工業機器人技術在自動化控制領域中的應用

范國華

(江西工業職業技術學院，江西 南昌 330000)

1 工業機器人發展現狀

相較于發達國家，雖然我國的工業機器人技術已經得到了突破，但在高、精、尖零部件的研發上，還處于初級階段，獲得國家知識產權的工業機器人數量不多。當前的應用，也多是集中在制造業和裝備業上，因此，尚未占據主導發展地位，關于伺服電機、伺服驅動器、運動控制器、精密減速器等關鍵的零件和部件，也是依靠進口，這均是當前我國工業機器人技術研發中的薄弱環節。但各個單位在這一方面的研究和實踐上均付出了大量的人力、物力和財力，也取得了不錯的效果。以搬運機器人為例，近年來，工業機器人年平均增速超過了70%，部分品牌能夠與發達國家抗衡，而涂裝機器人的國產品牌銷量也逐年增長，盡管總體技術與國外還存在一定的差距，但相信在不斷的發展中定能取得滿意的效果。

2 工業機器人的功能和特點

2.1 工業機器人的功能

工業機器人功能復雜，其中最為常見的功能就是示教再現和運動控制，通過上述幾項功能，即可完成基本的操作，讓機器人控制器的位置、速度發生變化，及時將相關操作位置、動作信息來反饋至機器人，再通過記憶系統，即可將信息保存下來，讓機器人可以及時接收信息，那么，即可按照之前的內容來完成操作。以汽車制造領域為例，工業機器人被廣泛應用在鍛造、鑄造、塑料、車橋、座椅、變速箱、發動機的生產中，在科技的發展下，工業機器人的應用領域也越來越廣泛，可以替代人類從事各種高危行業，也能夠參與體力消耗量大、重復性強的作業，工業機器人的應用能夠解決安全問題，提升企業的生產效率。機器人的通信系統包括兩個等級，第一級是應用網絡通訊技術、串行通信技術來實現機器人控制器與PC之間的通信，第二級是應用工業現場總線通信技術來實現機器人、外圍設備之間的通信，機器人有著豐富的I/O通信技術，能夠輕松實現與周圍設備、PC機之間的通信，常見的通信方式如下：

表1 機器人常見通信方式

以機器人為核心的工業生產是目前工業生產不可逆轉的趨勢，作為自動化、先進制造技術的代表，對于制造業的發展具有極大的促進作用，而且能夠促進傳統產業、高科技產業之間的融合，能夠以多種網絡技術、信息技術作為媒介來將各種設備連接起來。

2.2 工業機器人的特點

就當前來看，工業機器人主要是在工業領域來進行應用，通過各種機器裝置、機械手來完成操作，工業機器人包括三個自由度，在不同的自由度中，組成也各有差異，在多個坐標下，工業機器人能夠迅速完成手足操作，通過分析，即可了解到具體的機構運動情況，將工業機器人與計算機結合起來，即可按照個體的意愿來操作，相應的指標則是利用計算機來完成，在具體操作中，需要按照要求來設置模型參數，確保工業機器人能夠在最優的路徑上完成動作。

3 工業機器人技術在自動化控制領域中的應用

工業機器人的組成部分包括主體、驅動系統以及控制系統3部分，其中主體分為手部、臂部、腕部，手部自由度有4～7個，腕部自由度有2～3個，臂部自由度有4～5個，機器人技術的應用是評判一個國家工業化水平的標志之一。在工業機器人技術的發展下，這一技術在自動化控制領域得到了更加廣泛的使用，具體常見領域包括幾個方面：

3.1 在鑄造行業中的應用

在當前機械行業供給側結構改革的時代背景下，在當前的鑄造行業中，重點關注的問題也集中在粉塵、高溫、噪音等污染問題上。目前，鑄造行業也朝著自動化的方向來發展，在鑄造技術的發展下，特別是各類新興產業的發展，對于鑄造工藝的要求越來越高，但是其造成的污染問題也日益突出。在這一方面，即可應用機器人技術來提高生產效率，優化產品質量，傳統的生產過于依靠手工操作，對人員要求嚴格，由于人員體能因素的限制，會影響鑄造產品的質量，而應用機器人技術，即可有效解決上述問題，大幅提升產品生產的質量。

在具體應用上，包括軟件和硬件2個系統。在軟件系統的設置上，要將重點放置在操作系統上，采用windows CE作為操作平臺，這一系統占用資源少、實時性強、可靠性高，在系統設置前，要明確機器人技術的操作工藝要求，按照應用要求來設計，控制好重復定位精度，將精度維持在0.5mm之內，在運行過程中，要避免動作幅度過大，特別是作業速度，要高于現有的水平，并確保手動操作系統和自動操作系統之間的獨立性。在硬件系統上，是由運動控制模塊、伺服模塊、人際交互模塊等組成，運動控制模塊處于其中的核心地位，通過接收各類模塊信息，再按照系統控制算法來設計機器人操作軌跡來完成鑄造作業。伺服模塊是提供動力的關鍵設備，在驅動器的選擇上，要選擇與電機匹配性高、運動性強的驅動器。在人機交互模塊的選擇上，要通過機器人來滿足可視化操作要求，優化控制操作功能。

3.2 在汽車制造領域中的應用

在汽車制造領域中，也會遇到多種制造技術，各類制造技術之間存在顯著差異，在工業機器人的應用上，要綜合分析多種情況。在機器人搬運上，可以充分發揮出機器人的實際價值，通過零件的組裝滿足汽車制造業的基本發展需求。將機器人點焊技術應用在汽車制造領域，能夠完善汽車制造品質和制造工藝，進一步優化制造性能，優化應用成效，保障制造的精細度和性能。通過機器人弧焊技術的應用，可以滿足基本操作，實現精準定位，促進汽車制造行業的穩定發展。應用機器人噴涂技術，能夠準確判定出汽車設計情況，讓噴涂更加精確，通過參數的優化設置，即可完善噴涂方案。應用機器人裝配技術，能夠迅速完成裝配細節控制生產流程，穩步提高技術的實踐水平，在具體的應用過程中，要做到合理選擇，根據技術的實際應用情況開展工作，落實裝配流程。應用機器人檢測技術，能夠利用測量控制模塊、視覺傳感器等完成檢測任務，解決傳統坐標測量存在的弊端，做到了直觀便捷，穩步提升整車制造的合格率，將生產誤差降低至最小化。

4 工業機器人技術在自動化控制領域中的應用前景

基于對現代化制造技術自動化的客觀要求，我國開始借鑒國外發達國家的技術模式，以更好地將工業機器人應用在其他領域，實現系統技術、產品技術的突破，工業機器人目前已經能夠參與多種危險作業，適應高壓、高溫環境，在醫學領域，工業機器人也能夠參與骨科矯正、腦外科手術，這類手術對精度要求非常高，僅僅借助醫生的判斷，難以保證誤差的最小化，利用工業機器人則可以解決這一不足，通過仿生機器人的應用，能夠完成對各種相關設備的操作。總之，就我國的發展情況來看，工業機器人總體趨勢良好，開始朝著低成本、智能化的方向發展，工業機器人的優勢顯而易見，將其應用在自動化控制中，既減輕了工作人員的工作強度，提高了操作效率，也能夠保證人員安全，值得進行大力推廣。