)性越強(qiáng)；三是借助計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控制獨(dú)立伺服系統(tǒng)，確保機(jī)器人按照人的各種意愿、訴求完成相應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)，由此完成更精準(zhǔn)操作而降低人力成本；四是機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)可以采用非線性數(shù)學(xué)模型描述，各項(xiàng)參數(shù)會因?yàn)橥饬蜖顟B(tài)的不斷變化而有所改變，耦合存在于各個變量間，單純依賴于位置閉環(huán)往往達(dá)不到既定目標(biāo)，還需讓加速或速度閉環(huán)輔助；五是機(jī)器人完成各種動作要依賴于各個路徑與方式，“最優(yōu)化”問題由此產(chǎn)生，高級機(jī)器人可用人工智能方法操控，而計(jì)算機(jī)信息庫則支持后續(xù)的決策、操作、管理。

提及工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能，可概括為兩方面：一是運(yùn)動控制功能，控制機(jī)器人的速度、姿勢等。二是示教再現(xiàn)功能，實(shí)現(xiàn)該功能需要借助手把手或示范盒，靈活采用一些方法將信息傳遞給機(jī)器人，如動作順序信息、運(yùn)動速度信息等，機(jī)器人的存儲器完成信息的自動記錄，下一次操作，重新讀取存儲器中的內(nèi)容就可以。

（三）控制方式

自動化領(lǐng)域中的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，主要受到連續(xù)軌跡控制、點(diǎn)位控制、力控制和智能控制這四種控制。其中，連續(xù)軌跡控制的主要是工業(yè)機(jī)器人末端的執(zhí)行器，為的是讓機(jī)器人順利完成各項(xiàng)指令并突出平穩(wěn)、精準(zhǔn)的優(yōu)勢，有關(guān)機(jī)器人的操作順序和速度可以被有效調(diào)整，確保安排給機(jī)器人的各項(xiàng)工作內(nèi)容出色完成；點(diǎn)位控制的對象主要是機(jī)器人末端的執(zhí)行器，位置是要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，加強(qiáng)這方面控制，可以確保機(jī)器人精準(zhǔn)到達(dá)某個位置并完成指令操作，控制內(nèi)容不涉及已經(jīng)完成操作的有關(guān)運(yùn)動軌跡；力控制指的是控制機(jī)器人的用力程度，有些要生產(chǎn)的產(chǎn)品沒有較強(qiáng)悍的硬度，所以要小心操作，為此，要通過控制機(jī)器人的用力程度來保障產(chǎn)品生產(chǎn)安全性及質(zhì)量；本質(zhì)上來說，智能控制靠的是傳感器收集周邊的信息，而后聯(lián)合機(jī)器人存儲的知識解決當(dāng)下問題。

（四）控制的外在體現(xiàn)

應(yīng)用在工業(yè)不同地帶的工業(yè)機(jī)器人形形色色且存在不小差異，差異會體現(xiàn)在內(nèi)部消息傳感器和外部信息傳感器上，如觸覺、視覺等，為了將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用描述得具體和形象，特意站在不同類型工業(yè)機(jī)器人視角進(jìn)行自動化控制方面的論述。

一是焊接機(jī)器人控制的外在體現(xiàn)。在焊接領(lǐng)域，機(jī)器人較為常見，而焊接機(jī)器人更多見于汽車生產(chǎn)過程中，且對機(jī)器人大小有一定要求，一般都是大型焊接機(jī)器人參與汽車生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作，降低人力在其中的消耗，可以輕松應(yīng)付偏重的物料搬運(yùn)、焊接問題，可以確保汽車生產(chǎn)工作安全、迅速完成。

二是裝配機(jī)器人控制的外在體現(xiàn)。裝配任務(wù)多具備繁瑣特性，對工業(yè)機(jī)器人有較高要求，包括靈活度上的要求、精準(zhǔn)度上的要求等，所以應(yīng)用于裝配領(lǐng)域的機(jī)器人多配備視覺傳感器、接觸傳感器等，且傳感器數(shù)量相比其他領(lǐng)域機(jī)器人偏多，以便做出精準(zhǔn)判斷，保障裝配的質(zhì)量、速度令人滿意，且投身裝配領(lǐng)域的機(jī)器人普遍有固定化特征，降低了嘗試次數(shù)。

三是材料搬運(yùn)機(jī)器人控制的外在體現(xiàn)。毋庸置疑，這類機(jī)器人負(fù)責(zé)完成搬運(yùn)任務(wù)，往往人力難以完成的搬運(yùn)工作交由機(jī)器人完成，且在搬運(yùn)材料基礎(chǔ)上完成碼垛、上下垛、抓取零件、卸貨等工作內(nèi)容。

四是檢測機(jī)器人控制的外在體現(xiàn)。這類機(jī)器人主要負(fù)責(zé)檢查生產(chǎn)產(chǎn)品和零件是否符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，檢測內(nèi)容包括尺寸、硬度等，由此保障工業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)性，盡可能減少工業(yè)生產(chǎn)中的失誤。

五是噴涂機(jī)器人控制的外在體現(xiàn)。這類機(jī)器人多應(yīng)用于三維噴涂噴漆工業(yè)生產(chǎn)中，作業(yè)中的機(jī)器人要具備5個或5個以上的自由度，無須不停更換位置，比人工作業(yè)方式更具效率。

三、結(jié)語

綜上所述，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用，且這些作用正在伴隨工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷升級而不斷增強(qiáng)，可以確定的是，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)展現(xiàn)出了廣闊發(fā)展前景。為確保工業(yè)機(jī)器人技術(shù)當(dāng)下及未來被科學(xué)、有效應(yīng)用，還需集中精力探究工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，為今后工業(yè)機(jī)器人于工業(yè)領(lǐng)域做出巨大貢獻(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，這具有重要意義，相信工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用終將不負(fù)眾望。

文章來源：  《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》   http://xwlcp.cn/w/kj/32519.html