工业机器人技术在自动化控制领域的实践研究

崔 岳

（廊坊职业技术学院，河北廊坊 065000）

0 引言

对一个国家和民族而言，工业的重要性不言而喻，而机器人则是工业发展的关键所在。在自动化控制领域应用工业机器人（Industrial Robot，IRB）能够全面促进其发展。虽然国内在工业机器人领域投入了一定的资金和力量，但是其应用还有一定不足，不仅严重阻碍了相关技术的进一步发展，同时还在很大程度上限制了工业的发展。因此，深入研究工业机器人技术在自动化控制领域的具体应用具有较强的现实意义。

1 工业机器人发展情况

与西方发达国家工业机器人的发展情况相比，国内在一些领域还有待提升，这需要在国家层面从教育着手，通过长时间的不懈努力来缩小两者之间的差距。深入研究发现，直接制约国内工业机器人技术发展的因素是装配和制造零部件，这主要是因为国内精密制造产业发展不足，而工业机器人需要的零件比较高精密。从装配方面来看，我国的装配技术有待完善，与需要较高精密度的工业机器人领域有一定差距。在电气自动化领域应用工业机器人，无论是生产过程还是其他过程等，都需要具有较高的精确度，任何闪失都将产生较大的误差。

2 工业机器人的控制特点

与人类相比，工业机器人没有主观思维能力，因此他们的每一项动作都必须经由程序人员来设定，这些参数事实上就是人们生活、工作中的相应指令。为了让工业机器人根据人们的思想开展工作，就必须设计相应的控制系统。整体上来看，工业机器人的控制特点主要有4 个。

（1）对工业机器人的制造而言，机构运动学非常重要，因为他们的任何运动都需要相应的坐标。为了让机器人完成一套动作，就必须提前设计好相应的坐标，然后他们会根据相应的指令完成行动。

（2）工业机器人的操作模式应该多样化和丰富化，以便于他们工作时更好的选择，尽可能地完成指令。

（3）工业机器人没有主观思维能力，其动作控制主要由计算机来完成，人们的指令以代码的形式下达，他们主要根据代码开展工作，实现人们的需求。

（4）工业机器人可以通过不同的方式完成动作，可以人为设定工作方式，以实现更好的效果。

3 工业机器人控制系统结构

3.1 主从式控制结构

随着科学技术的不断发展和进步，传统意义上的机器人已经很难满足人们的实际需要，所以便出现了更加有效的机器人控制系统，其结构为主动式控制。如MOTORMAN 弧焊机器人，该系统中有两台计算机：一台是一级计算机，主要负责管理整个控制系统，不仅能实现语言的编辑和人和设备的交互，还具有一定的运算能力，将人们设定的坐标转变成实际的轨迹数据；另一台为二级计算机，主要是有效控制整个过程的关键位置数据。在实际工作中，二级计算机可以直接读取一级计算机的运算结构，还能准确地向各个内存系统传递相应的指令，实现一级指令的传达。

在主从式结构的机器人控制系统中，通过内存可以连接各个CPU（中央处理器），从而实现一次性信息交换和传输的目的，但是多台计算机耦合显得有些松散，因此目前只能对两台计算机进行耦合。

3.2 集中式控制结构

所谓的集中式控制主要是指在工业机器人工作的时候，控制系统内仅有一台计算机对所有的活动进行控制。这是一种比较传统的结构，要求计算机的性能较为优越、功能非常强大。在计算机技术不太成熟的时期，极大地限制了这种类型工业机器人的功能丰富性，但是比两台计算机成本要低很多，因此，在自动化控制领域集中式控制结构更普遍，其不仅具有较强的经济性，同时在实际的工作中具有良好的表现。需要注意的是，从控制速度的角度来看，集中式控制模式存在一定的不足，而且具有非常复杂的内部结构，随着科学技术的不断发展和进步，这种控制系统使用的频率在不断下降。

