工业机器人在自动化控制领域中的应用研究

2021-11-24孙超

商品与质量 2021年15期

孙超

珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070

经济的发展带动了科学技术的进步。在中国现阶段，机器人已广泛应用在工业、国防等领域，技术日益成熟，尤其是在工业自动化生产中已取得了很好的成绩，工业机器人在汽车制造、铸造业等方面已很大程度上取代传统的人工生产模式。目前，机器人应用过程中也存在一些问题需要解决，技术需要进一步提高，使机器人技术更趋向智能化、现代化发展。

1 概述

“机器人”的由来很早，最近几年逐渐渗入到我们的日常生活中，成为人们喜闻乐见的话题。国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）对工业机器人的定义是面向工业自动化领域的自动控制、可重复编程的多用途机械手。工业是一个国家发展的根本，机器人自动化是工业发展的命脉。我国的工业机器人从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家科技攻关项目的支持下，特别是在“863”计划的支持下，经过十几年的研制、生产和应用，使中国的机器人产业从无到有，跨出了一大步[1]。

2 工业机器人的诞生与发展

第一代工业机器人主要是运用示教器来进行编程，编写出相关的数据，通过示教器把操作指令及顺序保存起来，再由控制器下达指令到各个执行机构，让执行机构来实现指令内容，进行操纵过程。

第二代便演变为远程监控模式，通过模拟和仿真等技术构建出以信息映射为平台的数据模型，这样在编写程序过程中能更直观地发现错误并及时修改。该系统能第一时间针对某些指令或者预期行为进行测控。可以说这是工业机器人发展到一个简单的智能化阶段，其通过传感器来实现一定程度的视觉感官。

第三代则是真正进入了智能化阶段，实现了自主化、自动化操控和运动，其信息由外部传感器进行采集，第一时间评估四周的工作环境，通过系统参数所做出的相关判断对系统在后续运作中应有的工作行为做出计算，最终下达指令来进行自动化运作。

3 对自动化的控制特点进行分析

为了能够进一步对自动化的控制系统进行优化，也要将其被控制的装置以及对象通过合理方式进行衔接，使其能够形成一个有机的整体，让系统实现自主行动。然而在具体进行生产的过程中，通过合理的应用自动化的技术，实现不需要人力参与到实际生产中，机器人可以在无人干预的情况下处于自动运行状态，能够更好地实现二十四小时无休止的工作。

4 工业机器人控制部分的概括

4.1 人-机交互系统

人-机交互系统是指操作人员对机器人进行控制并与机器人之间取得联系的装置。该系统可分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。类似于我们日常所使用电脑的键盘（指令给定装置）和屏幕（信息显示装置）。以一个简单机器人为例，机器人系统包含示教器和控制柜，机器人主要是通过示教器和控制柜与自身取得联系，既可以通过在示教器上进行编程，输入一些指令，即指令给定装置；也可以在示教器上显示相应的信息，即信息显示装置。这就是人-机交互系统。

4.2 组成和控制方式

机器人的组成部分主要由控制系统、驱动系统、主体结构三个部分组成。而主体结构部分又包括臂部、手部、腕部三个部分，机器人的手部一般有四到七个自由度，腕部有两到三个自由度，臂部一般存在四到五个自由度。在机器人的控制方式部分，首先是智能控制，机器人能够通过传感器接收周围一系列的环境信息，并且输入到控制系统中，控制系统能够通过传入的信息不断地进行分析，从而传入相关的操作指令，能够让机器人智能地学习和适应生存环境。其次是触觉方面的控制，机器人在进行工作的过程中，是需要提高效率，准确度，安全性的，通过触觉的方式能够帮助机器人感觉到周边环境的影响，并做出相关的动作。

5 工业机器人在自动化控制中的应用

5.1 汽车制造行业的应用

在世界大多数发达国家的汽车制造行业中，工业机器人的使用量已超过机器人总数的53%，而在中国，也已有超过50%的工业机器人应用于汽车制造业，而在应用于汽车制造业中的工业机器人中，有50%以上的机器人为焊接机器人。因此可以看出，工业机器人在未来的应用中必将取代汽车制造业的人工工作模式，实现工业机器人在汽车制造中完成全部作业的目标。现阶段，中国对制造业和自动化技术提出更高的要求，工业发展要追赶并赶超世界发达国家水平，工业机器人在其中发挥着重要作用。工业机器人在汽车制造业中的应用对汽车制造业的发展有着极大的促进作用，对改变中国汽车制造业现状和增加国际市场竞争力具有重要的推动作用[2]。

