工業(yè)機器人在自動化控制領域的應用

宮佳軻，晉學猛，吳 凱

（1.濟南中正金碼科技有限公司，山東濟南 250101；2.濟南易久自動化技術有限公司，山東濟南 250101）

1 工業(yè)機器人與自動化控制概述

工業(yè)機器人在自動化領域應用的初期，有關機械數(shù)據反饋是作為機器人自動化的基礎。由于智能化的加深，導致社會的需求轉向了現(xiàn)代自動控制技術，現(xiàn)代自動控制是指利用智能控制裝置，實現(xiàn)對機器人的間接控制，無需人為干預，通過認識技術實現(xiàn)的框架條件，堅持自動控制技術的基本原理，可以穩(wěn)步推進工業(yè)生產的無人工智能控制，達到主要國際上認可的工業(yè)生產由機械自動控制的成果[1]。

1.1 工業(yè)機器人的原理特性

①自由度高?？梢愿鶕陨淼膭恿涂刂屏ψ詣訄?zhí)行指令，這是工業(yè)機器人不亞于人工生產的獨特優(yōu)勢。由于其實現(xiàn)了人工智能技術的基本原理，工業(yè)機器人可以接受人類指令并按照開發(fā)的程序自主工作，工業(yè)機器人在現(xiàn)如今的自動化領域，可以讓技術人員快速輸入程序，根據機器人自身功能保存相關輸入信息，然后根據運行情況自動檢索信息，為后續(xù)控制工作提供重要保障。②應用管理功能。在機器人控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)下，其姿態(tài)、狀態(tài)和位置都不是靜止的，會對后續(xù)工作產生一定的影響。工業(yè)機器人的關鍵功能是應用控制功能，不僅可以保持機器人進行工業(yè)生產時基本的速度和運動形態(tài)，采取有效的控制，還可以根據計算結果自主分析出周圍信息與隱患，并通過得到的反饋數(shù)據設置運動路徑，從而改進其整體的控制方式[2]。③數(shù)據回放。在機器人自主應用其控制系統(tǒng)之前，必須將相關信息輸入給機器人，這些信息將存儲在指定的地方，如果需要使用這些信息，它們將會被提取并解釋，從而充分發(fā)揮機器人學習和作業(yè)的能力[4]。

1.2 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的基本組成

它配備了一個處理器和一個獨立的存儲單元。該應用程序的主要功能是設置多個參數(shù)并根據人類與計算機的交互進行學習。觸控應用主要包括觸覺、視覺和力傳感器，應用的主要功能是捕捉各種信息，可以有效實現(xiàn)工業(yè)機器人的控制。軸控制器具有很高的應用價值，主要用于控制工業(yè)機器人和各個工作環(huán)節(jié)的速度。各種輔助設備的控制主要與工業(yè)機器人配套使用，是重要的輔助應用設備[3]。

1.3 機器人控制系統(tǒng)特征

①機器人控制器與機構的運動和動力學密切相關，可以在提供機器手臂和腿在各種坐標系下的狀態(tài)，根據實際情況選擇基坐標，并相應調整坐標。②在正常情況下，機器人有很多方式和路徑來完成一個動作，從而導致一個“最優(yōu)”任務的完成。對于高級別的機器人，可以利用人工智能過程，在計算機的幫助下建立信息數(shù)據庫，實現(xiàn)決策、指揮和控制等操作[4]。③人-機交互。指操作人員用來控制機器人并與之交互的設備，該系統(tǒng)可分為兩類：學習設備和信息顯示設備，就像計算機的鍵盤和屏幕。以一個簡單的機器人為例，該機器人系統(tǒng)由一個便攜式編程器和一個控制柜組成，機器人主要通過學習盒和控制柜與自身進行通信，還可在示教器上顯示相關信息，為信息顯示裝置，是一個人機交互系統(tǒng)[5]。④力矩控制與智能控制。扭矩控制的主要應用是工業(yè)機器人在拾取和放置各種物體和組裝物體中的應用，需要對位置點進行控制，為各種工作任務施加最合適的扭矩。在具體應用中，工業(yè)機器人需要充分發(fā)揮傳感器的價值，應對不同環(huán)境的較大變化。智能控制方法相關的具體解決方案是根據其中存儲的知識制定的，應用智能控制方法可以提高機器人的自學習能力和對環(huán)境的適應能力[3]。

