工业机器人在自动化控制中的应用

葛华江

（上海信息技术学校 上海市 200331）

1 工业机器人的发展概述。

当代的社会的制作产业中，工业机器人的自动化生产线是最主要的生产体系。目前我国工业机器人一般是由驱动系统及控制系统等部分组成。工业机器人自动化生产线的产生可以很大程度上的代替人工作业，也提高了制造业的生产质量及效率。工业机器人的控制系统，可以根据编辑好的程序对机器人发出相应的指令，更加有效的控制工业机器人完成各项操作任务。1960年《美国金属市场报》最先提出了“工业机器人”一词，后被定为：“用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器，或通过改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置”。并被国际标准化组织采纳。早在1938年的时候，麦卡诺杂志就报道了一款工业机器人的模型，这是关于机器人在工业应用领域最早的报道。1935年Griffith P．Taylor 设计了一款可以5 个轴有电动实现运动的搬运机器人，如图1 所示。

随后不久，一款名为“Pollard’S Positional spray painting robot”机器人诞生，可以被称之为确切符合当然意义的工业机器人，并获得专利授权，如图2 所示。

1954年，George Charles Devol 申请了第一台的数字化可编程机器人专利，1956年创立了全世界第一个工业机器人制造公司，并制造了一个数字化可编程工业机器人Unimate，这台机器人的工作原理是液压，并且可以实现程序重复及记忆，其精确可以达到万分之一英寸的标准，服务于GM 公司的装配线作业，完成货品的搬运作业。后期被日本的川崎重工及英国的GKN 公司生产销售。

2 工业机器人的应用。

在1969年Victor Scheinman 发明了斯坦福机械臂。这是一款由六轴接连的全电动手臂机器人，可以在可到达的空间内任意路径运动。随后Scheinman 又开发了第二款机械手臂，名为MIT arm，并且在GM 等公司的帮助下开发了PUMA 工业机器人。ABB 公司及KUKA 公司与1973年将工业机器人投向市场。IRB6 机器人是ABB 公司推出来的全世界第一款微处理控制的全电动操控的工业机器人。目前，德国的KUKA 公司、日本的FANUC 公司、日本的安川电机及瑞典的ABB 公司是全世界工业机器人领域的领先企业也是标杆性的企业，其工业机器人的销量占据了全球机器人销量的半壁江山。除此之外，美国的Adept Technology 公司、意大利的Comau 公司。日本的川崎公司、瑞士的Staubli 及中国的新松机器人集团也是国家上关于工业机器人的最重要的供应单位。根据国家机器人联合会统计出来的数据，2013年时，全球的工业机器人的销量就已经到达了17 万台左右，到目前为止，全世界工业机器人销量已经达到了150 多万台的销量。众多数据表明，工业机器人的适用性已经得到了不断的发展，在各个领域、环境 所能完成的工作也日趋复杂、多样。一般主要作用在汽车及摩托车的生产制造、金属的冷热加工、金属的锻造、冶金已经石油石化等等。工业机器人已经可以很好的代替人工完成很多作业，如焊接、搬运、打磨、抛光等等较为复杂的作业。

图1：自动搬运机器人

图2：工业机器人

3 工业机器人的特点分析。

操控工业工业机器人的方式和操控数控机床有点类似，但也具有一些自己本身需要注意的特点，一般操作如下：

（1）极强的拟人化功能。工业机器人的拟人化功能是其最为突出特点之一。工业机器人的机械手臂具备了类似于人的手臂及手腕的部分操作，通过计算机的编程控制，可以基本实现人类手臂的各项功能与操作。另外，在工业机器人上加入视觉传感器、声音传感器及力传感器等各种传感器功能，可以极大的提高工业机器人对周边环境的认知与适应。

（2）计算机编程。在日常的工业生产中，可以跟着生产目标及环境，对工业机器人进行计算机编程，使得生产作业根据的多样化，也更加的灵活，同时节约了成本减少了损耗。

（3）工业机器人的适应性。除了很少对专业要求极强的领域外，工业机器人能适应大多数的生产任务，其通用性极强。搭配着各类型传感器，使得工业机器人的绘画功能、语音功能、制作功能等都得到了极大的提升，也扩广了其所适用的范围。

