論工程機械機電一體化及機器人化

髙　翊　康世斌

（長春汽車工業(yè)高等專科學校，吉林長春 130011）

論工程機械機電一體化及機器人化

髙翊康世斌

（長春汽車工業(yè)高等專科學校，吉林長春 130011）

工程機械是工程建設施工的基本保證，是亞投行順利開展工作的前提之一。工程機械的發(fā)展需要技術革新和思想進步，未來工程機械將不再是人的操作，而是真正的機器操作，即要實現(xiàn)機電一體化及機器人化。本文分析了工程機械機電一體化及機器人化的發(fā)展現(xiàn)狀，對發(fā)展中存在的問題及困難進行了剖析，進而對未來機電一體化及機器人化的發(fā)展方向做了展望。

工程機械 機電一體化及機器人化 現(xiàn)狀 發(fā)展

經(jīng)濟的快速發(fā)展對工程機械提出了更高的要求，新的挑戰(zhàn)期待科技的飛躍，機電一體化及機器人化開始成為人們津津樂道的主題。要實現(xiàn)工程機械的高效節(jié)能，提高作業(yè)精度及高危作業(yè)時工人的安全系數(shù)，就需要工程機械自動化，智能化，實現(xiàn)無人駕駛及遠距離控制，這就要求工程機械具有人的大腦，有神經(jīng)感覺，有血液骨骼，成為名副其實的機器人。這不是科幻，也不是夢想，只要借助計算機、傳感器、電線和光導纖維，液壓來實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)，具有良好控制性能和處理信息能力的電子技術，就可以夢想成真。可以說，工程機械機電一體化及機器人化，是未來工程機械的發(fā)展目標，是觸手可及的偉大理想。

1　機電一體化及機器人化發(fā)展現(xiàn)狀

電子控制技術的快速發(fā)展，已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，如今，也逐漸向通用性的工程機械滲透發(fā)展，如我們熟悉的挖掘機、攤土機等，就已經(jīng)實現(xiàn)了電子化并投入使用了。

這是一種被稱作為機械手的自動控制技術的運用，具體體現(xiàn)在全功率控制，節(jié)能控制，分工況控制，自動掘削及愈速控制，自動暖機及防過熱控制，挖掘限深控制，平穩(wěn)操縱及自動變速控制，分流及電子診斷控制等，滿足了提高生產(chǎn)率和加工精度，降低燃料消耗，降低噪音，保護發(fā)動機及液壓系統(tǒng)，保障操作人員人身安全等需求，表現(xiàn)出工程機械中電子控制技術的運用逐步深入，從而使工程機械的性能得到較大提升，面貌得到較大改變，技術也更進了一步。

這類機械機電一體化的發(fā)展是循序漸進的，也就是先實現(xiàn)對機械個別部件的單獨控制，再逐步發(fā)展為對所有部件的綜合控制，使電子控制技術的運用逐步深入，應用范圍逐步擴大。其次是實現(xiàn)了由簡單操縱控制向復雜智能控制的跨越。簡單控制由于作業(yè)對象與環(huán)境的不同而不盡人意，智能控制才可以達到適應各種工況、操縱及環(huán)境的目的。這樣，新興的電子控制逐步取代了傳統(tǒng)的機械和液壓控制，如機械的心臟—發(fā)動機，如今已經(jīng)采用了電子調(diào)速器，高速電磁閥油泵控制等控制軟件，過去經(jīng)常采用的離心式調(diào)速器，電液比例閥油泵控制已經(jīng)落伍并終將被淘汰，智能泵和智能發(fā)動機必將成為主角而備受青睞。

總之，工程機械的機電一體化的發(fā)展是，從節(jié)能、提高生產(chǎn)率開始，進而簡化、減輕操作人員的操縱，由單一走向全面，由人工操作走向半自動化和全自動化。但是，與真正實現(xiàn)機械機器人化的道路還很曲折與漫長，前途是光明的，相信只要解決了圖像處理和物體認識等一系列技術難題，工程機械機電一體化及機器人化就會真的實現(xiàn)。

2　機電一體化及機器人化發(fā)展面對問題

機電一體化及機器人化在西方發(fā)達國家發(fā)展較早，進展速度也較快，但目前也只是實現(xiàn)了機電一體化，而機器人化研究及發(fā)展也遇到了瓶頸，可見其技術難度及復雜性遠遠高于工廠中的機器人、機械手技術。實現(xiàn)工程機械機電一體化及機器人化需要更高深的技術，更廣泛的知識領域。

首先，工程機械與工廠設備不是可以相提并論的。工廠設備一旦在車間裝置就固定下來，只是機械地進行重復性操作，動作規(guī)范且標準，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)較為簡單。而機械工程不是固定的，要隨著作業(yè)對象與環(huán)境的變化而改變，沒有規(guī)律可言。建筑施工人員也需要根據(jù)經(jīng)驗對作業(yè)對象與環(huán)境進行觀察、判斷，電子技術設置的程序怎么能做到呢？就由于施工的不確定性，要求工程機械不能按照設定的程序進行操作，而是要高智能化。即具有類似操作人員的認識、感覺和判斷能力，實現(xiàn)智能機器人操縱的機械才可以稱為智能機械。但是智能機器人目前還只是在研發(fā)階段，投入生產(chǎn)與使用仍任重道遠。