2 工業(yè)機器人在自動化控制領域的具體應用

2.1 工業(yè)機器人在汽車制造行業(yè)的應用

在工業(yè)生產中自動化技術運用最多的行業(yè)是汽車制造，而其中采用焊接機器人的占比超過整個工業(yè)生產的一半，在汽車制造業(yè)中機器人已經代替大多數(shù)的人工操作。因此，在工業(yè)生產的環(huán)節(jié)利用工業(yè)機器人，是符合國際發(fā)展與國內市場需求的必經之路，工業(yè)機器人的利用顯著提高了汽車行業(yè)的生產效率，在減少勞動力浪費的前提下保證汽車的質量?，F(xiàn)如今如何更好地應用工業(yè)機器人已成為這些制造企業(yè)的發(fā)展目標和戰(zhàn)略，也從而極大地推動了我國工業(yè)機器人的發(fā)展。例如，在工業(yè)機器人引入之前的生產過程中，國內汽車制造商主要通過人工操作來完成汽車生產任務，每個工人維護的機器不能超過兩臺，難以增加企業(yè)的利潤。而一個工業(yè)機器人可以獨立控制多個汽車工藝和制造設備來執(zhí)行生產和加工任務，引入工業(yè)機器人后，國內汽車行業(yè)在職人員增速明顯放緩，但汽車行業(yè)整體表現(xiàn)大幅提升，說明工業(yè)機器人的使用發(fā)揮了重要作用。在實際應用中，機械臂將鋼板加工材料引入沖擊機，保證了產品質量的穩(wěn)定性，極大降低了發(fā)生工業(yè)事故的可能性[4]。

2.2 工業(yè)機器人在橡膠及塑料工業(yè)的應用

在橡塑行業(yè)，對機器人的質量要求程度高，要完成生產任務，必須與實際情況密切調控。在機械工程領域，現(xiàn)階段橡塑的生產與加工技術之間有著密切的關系，為了保證日常加工中的最終生產效果，需要選擇合適的工業(yè)機器人技術進行生產。精細化生產，確保成品和半成品非常堅固，提高工藝的整體效率。目前各行各業(yè)發(fā)展都比較強勁，我國塑料工業(yè)要想在世界上占有一席之地，就必須嚴格遵守行業(yè)標準，選擇更先進的技術產品，充分利用工業(yè)機器人。并進行手工無法完成的高強度制造作業(yè)。為實際生產創(chuàng)造更高的價值。比如有些應用可以采用主從控制方式加強技術創(chuàng)新，在使用工業(yè)機器人時，連接計算機控制系統(tǒng)，做好分級控制，即時翻譯機器人語言，達到人機交互的效果。

2.3 裝配機器人

在工業(yè)生產環(huán)節(jié)，裝配任務是比較繁瑣的任務，傳統(tǒng)的人工操作費時費力。由于其性能比較繁瑣，這項作業(yè)對機器人的要求也比較高。參與裝配工作的機器人配備了圖像傳感器、接觸傳感器等多種傳感裝置，可以保證工業(yè)機器人的精度，保證工業(yè)機器人更準確地感知工作物體，做出準確地判斷，保證安裝工作完成。使用裝配機器人不僅可以提高工作精度，還可以節(jié)省勞動時間，提高工作效率[6]。

2.4 材料搬運機器人

工業(yè)生產中，總是有超重的物品需要搬運，物料搬運費力，而超重的物品不能靠人力搬運，需要機械臂。機械臂力量大，可以搬運較重的物體，機械臂的作業(yè)主要有碼垛、零件揀取、卸料等固定作業(yè)[6]。

3 工業(yè)機器人發(fā)展趨勢

從宏觀經濟來看，近年來我國先進的技術越來越多地被應用到工業(yè)領域，例如數(shù)據分析、自動化技術、3D 立體打印技術等，這些高新技術都可用于工業(yè)機器人的控制器中，從而提升其控制系統(tǒng)的性能。從實際應用程度來看，工業(yè)機器人技術不僅可以用于工業(yè)生產等環(huán)節(jié)的自動化控制，在醫(yī)藥、食品加工等其他行業(yè)也有非常顯著的應用成果。也就是說，經過不斷地研究、開發(fā)和創(chuàng)新，工業(yè)機器人技術的精度也會隨之得到提高，并應用于更加廣闊的自動控制領域，有助于提高該技術應用的落實。此外，未來工業(yè)機器人的技術將繼續(xù)向仿生學方向發(fā)展，該技術的研究和創(chuàng)新應從AI 層面入手，如何創(chuàng)造出更加智能的機器人是未來發(fā)展的趨勢所向，目前解決的工業(yè)機器人行走時滑動的問題，可在自動化控制的應用中進一步保證其操作的安全[7]。