3.3 分布式控制结构

分布式控制系统指的是划分管理系统为两个层级，通过主控计算机级别的有效控制，更好地控制和管理所有的系统，通过轨迹插补运算转换坐标。对下一层级来讲，CPU 应用得比较多，每一个处理器对应一个控制关节。应用分布式控制结构能显著提升其控制水平和效果，因此具有广泛的应用，也是目前在工业机器人系统中应用得最为广泛的一种结构。

4 工业机器人类型

4.1 焊接机器人

机器人涉及的焊接领域非常广泛，但是这种类型的机器人主要应用于生产汽车之中。因为生产汽车需要大量的焊接工作，如果这些工作全由人工完成，将会消耗大量的人力资源，但是在焊接机器人的帮助下，不仅可以提高工作效率，还能够切实保障焊接的质量效果。焊接机器人应用于生产企业工业，对汽车生产的效率和汽车的质量有较强的保障。当然，随着科学技术的发展和进步，焊接机器人也开始在其他领域广泛应用，不再局限于汽车工业之中。

4.2 装配机器人

装配工作其实非常繁琐，对工业机器人的要求也非常高，装配机器人安装有大量的传感器设备，如视觉传感器等，主要是因为需要这种机器人对操作对象能更好地感知和更精确地操作，准确完成装配式工作。其不仅保障了装配式工作的高质量完成，还能切实提高工作效率。因为装配机器人的固定化特征较强，不需要过多尝试，所以能大大提高工作效率，实现更好的工作效果。

4.3 材料搬运机器人

材料搬运的工作比较辛苦，需要花费大量的力气，特别是搬运的物品质量较大时，人力无法完成的情况下，需要借助搬运机器人来完成工作。该类型的机器人主要操作比较定向，主要是搬运、摆放等，工作相对简单。

4.4 检测机器人

在工业生产中，检测机器人主要是对产品、零部件等进行检查，查看其是否合格。不仅可以测量零部件的尺寸，判断其是否符合相应的标准，还要称其质量，检查其质量是否符合标准。总之，这种类型的机器人主要是对产品和零部件进行检测，确保生产出的商品精准性更高。不仅如此，与人工相比，检测机器人的监测精确度更高，失误率几乎为零，可以代替人类做需要较高精度的工作。

4.5 喷涂机器人

这种类型的机器人一般应用于三维喷涂喷漆工业生产之中，需要的自由维度较多（至少5 个），如果采用人工喷涂，就需要不停地变换设备的位置，需要大量的变换工作，不仅增加了工作量，还会使工作效率下降。但是通过喷涂机器人就能提升工作效率、节约工作时间，而且喷涂更加均匀细腻、喷涂效果更好。

5 工业机器人在自动化领域的发展趋势

随着科学技术的不断发展和进步，人们对自动化水平的要求也在不断提升，因此也对工业机器人提出了更高的要求。不仅要向工业机器人强国学习核心技术，还需要以此为基础进行技术创新，结合国内的实际情况研制出更加符合我国国情的工业机器人。未来工业机器人将更加多元化、更加智能，应用领域更多。

（1）在极端恶劣环境下工作。实际上有很多工业生产的环境比较恶劣，已经超过了人类自身的承受极限。因此就可以借助工业机器人的力量，由工业机器人代替人类在高温、高压等环境下进行工作、生产。

（2）应用于医学领域。鉴于工业机器人的高、精、密特点，其可以被引入医学领域，如矫正骨折的手术等。因为在这种类型的手术之中，医生难以对每一步骤精准地计算，即使医术再精湛的医生也会有误差，但是通过引入工业机器人可以实现零误差操作。未来医学领域会更加广泛地应用工业机器人。

（3）仿生工业机器人。与其他工业机器人相比，仿生工业机器人属于高科技产品。例如，以往的工业机器人需要人为设定相应的程序，但是通过将人工智能软件植入仿生机器人，就能实现对人思维的模拟，使活动更加自主。

6 结束语

随着科学技术的不断发展和进步，工业机器人的作用越来越显著，在工业生产中的应用会越来越广泛。今后应更深入地研究和探索，不断致力于发展这项技术，让其在自动化控制领域得到更好的运用，强化在该领域的发展和进步，实现更好的发展效果。