工業機器人技術在自動化控制領域中的應用

張立平

摘 要：近年來，隨著現代科學技術的迅猛發展，工業機器人作為一項全新的技術形式出現在人們視野中，并給人類生產活動帶來了極大便利，特別是在促進工業生產自動化方面，更是發揮出了重要作用與價值。基于此，該文針對工業機器人技術在現代自動化控制領域的應用進行了探究，旨在能夠更深入了解和掌握這項技術，使其效能得以充分高效的發揮。

關鍵詞：科學技術；工業機器人；自動化控制

中圖分類號：TP242 文獻標志碼：A

進入21世紀以來，科學技術發展日新月異，機器人技術作為一項重要研究成果，對于人們而言也不再陌生，在實踐應用的過程中也為我們提供了諸多的便捷服務。就機器人技術而言，其本身屬于一項十分復雜的技術形式，綜合了機構學、計算機技術以及傳感技術等學科，且在現代化發展進程的推動下其應用也漸趨廣泛。加強工業機器人技術在現代工業自動化控制領域的應用與普及，也成了一種發展的必然趨勢。接下來筆者就分別對工業機器人控制系統的特點、控制結構及控制方式進行分析，并對其在自動化控制領域的運用進行了說明，以供參考。

1 工業機器人控制系統特點及控制方式概述

1.1 工業機器人控制系統特點

1.1.1 機器人技術要實現與機構運動學的密切聯系

一般機器人的運動都是以相應的坐標為準，因此要想保證機器人能夠圓滿地完成某項任務，就需要提前對其進行相應坐標的設置，并能夠結合具體的需要進行選擇和適當變換；

1.1.2 機器人需要自由度

自由度具體指的是機器人要具備多種操作選擇，由此才能保證其能夠通過不同組合形式來完成具體的操作任務。

1.1.3 機器人控制要通過計算機來實現

機器人由于不能象人類一樣進行語言溝通，人類的需要一般也都是通過系列的計算機代碼向其傳遞的，從而達成一種有效控制的目的。

1.1.4 機器人操作的完成可有多種不同方式

象人類活動追求的最高效一樣，機器人活動也需要從諸多的完成方式中選擇一套最佳的方式，從而保證完成效果的最佳。

1.2 機器人技術的控制方式

1.2.1 點位控制方式

機器人技術的點位控制就是對工業機器人末端執行器進行的一種對機器人位姿控制的行為。通過對機器人進行點位控制，能夠促使機器人更加快速、準確地在相應操作位置上完成具體的操作任務。

1.2.2 連續軌跡控制方式

連續軌跡控制方式是針對工業機器人末端執行器進行的一種位姿連續控制行為，通過該控制方式能夠促使機器人連續不間斷的完成相應的操作步驟，保證了操作過程的準確與平穩。

1.2.3 力控制方式

力控制就是針對機器人在操作過程中的用力程度實施的一種控制行為。

1.2.4 智能控制方式

智能控制就是利用傳感器先對周圍環境的相關信息進行獲取，隨后在結合機器人自身所具備的知識，針對具體情況進行分析和解決，由此也實現了機器人能夠在緊急情況下快速、自主解決問題的能力。

2 工業機器人控制系統結構

2.1 主從式控制結構

在當今科學技術迅猛發展的背景下，傳統的機器人控制系統越發顯得不能滿足社會需求，因此一種先進的機器人控制系統也隨之產生，即具備主動式控制結構的機器人控制系統。象MOTORMAN弧焊機器人，在該機器人系統中，存在著2臺計算機，1臺被稱為“一級計算機”，其作為整個控制系統的管理者，不僅具有機器人語言編譯功能和人機交互的作用，同時還能夠利用其所具備的運算性能，實現坐標向機器人軌跡數據的成功轉換，并將其視為關節運動增量傳輸到公共內存當中。另外1臺計算機被稱為“二級計算機”，其主要功能就是實現對整個控制過程中關鍵位置數值的有效控制。在實踐中，該計算機能夠針對內存中“一級計算機”的運算結果進行讀取，同時還能夠將系統各關節處的數據準確及時地傳輸到內存系統，由此也為“一級計算機”的順利運行打下了堅實基礎。