5.2 家电行业的应用

空调器外机安装工艺顺序为由底而上、由里向外，安装元件分别为：纸托、底盘、脚垫、洗涤剂、压机、固定螺母、胶塞、隔音棉、地线、高压阀等共计64种，装配方式有三种，分别为：人工、机器人自动化、其他设备自动化，字母表示分别为P、R、M。

在64个装配工序中，自动化M+R装配形式的工序有33个。为此，自动化率的初步计算方式为：（自动化工位总数/工位总数）×100%=51.6%。工业机器人装配完成的总元件数量为20个，机器人自动化应用效率为：（工业机器人装配数量/工位总数）×100%=31.3%。完成所有项目自动化装配的33个数目中，工业机器人的应用占比为：（工业机器人装配数量/自动化工位总数）×100%=（20/33）×100%=61%。经计算分析可知：各企业多年内应用的装配自动化工艺，优化了空调外机装配的成本，其中纯人工费用降低了44%，优异的经济性表现，具有重要的发展意义，相比于其他新兴产业，此线体所具有的自动化装配能力尚不理想，仍然存在人为依赖问题。在全部自动化装配工位中，工业机器人的装配应用率达到61%，充分证实了工业机器人装配技术的应用效能，彰显出工业机器人运行期间的多重优势，表现为：灵活性强、集成度高、编程性优异、场景应用适应性佳。

5.3 分析机器人的喷涂

对于机器人的喷涂而言，主要作为现如今汽车制造行业中应用较为广泛的一种技术，通过合理的应用这些技术，能够更加准确的判断出汽车的设计情况，对其每个喷涂的细节进行有效落实，对汽车喷涂过程中的要领进行不断的明确，使其汽车的外观能够更加细致。此外工业机器人在人工喷漆中，可以更好的对喷漆的效果和位置进行把控，将其成果进行合理的优化，保证机器人能够对喷涂工作落实到实际中，对喷涂活动做出持续的优化和改进，最终使其喷涂效果和质量得到全面提升。研究喷涂工艺的目的是获得良好的喷涂质量，保证生产稳定运行，具体而言，核心研究内容就是基于现有喷涂装置和外部环境，选择最优的喷涂参数和最佳的喷涂轨迹。喷涂工艺所要研究的内容有喷涂路径、喷涂重叠率、喷涂流量、喷涂速度、喷涂距离、雾化和扇形空气压力等。

为了获得良好的涂层质量，并且完整覆盖工件表面，通常需要机器人夹持自动喷枪与工件表面保持一定的角度和距离并匀速移动，喷枪末端沿着工件表面的运动轨迹就是喷涂路径。由于单道喷涂轨迹在工件表面形成一个中间厚，两边薄的涂层，因此为了获得均匀的涂层，相邻轨迹的喷幅之间要有一定的重叠。

5.4 医疗领域的应用

工业机器人在医疗方面的应用主要表现在细微的手术方面。随着时代的发展，医疗的领域已经与现代科技息息相关，并且离不开现代化的技术。机器人就是最好的证明。根据目前来看，世界上已经实现了智能机器人的手术。虽然手术的过程相对简单，但是它也能够体现出机器人在发展过程中的重大突破。对于一些我们人类无法完成的操作部分，可以交给机器人来做，他在实现病人的康复手术等过程中，能够不断地促进手术的成功，同时在医疗方面也包括智能机器床、智能机器手术台等[3]。

5.5 服务行业的应用

在服务行业的发展过程中，服务业的发展已经随着时代的潮流实现自身的智能化。在智能机器人的应用中，主要体现在智能机器人的服务方面，例如最新研发的服务机器人，根据相关的程序代码可以设置出机器人的动作运行速度利用机器人进行服务，在大型的酒店，利用机器人进行传菜服务，同时还可以根据相应的程序设施来设定机器人厨师，这些新兴的设备不断地吸引着顾客，有些公司已经开始使用智能机器人进行前台服务，这提高了顾客的体验度，同时也不断完善着公司的发展。