工业机器人在自动化控制中的应用研究

2018-12-23蔡济云

科技与创新 2018年1期

关键词：传感器工业机器人

蔡济云

（武汉市第十一中学，湖北武汉 420100）

工业机器人在自动化控制中的应用研究

蔡济云

（武汉市第十一中学，湖北武汉 420100）

工业机器人需要用到多种技术，包括计算机技术、自动控制技术、传感器技术等。另外，近年来人工智能技术也得到了广泛运用。工业机器人的一个重要特征是可以长期长时间地进行单调、重复的体力劳动，可以替代很多人工作业。鉴于工业机器人在自动化控制领域有着广泛的应用，对工业机器人在自动化控制中的应用进行了相关研究。

工业机器人；自动化控制；运动控制；示教再现

1 我国工业机器人发展现状

我国工业机器人跟国外相比差距较大，这跟我国工业机器人起步较晚有一些关系。目前，我国在工业机器人方面获得了技术上的突破，但是很多核心技术并没有掌握，真正拥有我国知识产权的工业机器人其实并不多。总体来看，我国工业机器人技术水平普遍不高。具体而言，在制造装备方面，我国生产高精密部件的水平在世界上不占据优势。我国在数控机床关键技术与装备和装配自动化机器人、隧道掘进机器人等方面获得了较大的突破。但这些突破跟国外一些发达国家比较，差距还是较大的，值得我国重视。图1所示为某企业生产的工业机器人。

图1 某企业生产的工业机器人

2 在自动化控制系统中特点与功能

2.1 工业机器人在自动化控制系统中的特点

所谓“工业机器人”，就是在工业领域应用的多关节机械手或多自由度的机器装置。通常情况下，工业机器人需要3个左右的自由度，在复杂的机器人中，往往需要多个自由度。在工业机器人的每个自由度中，可以将自由度组成多变量的控制系统。在多个坐标下，工业机器人实现手足状态的描述，从而实现坐标变换。通过对工业机器人的控制系统进行分析，发现其与动力学和机构运动学是密不可分的。为了实现工业机器人根据人的意志去执行各项操作，就需要通过计算机对其进行控制。在此过程中，需要借助非线性数学模型来实现，通过该模型，设置模型参数，使工业机器人的运动状态发生各种改变。需要注意的是，工业机器人可以通过最优路径来实现各种动作的操作。另外，对于高级工业机器人而言，如果能够借助计算机构建信息库，那么就能够更好地对工业机器人进行控制和执行各种操作。

2.2 工业机器人在自动化控制系统中的功能

一个工业机器人往往功能较多，但是运动控制功能和示教再现是其中最为显著的2种功能。通过运动控制系统，可以使工业机器人操作器的速度和位置、姿态发生改变；通过示教再现这个功能，把动作信息和操作位置等信息传达给机器人，机器人借助记忆系统，可以将这些信息进行存储。当机器人下一次接到指令的时候，就可以根据已记忆存储的内容自动进行各种操作。在汽车制造行业中，工业机器人首先得到了应用。当科技和经济进一步发展之后，工业机器人的应用领域越来越广泛，不仅可以代替人工进行高温和高危环境的作业，还可以代替工人进行重复性高、体力消耗量的作业。工业机器人在社会生产中的广泛应用，不仅能够避免工人发生安全问题，还能够使企业的生产效率大大提升。由于工业机器人的优点较多，其在很多自动化生产领域都能够充分发挥自身的作用。比如，焊接机器人、检测机器人、搬运机器人、喷漆和喷涂机器人、装配机器人就是工业机器人在自动化生产中的典型应用。其中，焊接机器人主要用于对车身结果进行焊接；检测机器人能够对零部件的尺寸进行确定，对零部件的质量进行把握，有的甚至还能够对零部件实现自动分类，大大降低了工人的工作量；材料搬运机器人在搬运工作中起着重要作用，不仅能够装货和卸货，还能够抓取零件、堆垛等；喷漆和喷涂机器人自由度的数量往往要大于5，这是由这种作业对机器人的动作要求所决定的。另外，有时候为了使机器人实现定向行走，往往通过导轨来对工业机器人进行行走轨迹引导。装配机器人由于具有听觉传感器、视觉传感器、触觉传感器等多个传感器，所以能够使装配工作得到顺利开展。

3 工业机器人在自动化控制中的发展展望

我国在工业机器人方面提出了发展战略目标，也就是根据我国先进制造及其自动化的要求，向发达国家高技术创新方向前进，努力研发更高水平的工业机器人，并且在产品技术和系统技术方面获得重大突破。在不久的将来，工业机器人主要的发展重点包括以下3个方面：①危险作业环境下的机器人，主要负责高温、高压环境下的作业，油气管道的检测等。②在医学领域，工业机器人的运用也是非常值得期待的。很多脑外科手术、骨骼的矫正手术，如果仅仅靠手术医生，很难做到手术的精细化，因为人工总是有误差的，而机器人就能够将手术做得更加精细。③仿生机器人。这种机器人能够模拟人行走，通过网络对设备进行遥控。总而言之，未来我国工业机器人的总体发展趋势是：更加智能化、更加低成本、更加可靠、更加集成化。