其次，智能機械需要更廣泛更高深的知識及技術支持。智能機械的建造涉及物理上的機電光聲專業(yè)和化學等技術領域，機械基礎技術與高端特殊技術要銜接并融合進行機械內(nèi)部的信息處理。這就是另許多科學家犯難的問題。如為了控制工程機械內(nèi)燃機的工作過程和排放，需要使用化學傳感器。為了控制工程機械的工作狀態(tài)安全穩(wěn)定，需要使用超聲波和激光技術。為了控制工程機械的運行方向正確，需要使用衛(wèi)星導航及高精定位設備等。可見，進行工程機械智能機器人建造，需要涉及到方方面面的基礎與高科技知識與技術，這就對研發(fā)人員提出了更高的要求，要求電子技術熟悉，還需對物理，化學技術掌握。所以知識領域之廣，基礎技術與高端技術跨越之大，是工程機械智能機器人化的解決難題之一。

還有，工程機械一般在室外工作，工作環(huán)境惡劣，條件艱巨，高溫低溫的溫差大，風雪雨霾的變化大，還需要抗震抗沖擊的能力，這就對控制系統(tǒng)的各個部件提出了更高的要求，所以工程機械智能機器人化要求之高，不亞于軍工產(chǎn)品，航天器的標準。有實驗表明，工廠車間內(nèi)或?qū)嶒炇覂?nèi)使用效果良好的傳感器、電子計算機、電器、電液閥、插件等器件，一旦運用到工程機械上時，效果往往大打折扣，有時甚至直接怠工。所以，工程機械智能機器人的控制元件一定要最優(yōu)最好的產(chǎn)品，這對當下的相關產(chǎn)品也提出了更高要求。巧婦難為無米之炊，沒有與之相適應的配件，智能機械的實現(xiàn)也只是癡人說夢。

最后談到智能機械的操作問題。由于動作的隨機性與不規(guī)律性，很難設定固定的程序進行自動操作，現(xiàn)在常見的PIC自動化控制系統(tǒng)很難滿足其要求，運用到智能機械上的控制系統(tǒng)理論上應具有控制技術，狀態(tài)反饋，前反饋及非線性補償技術等。機械智能機器人要達到熟練操作人員的技能與機巧，需要采用模糊理論，將人員的操縱規(guī)律輸入計算機中，然后通過模糊控制，使智能機器人能根據(jù)作業(yè)情況的變化對人員操作經(jīng)驗學習借鑒，識別處理。這樣高智能機器人也只是理論上可以建造，真正與工程機械合二為一，完全投入實用，可謂“路漫漫其修遠兮”。

3　工程機械機電一體化及機器人化發(fā)展方向

工程建設中，如果作業(yè)較為單純的話，可以采用專門機械進行施工。還有根據(jù)施工要求研究新的施工方法，依據(jù)施工方法來設計相應的專業(yè)機械。

裝修專業(yè)機器人。這類機器人用來檢查房屋外墻，粉刷或貼墻基建專業(yè)機器人。這類機器人用于基建方面的施工，如地基挖掘、加固及改良，混凝土攪拌加工，材料傳運等。基建是最勞累最辛苦，也是要求質(zhì)量最高的施工項目。在這方面進行自動化操作與施工，既省卻了人力，又保證了質(zhì)量，是智能機械機器人化發(fā)展方向。

磚；室內(nèi)墻粉刷，安裝門窗玻璃；地面混凝土鋪設及打磨；房屋管道鋪設及裝配等。這類機器人制造技術相對簡單，動作不很復雜，省卻了人力，可以進行研發(fā)。

地下專用機器人。這類機器人用于下水道檢查、疏通，隧道挖掘及土石傳運，地下鉆孔等。這方面的施工環(huán)境差，臟，工作強度大，適應使用機器人作業(yè)。也是智能機械機器人化可以考慮的發(fā)展方向。

其他專業(yè)機器人。根據(jù)具體工作要求不同，可以發(fā)展其他專業(yè)機器人。如筑路和道路維修機器人，山地測量機器人，海底探測機器人，危樓爆破機器人等。

4　結語

目前，工程機械中已經(jīng)運用到了自動系統(tǒng)，未來隨著科技的進步，工程機械機電一體化及機器人化將不會只是設想，而會真正用到建筑施工中去。我們期待這一天的早日到來！

［1］管榮根，傅偉，顧玲.機器人在工程機械行業(yè)中的應用及關鍵技術的探討［J］.工程機械，2008（8）：38-41+77.

［2］顧玲，李燁，任海良，管榮根.發(fā)展機器人技術提升我國礦山機械行業(yè)整體科技水平［J］.礦山機械，2009（12）：5-9.

［3］何冰，溫銀萍.論工程機械機電一體化及機器人化［J］.科技風，2011（15）：152.

髙翊（1964—），女，漢族，吉林長春人，碩士，高級工程師，主要研究方向：機械制造及工藝設備。