工程机械机电一体化、机器人化的研究

文/张自立，武汉重型机床集团有限公司



工程机械机电一体化、机器人化的研究

文/张自立，武汉重型机床集团有限公司

在工程机械更新换代发展的过程中，机电一体化、机器人化已经成为了必然的发展趋势。基于这种认识，本文对工程机械机电一体化、机器人化的现状、问题和未来发展情况进行了分析，从而为关注这一话题的人们提供参考。

机电一体化；机器人化；工程机器人

工程机械主要为用于其中、运输、土石方挖掘等野外作业的大型机械设备，如路面机械、挖掘机械、桩工机械等，普遍需要在恶劣工作环境中工作，要求操作人员能够熟练进行设备的长时间操作。而实现工程机械的机电一体化和机器人化，则能减少人员劳动量，并提高设备生产率。因此，还应加强工程机械机电一体化、机器人化的研究，以推动相关领域的发展。

1 工程机械机电一体化、机器人化发展现状

随着机电技术和智能技术的发展，工程机械已经开始向着机电一体化和机器人化的方向发展。1991年，国内自动化领域提出了“863计划”，工程机械机器人化技术的研究工作得到了全面开展，从而完成了自动导引车技术、掘进机机器人化等方面的开发研究。在“九五”期间，清华大学、徐工集团等单位开始了产学研合作，建立了国家工程机械现代集成制造应用工程等研究课题，有效推动了工程机械的机电一体化和机器人化发展。近年来，工程机械机电一体化和机器人化已经进入到实践应用阶段。比如在危险作业中，目前可以利用无线电遥控器指挥装载机进行作业。而通过在推土机上进行GPS安装，则可以完成施工环境和地形坡度等方面的分析，从而实现工程机械的无人操作控制。在国外，无人驾驶自卸车、液压履带式挖掘机等设备也得到了应用，可以在千米以下坑道进行无人操作施工，利用发动机转速传感器实现机电控制，以获得最高的燃油效率。而相较于国外，中国引进了大量的工程机械机器人，全面迎来了工程机械机电一体化、机器人化发展时代。早在2013年，中国共购买36560个工业机器人，赶超日本成为机器人年购入量第一的国家[1]。从工程机械机器人销售情况来看，中国年均销售量近十年平均保持25%的销售增长率。2015年，中国机器人市场需求已经达到4.5万台，成为了世界规模最大的市场。

2 工程机械机电一体化、机器人化发展问题

2.1 识别能力不理想

从工程实践应用情况来看，尽管我国工程机械技术取得了快速发展，但仍然存在识别能力不理想的问题。工程机械在实际工作中，需要跟随作业对象移动，且无可遵循的规律。而随着工作环境的变化，还需采用不同的工作方式满足作业需求。但就目前来看，采用机电一体化工程机器人进行现场施工，设备对作业对象的感应能力较差，无法及时识别作业对象，也难以根据现有作业环境做出准确判断，进而导致机械设备的使用无法满足现场工作要求。

2.2 环境适应力不强

不同于一般机械设备，工程机械通常在-30℃以下或40℃以上的温度条件下工作，且多处在室外大风、暴雪、尘埃等作业环境中，容易受到环境因素的冲击。而目前研制的工程机器人环境适应力不强，在恶劣工作环境中容易出现无法顺利开展工作的情况。例如，在-35℃下使用无人挖掘机，就会在挖掘冻土层时出现挖掘速度减慢和设备损伤过大等情况。目前，工程机械智能设备控制系统在应用过程中通常需要加强防护，以免微机设备元件或传感器等装置发生故障或损伤，进而导致设备无法正常工作。

2.3 技术融合度过低

在实践应用领域，工程机械技术需要融合光学技术、生物传感技术、机电技术等多学科技术，以实现机电一体化、机器人化发展。但就目前来看，工程机器人技术融合度较低，各装置间难以顺利进行信息传递，各程序的协调性较差，难以实现高效化运行。例如，在工程机械内燃机中，安装有测绘超声波测距仪用以实现刀板高度调整和超声波测距等方面的控制管理。但从实际应用情况来看，机械设备的信息处理能力较低，难以依靠自控系统实现设备的所有操作，因此依然需要依靠人员协助才能实现机械操作。

3 工程机械机电一体化、机器人化发展未来

相信随着工程机械机电一体化、机器人化发展，目前工程机械技术应用存在的问题将在未来得到逐一解决。首先，针对机械识别能力低的问题，设备研发单位还要深入作业现场了解设备应用要求，以便采取智能化技术加强设备对周围环境的感应，利用传感装置完成相关数据采集，并及时完成作业方式的调整，进而更好的满足机械作业要求。其次，面对复杂的作业环境，还应加强机械设备元件调整，完成具有较强环境适应力的机械设备元件研发，确保设备在恶劣工作环境中始终保持良好工作状态。针对控制元件，还应加强隔离保护，以减少设备所受影响。此外，还应加强设备检修维护，以免设备出现停工维修问题。最后，随着各学科技术的发展，还应不断提升工程机械技术融合度，对多种分散设备进行集成，以实现高度机电一体化发展[2]。同时，还应加强智能化技术的应用，对计算机、自动控制等领域的技术进行高度、有效融合，以推动工程机械机器人化建设发展。而通过实现高度机电一体化和机器人化，则能使人工介入的情况得到尽可能减少，使工程机械施工效率得到大幅度提高。

4 结论

通过研究可以发现，随着智能技术、信息技术、机电技术等技术的快速发展，工程机械也将全面实现机电一体化和机器人化发展。而就目前来看，有关项目已经陆续起步，并取得了一定的研究成果。但受工程机械使用条件的影响，工程机器人的实践应用仍然存在识别能力不足、环境适应力差等问题，相信能够随着技术的发展逐步得到解决。

[1]黎波,陈雁,袁家安等.工程机械机器人化关键技术[J].建筑机械,2015,(09):61-64+8.

[2]李清伟.基于无线智能示教和视觉跟踪技术的工程机械焊接机器人控制系统设计[J].热加工工艺,2014,43(19):213-215.

张自立，现供职于武汉重型机床集集团有限公司,职称：工程师，研究方向：机电一体化专业。