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        論工程機(jī)械機(jī)電一體化及機(jī)器人化

        2018-10-21 12:29:51劉歡王洋
        名城繪 2018年9期
        關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化工程機(jī)械

        劉歡 王洋

        摘要:本文分析工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,并提出具體的解決措施,促使工程機(jī)械更好地為建設(shè)項(xiàng)目服務(wù)。

        關(guān)鍵詞:工程機(jī)械;機(jī)器人化;機(jī)電一體化

        隨著機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用,計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和人工智能在工程機(jī)械中的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的自動(dòng)化,能夠有效地提高系統(tǒng)的可操作性、機(jī)動(dòng)性、安全性和可靠性??山档陀秃暮统杀荆岣哌\(yùn)行效率和質(zhì)量。工程機(jī)械機(jī)器人在我國(guó)起步較晚,但在噴射混凝土機(jī)器人、壓路機(jī)機(jī)器人、自動(dòng)鋪路機(jī)、隧道鉆孔機(jī)器人、隧道鏜孔機(jī)器人、裝載機(jī)器人、挖掘機(jī)器人等工程機(jī)械機(jī)器人研究領(lǐng)域取得了可喜的成果。

        1 工程機(jī)械一體化機(jī)器化

        工程機(jī)械機(jī)器人化涉及機(jī)械、電子、信息與控制等多學(xué)科知識(shí),主要研究?jī)?nèi)容包括電液伺服控制技術(shù)、遙控與自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)、作業(yè)對(duì)象識(shí)別與智能控制技術(shù)(如圖1所示)。

        圖1工程機(jī)械機(jī)器人化關(guān)鍵技術(shù)

        2 工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化過(guò)程中存在的問(wèn)題

        2.1 機(jī)械對(duì)工作對(duì)象的識(shí)別能力較差

        工程在生產(chǎn)和建設(shè)過(guò)程中需要應(yīng)用大量的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械設(shè)備圍繞工作內(nèi)容而開(kāi)展,并且跟隨作業(yè)對(duì)象在移動(dòng)。由于作業(yè)對(duì)象和作業(yè)環(huán)境會(huì)隨著工作開(kāi)展的程度而不斷變化,且無(wú)規(guī)律可以遵循,如地下環(huán)境和地上的障礙物隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化,所以需要機(jī)械操作人員隨時(shí)觀察工程建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)施工情況,監(jiān)測(cè)工程現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)情況,根據(jù)現(xiàn)有的作業(yè)環(huán)境對(duì)其做出準(zhǔn)確判斷,以更好地指揮機(jī)械設(shè)備,促使其順利完成工作任務(wù)。

        由于機(jī)械對(duì)作業(yè)對(duì)象的自我感應(yīng)能力較弱,面對(duì)不確定的工作環(huán)境和工作內(nèi)容無(wú)法找尋其工作規(guī)律,所以需要操作人員運(yùn)用自身的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行操作,在不同環(huán)境下采用不同的工作方式。因此,現(xiàn)階段所運(yùn)用的工程機(jī)械無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。后續(xù)的研究工作中,為了讓工程機(jī)械更好地為施工現(xiàn)場(chǎng)服務(wù),要不斷提高工程機(jī)械的判斷和識(shí)別能力,研發(fā)出適應(yīng)作業(yè)環(huán)境變化的新型智能機(jī)械設(shè)備。

        2.2 施工環(huán)境對(duì)工程機(jī)械機(jī)器人提出了較高要求

        工程機(jī)械的作業(yè)場(chǎng)所主要在室外,施工環(huán)境多為40℃以上的高溫或者是-30℃以下的低溫,大風(fēng)天氣較多,且伴有暴雪、塵埃等,作業(yè)環(huán)境十分惡劣。除了天氣對(duì)施工環(huán)境造成較大影響外,施工場(chǎng)所經(jīng)常受到強(qiáng)烈的沖擊和震動(dòng),甚至在某些作業(yè)環(huán)境下機(jī)械設(shè)備無(wú)法開(kāi)展工作。例如,在-35℃的天氣下,土壤受到寒冷天氣的影響形成凍土層,無(wú)法開(kāi)展挖掘工作,或者是挖掘速度較慢且對(duì)設(shè)備的損傷較大。所以,這對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高要求,希望智能設(shè)備能夠適應(yīng)各種作業(yè)環(huán)境,并且保證其運(yùn)行效率。

        2.3 工程機(jī)械機(jī)電一體化和機(jī)械人技術(shù)融合度較低

        工程機(jī)械投入到實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域,需要涉及到機(jī)電、光學(xué)、生物等多個(gè)學(xué)科中的內(nèi)容,才能保證其滿足智能化發(fā)展的需求。通過(guò)研究現(xiàn)階段工程機(jī)械設(shè)備的智能化系統(tǒng),結(jié)合實(shí)際工作情況,發(fā)現(xiàn)智能機(jī)械設(shè)備的信息處理能力較低,各種程序之間的協(xié)調(diào)能力較差。并且由于技術(shù)的融合水平較低,機(jī)械設(shè)備無(wú)法通過(guò)自控系統(tǒng)完成全部的操作內(nèi)容,需要操作人員協(xié)助其開(kāi)展工作。可見(jiàn),技術(shù)的發(fā)展水平和融合程度較低,亟待工程機(jī)械設(shè)備的技術(shù)研發(fā)人員加大研發(fā)力度,提高工程機(jī)械的智能化水平。