3.1 配合PLC技術

可編程邏輯控制器（PLC）技術能夠實現(xiàn)過程和信息管理功能。在過程控制中，需要對溫度、壓力等機器人模擬值進行控制，提出更科學地優(yōu)化措施，改變工業(yè)機器人當前的運行狀態(tài)，達到最優(yōu)的工作效果。從信息管理的角度來看，要根據機器人傳輸系統(tǒng)滿足信息處理和存儲的要求，消除以往序列管理的不足。隨著我國科技水平的不斷提高，采用PLC 技術，可以通過互聯(lián)網和移動終端實現(xiàn)對工業(yè)機器人的遠程控制，通過信息的傳輸滿足智能說明書的需求?？梢杂行岣吖I(yè)機器人的應用效果。在遙控方面，要求精度更高，通過控制物體的運動路徑實現(xiàn)精確操作，有效提高工業(yè)機器人的智能化發(fā)展水平，讓工業(yè)機器人改進自動控制工作方式，提高整體效果[2]。

3.2 邏輯控制技術

邏輯控制技術在現(xiàn)代工業(yè)機器人中的應用非常重要。總的來說，工業(yè)機器人的系統(tǒng)屬于信息傳輸控制系統(tǒng)，包括信息采集和數(shù)據存儲等，集成邏輯控制技術可以對應工業(yè)機器人的自動控制，利用互聯(lián)網技術完成移動端控制任務，滿足綜合管控的需要。通過遠程控制，機器人在得到適當指令時可以執(zhí)行適當?shù)膭幼?，完成對機器人的整體控制，同時在運動軌跡方面，可以按照邏輯控制技術和可編程技術進行日常操作，凸顯了工業(yè)機器人的控制精度。在實際工作中，必須根據控制目標對機器人路徑進行設計和編程，以提高整體控制精度和工作質量。通過實施邏輯控制技術，要求控制機器人的位置，用智能系統(tǒng)明確與目標的距離，科學規(guī)劃路徑，更快到達目標，更有秩序地開展后續(xù)工作，全面提升機器人飛行器的控制能力。需要為機器人配備觸覺和視覺傳感器，以滿足各種環(huán)境下的工作需要，提高工業(yè)機器人的操作控制水平[2]。

3.3 數(shù)控機械領域

機器人技術在數(shù)控機床領域的應用旨在使智能工程的優(yōu)勢能夠有效推廣，特別是對主要生產方式和生產工作進行必要的研究，使各種措施滿足人類的需求，操作得到有效解決，自動化精準支撐半自動化技術應用價值的發(fā)展。機械數(shù)控技術的應用應全面總結計算機編程的價值，特別是對加工所需的控制機構進行全面分析，使機械數(shù)控控制臺更加智能化，使數(shù)控技術能夠與光機技術相結合成為現(xiàn)實，進而實現(xiàn)計算機技術應用價值的充分發(fā)揮。在數(shù)控機械技術集成加工過程中，機器人技術的應用可以使機械精度更可控，特別是可以更有效地節(jié)省人工成本，保證數(shù)控技術設計思路的提高。機器人技術的應用應更加注重產品的測量，特別是有效研究數(shù)據、圖紙等基礎信息，通過編程軟件的應用實現(xiàn)數(shù)據處理程序的合理調整，從而滿足復制控制的需要。數(shù)控設備到位，確保智能機器人和數(shù)控機床技術的使用提供了更理想的工作條件。技術人員需要根據控制程序的特點開發(fā)編程細節(jié)，盡可能減少人工編程量，辦公軟件在應用過程中實現(xiàn)電子圖紙和程序的轉換和刪除，為獲得一個更完善的CNC 機器人創(chuàng)造了有利條件。在機器人技術的應用中，電子繪圖的優(yōu)勢將得到更充分的體現(xiàn)，編碼器、傳感器等設備將在更高層次上集成應用，自動控制技術也將發(fā)展出更高的應用價值[8]。

4 結束語

手工勞動長期以來一直是主要的生產加工方式，因此工業(yè)生產的成本大部分在勞動力投入方面，工廠每日正常的生產效率與人力投入掛鉤，工人的壓力和勞動強度與工廠的利益掛鉤。工業(yè)機器人應用于工業(yè)生產可為普通工廠每年節(jié)約幾萬甚至是幾十萬的勞動力成本，同時工業(yè)機器人可實現(xiàn)24h 作業(yè)，為工廠創(chuàng)造相較以往更為巨大的經濟效益。通過分析工業(yè)機器人的原理特性，配合PLC 技術與邏輯控制技術，進一步在橡膠及塑料、汽車制造、裝配、材料搬運等工業(yè)環(huán)節(jié)加深研究力度，重視技術創(chuàng)新與操作實用性。如今，隨著科技的發(fā)展，工業(yè)機器人在工業(yè)生產中完全代替人工控制的可能將會實現(xiàn)，自動化技術與工業(yè)機器人相輔相成，兩者的緊密結合為工業(yè)生產提供了明顯的高效率作業(yè)，減輕生產線作業(yè)工人的勞動強度和工作量，還一定程度上保證了他們的人身安全，避免由于復雜的操作造成嚴重的人身安全隱患。