機電一體化技術在機器人領域中的應用

王曉平

摘要 工業機器人在我國工業領域中的應用十分廣泛，尤其在焊接、搬運、噴涂等領域機器人發揮了十分重要的作用，極大的解放了人工勞動，提高了生產效率，保證了產品的一致性。本文結合現有的工業機器人體系與機電一體化技術在工業機器人領域中的應用進行分析與研究，對未來機電一體化技術在機器人領域中的應用具有指導作用。

【關鍵詞】機電一體化 機器人 控制 應用

機器人由硬件與軟件組成，硬件由機器人本體的硬件結構組成，軟件則是通過計算機開發的機器人的控制系統，軟件中集成了機器人的運動控制算法、傳感器反饋數據處理算法等。由于在工業生產制造過程中，機器人應用在搬運、碼垛、噴涂、焊接等領域時，機器人的運動控制較為固化，大部分是通過示教模式，使機器人按照預定的運動軌跡運動，重復相同的動作，因此，在機器人的實際控制中較為簡單，但對于高精度的運動控制中，必須結合相關的傳感器使機器人的控制形成閉環控制系統，精確控制機器人的運動軌跡，保證最終的運動精度。

1 工業領域對機器人的應用要求

1.1 機械零件制造精度

工業機器人屬于中小型的精密加工制造設備，相對于大型機械制造設備而言，其設計精度要求較高，對機器人中各個零件精度要求較高，由于機器人在工業領域中的應用較為精密，因此為了保證最終的運動精度，在機器人各個機械部件的制造加工過程中對其精度有較高的要求，否則無法滿足機器人運動精度的要求。在工業機器人的核心零部件（電機、機械臂）的加工過程中由于零件的精度沒有達到設計要求，在機器人長期運動工作過程中，影響機器人的運動精度定位，由此導致機器人末端運動位置與要求位置出現較大的偏差，嚴重影響機器人的正常使用。

1.2 傳動系統精度

工業領域中常用的機器人有兩種，一種是六軸旋轉機器人，即機器人的六個軸的運動都是旋轉運動;一種是直線運動機器人，即機器人的各軸的運動均是直線運動，此類機器人通常用于上下料設備中。機器人運動必然涉及到動力的傳遞，從機器人各軸的驅動電機傳送至末端位置的過程中，各個傳動件的精度都會影響機器人末端的運動精度。由于工業機器人對運動精度要求較高，目前國內的技術無法制造高精度減速器，國內現有的機器人的減速器大多采用日本生產的RV減速器和行星齒輪減速器。此外，由于工業機器人大多屬于串聯機器人，每個傳動環節的傳動精度都會影響機器人末端的運動位置，且前端的運動誤差會隨著傳動鏈的推移不斷被放大，導致機器人末端位置控制不精確。

1.3 機器人裝配精度

工業機器人的裝配精度直接影響機器人末端位置的精度，由于工業機器人設計之初各個零件的裝配精度設計不合理，導致在機器人使用過程中傳動鏈各級的運動關系異常，在工業機器人動力傳遞的過程中喪失了各軸的運動精度和末端執行件的位置精度，無法保證機器人達到要求的位置精度，影響了生產加工的質量。

1.4 機器人精度保持性機器人末端負載能力

工業機器人在使用初始階段時的定位精度較高，但隨著使用時間的增加，機器人精度下降，通常是由于機器人各個零部件的磨損導致的，也與機器人的精度保持性有關。由于機器人通常只做重復運動，重復定位精度較高，但由于末端負載以及各個零部件的磨損，導致機器人定位精度和重復定位精度較差，各級誤差隨著傳動鏈從電機到末端執行件執行件不斷被放大，導致工業機器人末端執行位置與理想位置存在較大的差異，影響機器人的使用。

2 機電一體化技術的應用

2.1 各軸電機運動位置檢測

在機器人各軸的電機與氣缸安裝之初，電機與氣缸的運動精度都經過嚴格的檢測與校準，例如電機一般都是采用伺服電機，且各個電機上安裝編碼器用于檢測電機旋轉的角度，通過編碼器的反饋數據接入電機的伺服驅動器中控制電機旋轉的角度，使電機的實際旋轉角度與目標角度一致，保證電機端動力源的運動精度。同樣，做直線運動的氣缸機械臂的伸出與退回的距離經過限位擋塊的校正同樣可以保證各個氣缸運動量的精確性，由此保證機器人末端位置的運動精度。

2.2 機器人核心部件檢測

機器人的核心部件是各軸的關節臂的減速器，在機器人各軸的減速器位置處安裝振動傳感器，檢測減速器位置處的振動情況，由此判斷機器人運動的平穩性，若減速器位置處真的傳感器的振動頻率過快、振幅較大則表明減速器運行存在異常應針對減速器位置進行檢查和維護確保各個減速器的正常工作，以免由于減速器出的振動影響機器人末端位置的運動精度和平穩性。

2.3 機器人運動軌跡規劃

機器人的運動軌跡通常是根據實際的生產需求規劃的，機器人的運動軌跡規劃通常在以工控機為上位機的計算機上進行的，將各個目標位置處末端目標的位置和方向輸入工控機中，根據機器人運動學的逆解，將工業機器人各個軸的運動量求解出來，并通過驅動器下發至各個軸的驅動電機，是機器人各軸同時運動，保證機器人的末端位置和方向達到目標的運動位置和方向，實現機器人對生產加工的要求。

2.4 機器人工作環境管理

工業機器人屬于高精密的加工設備，機器人對其周圍環境的溫度、濕度等都有極高的要求。在工業機器人的維護和管理工作中，需根據機器人的性能控制設備周圍的環境，根據機器人的運行情況和生產加工的要求，將工業機器人安裝在溫度適中、空氣濕度適中的位置，盡量避免工業機器人由于周圍環境導致的末端控制精度降低。

3 結論

通過上述的分析，本文針對機電一體化技術在工業機器人控制領域中的應用進行了分析與研究，分析了機器人末端位置存在誤差的原因，并提出相應檢測和矯正措施，有利于生產人員在機器人使用過程中通過計算機技術和傳感器技術精確控制機器人末端的位置精度，避免影響機器人的正常使用。

參考文獻

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