        3 智能監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

        工程機(jī)械往往工作在復(fù)雜惡劣環(huán)境下,對(duì)系統(tǒng)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并進(jìn)行故障診斷與報(bào)警是提高安全性和可靠性的關(guān)鍵。在工程機(jī)械的關(guān)鍵部位安裝傳感器,定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量、壓力、位移與變形等參數(shù),利用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)提取信息特征,再通過(guò)專家系統(tǒng)推理判斷,提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)危險(xiǎn)工況并提示相關(guān)維修策略。以往的工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)中,通常采用嵌入式微控制器直接采集信息,或僅采用總線控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控。

        4 實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化的有效措施

        4.1 提高工程機(jī)械的識(shí)別能力

        工程項(xiàng)目的施工環(huán)境較為復(fù)雜,作業(yè)條件經(jīng)常變化。為了提高施工效率,減少操作人員的參與,需加大研發(fā)力度,提高工程機(jī)械的識(shí)別能力。首先,設(shè)備的研究部門(mén)要深入施工現(xiàn)場(chǎng),了解不同作業(yè)環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備所提出的要求。其次,與科研院校進(jìn)行合作,提高工程機(jī)械設(shè)備的技術(shù)含量。通過(guò)提升智能化水平的方式,更好地感應(yīng)作業(yè)環(huán)境的變化,讓機(jī)械設(shè)備通過(guò)傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)整其作業(yè)方式,適應(yīng)作業(yè)環(huán)境的變化,滿足作業(yè)對(duì)象提出的多種要求,從而提高工程的施工效率。

        4.2 工程機(jī)械要滿足作業(yè)環(huán)境的需求

        通過(guò)分析施工現(xiàn)場(chǎng)工程機(jī)械的運(yùn)行和發(fā)生的故障,受高溫或者低溫等自然因素的影響,電氣、傳感器等設(shè)備在正常溫度下可以開(kāi)展工作,但在施工現(xiàn)場(chǎng)卻難以開(kāi)展。因此,要調(diào)整工程機(jī)械設(shè)備上的元件。首先,機(jī)械設(shè)備研發(fā)人員研發(fā)出適應(yīng)惡劣天氣的設(shè)備元件,在各種環(huán)境下均可以保持良好的工作狀態(tài)。

        其次,施工人員要定期檢修和維護(hù)設(shè)備,避免出現(xiàn)停工修理機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)象。最后,保護(hù)好控制元件,對(duì)必要的設(shè)備做好隔離和反干擾措施,減少外界環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備的影響。

        4.3 提高技術(shù)的融合度

        工程項(xiàng)目的作業(yè)環(huán)境和工作內(nèi)容,對(duì)工程機(jī)械設(shè)備提出了較高的技術(shù)要求。只有機(jī)械設(shè)備的技術(shù)水平高,才能最大限度地降低人工介入,進(jìn)而提高施工速度和效率。同時(shí),為了了解工程機(jī)械的施工緊張情況,需要工程機(jī)械傳輸大量的圖像資料,通過(guò)圖像資料找出其所在的位置等?,F(xiàn)階段,智能化的應(yīng)用水平較低,需要多種設(shè)備分散進(jìn)行,才能完成工程建設(shè)的工作內(nèi)容。因此,工程機(jī)械設(shè)備只有將光學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行有效融合,并平行向前發(fā)展,才能加快機(jī)電一體化和機(jī)器人化建設(shè)的步伐。

        5 結(jié)語(yǔ)

        隨著工程項(xiàng)目的發(fā)展,應(yīng)用設(shè)備機(jī)械化水平不斷提高。受?chē)?guó)家政策上的支持和大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)的參與,工程機(jī)械機(jī)電一體化和機(jī)械人化取得了較好發(fā)展。由于施工環(huán)境較為惡劣,技術(shù)發(fā)展不完善,它在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的不足。所以,要加大研發(fā)力度,不斷改進(jìn)設(shè)備工藝,進(jìn)而更好地投入到實(shí)踐工作領(lǐng)域,從而推動(dòng)其更好地發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

        [1]索小娟,陳光偉,王娜.工程機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技傳播,2013,(14):157-158.

        [2]曾擁華,嚴(yán)駿,黎波,等.自主作業(yè)挖掘機(jī)電控模型[J].建筑機(jī)械,2012,11(2012):134-136.

        (作者單位:長(zhǎng)城汽車(chē)底盤(pán)事業(yè)部)

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