4 工业机器人技术在当代的应用情况。

目前工业机器人在医疗、工业、军事等各个领域都有着极为广泛的应用。因为工业机器人具有极好的适应性，所以在工厂制造业中的运用最为广泛。使用工业机器人，我们可以完成很多单调及繁琐的作业。工业机器人对外部的环境要求不高，即使工作环境较为恶劣，工业机器人任然可以继续作业。在搬运较重的货物、喷绘化学涂料等作业时，使用工业机器人可以极大程度的避免化学材料等对人体造成的伤害。另外，工业机器人在汽车的生产制造业中也发挥了极其重要的作用。相关资料表明，在汽车制造业中，全球近40%左右的工业机器人被应用在了汽车制造上，为全球汽车业的发展起到了极为重要的作用。把工业机器人和数控机床合理的结合起来，对于数控机床加工性能的提升，及数字柔性制造的需求都得到了极好的提升作用。在冷热加工与生产作业中，工业机器人对于铸造、喷砂、清理、铸件等环节及冷加工生产中的曲柄压力机械、曲柄弯管机械和螺旋压力机械都可以发挥很好的作用。总而言之，现在工业机器人技术已经非常成熟，未来伴随着各种科技的进步，传感技术及信息技术等不断的提升，工业机器人将会有着更为广泛的用途[1]。

5 工业机器人技术的发展趋势

随着工业机器人技术不断的发展，对我国的制造性产业中起到了极大的推动作用，同时对军事、医疗、汽车制造各大领域中也起到了极为重要的作用。随着人们对生活品质的不断追求，对于工业机器人的发展也提出了更高的要求，需要其更加的智能化。智能机器人，是设定好固定程序后，机器人可以实现自动维护、学习及创造等等。工业机器人的服务化。运用先进的互联网科技和工业机器人相结合，可以使得机器人可以自主的为人类服务。工业机器人的绿色化。要求各大生产工业机器人机构，在生产工业机器人时，所用的材料、包装等，都要求可回收再利用的绿色化，以便满足环保要求。至2017年起，全球工业机器人的安装率及使用率一直都是呈现一个稳步增长的趋势，就亚洲及澳大利亚的安装率就增长了百分之二十左右，其中中国已成为了全球最大的工业化机器人市场，根据相关部门的统计，截止2020年，全球约有180 万左右的新型工业机器人运用在市场上。所以，工业机器人是拥有巨大的发展前景的。

6 工业机器人核心制造技术分析。

在生产制造工业机器人的过程中，有很多核心技术作为支点的，它们具体是：

（1）工业机器人灵巧技术。机器人手臂的领域是使用灵巧技术最多的区域，巧妙的借助于各项传感器、独立的关机及创新机构等，在工业机器人的感知面、精密度、可靠性及控制性能方面进行技术研发，最终制造出类似人手感知级别的机器人手臂。这种性能的机器人手臂在各种环境中都可以灵活的进行作业。

（2）工业机器人的感知系统。感知系统是要求工业机器人可以将内部的信息和周边环境的信息可以很好的转变为工业机器人自身可以读懂的数据或者信号。在传感器的帮助下，工业机器人可以对移动的速度、位置、方向、力度等方面进行感知，或者拥有视觉方面的能力进行判断作业[2]。

（3）工业机器人的运动规划。为了让工业机器人的工作更加高效率，使得机器人可以在最短的时间内完成所指定的任务，就要对其运动轨迹进行合理的规划，节约机器人的运动空间和移动时间。运动规划主要是让工业机器人尽可能的避开路径中的障碍物，缩短运动路线等；并且在工业机器人的运动规划中加入时间序列，可以很好对工业机器人的行动速度进行合理的规格及利用，从而很大程度上的满足速度及光滑性的可操控的要求。

（4）工业机器人网络在线参数的自整定技术。现阶段的机器人，均已经基本具备了该项功能，可以很好的实现了工业机器人的参数识别率，其中包括了手臂关节的转动惯量、PID 参数的自整定等等。通过一系列的参数识别进行优化，可以更好让驱动系统对工作的状况进行自主的判定，从而达到智能化控制的目的。未来工业机器人的发展，会逐步朝着民生需求方面发展。也可以说，工业机器人会逐渐的延伸到人们的生活生产的行业中来，这点对于提升全球的整体社会生产力都具备着极其重要的意义。做到这点，我们必须一方面要不断的加强工业机器人的人工智能化；另一方面还要不断工业机器人的自身的逻辑性，独立推理性等。除了工业机器人的人工智能化外，在多台机器人的相互协调性和标准化也是未来工业机器人重点发展的方向。多台机器人相互协调主要是意味着，不同级别、不同领域、不同大小的个类机器人可以完成相互帮助、相互协调，共同完成安排下来的生产任务，更好的提高整体工作效率。机器人标准化，便于工业机器人的大规模的生产，以及后期的维护和维修。相关资料显示，现在工业机器人的技术水平已经处于一个相对较高的程度了，但还有很多环节及节点上的技术还需要不断的完善，提升。

综上所述，我们国家的工业机器人应用主要是体现在工业生产上为主，比如机器人船舶焊接、汽车生产机器人及运输机器人等，相比较于其他欧美发达国家而言，我国的工业机器人仍处于发展阶段，工业机器人的应用范围仍需要合理的扩展，也要求积极培养出更多的机器人发展人才，以扶持我国机器人事业的发展，期待未来随着工业机器人技术不断的更新和提升，促使机器人产业的发展更加的迅速。