在主從式結構的機器人控制系統中，通過內存可將各個CPU進行連接，從而實現一次性信息交換和傳輸的目的，但多臺計算機耦合顯得有些松散，因此，目前也只能對2臺計算機進行耦合。

2.2 集中式控制結構

集中式控制具體指的就是在工業機器人的運行過程中，只利用1臺計算機來完成所有的活動控制，該結構屬于一種比較傳統的控制結構，同時對于計算機也有著較高的要求，需要計算機具有很強大的功能。之前由于計算機技術的發展尚不成熟，而且功能也不夠健全，再加上對于高額生產成本的考慮，因此集中式控制方式也成了電氣自動化控制的首選，其不僅經濟性較強，而且還能夠在實際的控制工作中得到很好的使用。但需要指出的是，集中式控制模式在控制速度方面相對較慢，而且內部結構也較為復雜，由于這些弊端性因素的影響，該控制系統在當代科學技術快速發展的情況下也逐漸被淘汰。

2.3 分布式控制結構

就目前現狀來看，絕大多數的工業機器人系統在應用過程中所采用的都是分布式控制結構。而所謂的分布式控制結構就是將管理系統劃分為2個級別。通過對上一級別主控計算機的有效運用，來實現對所有系統的管理與控制，并利用軌跡插補運算完成對坐標的轉化，而在下一級中，存在著多個CPU，每一關節都是由一個對應的處理器來進行控制。分布式控制結構的應用，促使控制效率與控制水平均得到了顯著提升，因此這一結構應用也較為廣泛。

3 自動化控制領域工業機器人的應用

在當今科學技術飛速發展的背景下，工業機器人技術的應用漸趨普及，特別是在工業自動化控制領域，該技術的應用發揮出了不可替代的重要作用與價值。

3.1 裝配機器人

對于裝配機器人而言，其往往會配備多種傳感器，象視覺傳感器、接觸傳感器等，其目的也是為了保證機器人能夠更加精準的感知操作對象，并能夠做出準確地判斷，從而保證裝配工作的效率。裝配機器人在現代自動化控制領域中的應用，不僅有效地保證了任務完成的質量，同時也保證了任務完成的效率，節約了大量的物力與時間。

3.2 材料搬運機器人

在生產過程中，材料搬運工作無可避免，很多時候，一些重量太大的貨物單純的通過人工搬運是不能完成的，為了解決這一問題，搬運機器人投入使用。一般材料搬運機器人主要用于上下垛、卸貨、碼垛以及零件抓取等定向操作過程中。

3.3 檢測機器人

檢測機器人在應用過程中所承擔的任務就是針對已生產出的各種產品或零件進行合格檢查，象測量生產零件尺寸是否合乎標準、對零件進行質量檢測等，通過一系列的規范化檢測過程，保證企業整個生產過程的精確性。而且，機器人檢測與傳統人工檢測相比，精準度更高，即使是一點差錯也會被檢測出來，從而有效降低了人工檢測的誤差。

該文提到的幾種機器人只是諸多機器人技術應用中的一部分，這樣的案例還有很多很多，如噴漆和噴涂機器人等。可以說，工業機器人技術在現代自動化控制領域的應用已漸趨普及，涉及工業生產的各個方面，在促進工業智能化、現代化和自動化發展方面發揮出了巨大的作用與價值。

4 結語

總而言之，隨著科學技術和社會經濟的蓬勃發展，工業機器人不管是在技術層面還是在功能層面，都得到了很大程度地提升。工業機器人技術在現代自動化控制領域的運用也成了現代化工業發展的一大必然趨勢。我們堅信，未來在工業自動化技術持續發展的推動下，工業機器人技術也必定會得到更為廣泛的應用，給社會帶來更多的便利。

參考文獻

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