張立平

摘 要：近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為一項(xiàng)全新的技術(shù)形式出現(xiàn)在人們視野中，并給人類生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)了極大便利，特別是在促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化方面，更是發(fā)揮出了重要作用與價(jià)值。基于此，該文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探究，旨在能夠更深入了解和掌握這項(xiàng)技術(shù)，使其效能得以充分高效的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：科學(xué)技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人；自動(dòng)化控制

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，機(jī)器人技術(shù)作為一項(xiàng)重要研究成果，對(duì)于人們而言也不再陌生，在實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)程中也為我們提供了諸多的便捷服務(wù)。就機(jī)器人技術(shù)而言，其本身屬于一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)形式，綜合了機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及傳感技術(shù)等學(xué)科，且在現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的推動(dòng)下其應(yīng)用也漸趨廣泛。加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用與普及，也成了一種發(fā)展的必然趨勢(shì)。接下來(lái)筆者就分別對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、控制結(jié)構(gòu)及控制方式進(jìn)行分析，并對(duì)其在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的運(yùn)用進(jìn)行了說(shuō)明，以供參考。

1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特點(diǎn)及控制方式概述

1.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1.1 機(jī)器人技術(shù)要實(shí)現(xiàn)與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的密切聯(lián)系

一般機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)都是以相應(yīng)的坐標(biāo)為準(zhǔn)，因此要想保證機(jī)器人能夠圓滿地完成某項(xiàng)任務(wù)，就需要提前對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)坐標(biāo)的設(shè)置，并能夠結(jié)合具體的需要進(jìn)行選擇和適當(dāng)變換；

1.1.2 機(jī)器人需要自由度

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

1.1.3 機(jī)器人控制要通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)

機(jī)器人由于不能象人類一樣進(jìn)行語(yǔ)言溝通，人類的需要一般也都是通過(guò)系列的計(jì)算機(jī)代碼向其傳遞的，從而達(dá)成一種有效控制的目的。

1.1.4 機(jī)器人操作的完成可有多種不同方式

象人類活動(dòng)追求的最高效一樣，機(jī)器人活動(dòng)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(jī)器人技術(shù)的控制方式

1.2.1 點(diǎn)位控制方式

機(jī)器人技術(shù)的點(diǎn)位控制就是對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行的一種對(duì)機(jī)器人位姿控制的行為。通過(guò)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)位控制，能夠促使機(jī)器人更加快速、準(zhǔn)確地在相應(yīng)操作位置上完成具體的操作任務(wù)。

1.2.2 連續(xù)軌跡控制方式

連續(xù)軌跡控制方式是針對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行的一種位姿連續(xù)控制行為，通過(guò)該控制方式能夠促使機(jī)器人連續(xù)不間斷的完成相應(yīng)的操作步驟，保證了操作過(guò)程的準(zhǔn)確與平穩(wěn)。

1.2.3 力控制方式

力控制就是針對(duì)機(jī)器人在操作過(guò)程中的用力程度實(shí)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(duì)周?chē)h(huán)境的相關(guān)信息進(jìn)行獲取，隨后在結(jié)合機(jī)器人自身所具備的知識(shí)，針對(duì)具體情況進(jìn)行分析和解決，由此也實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人能夠在緊急情況下快速、自主解決問(wèn)題的能力。

2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 主從式控制結(jié)構(gòu)

在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的機(jī)器人控制系統(tǒng)越發(fā)顯得不能滿足社會(huì)需求，因此一種先進(jìn)的機(jī)器人控制系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生，即具備主動(dòng)式控制結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制系統(tǒng)。象MOTORMAN弧焊機(jī)器人，在該機(jī)器人系統(tǒng)中，存在著2臺(tái)計(jì)算機(jī)，1臺(tái)被稱為“一級(jí)計(jì)算機(jī)”，其作為整個(gè)控制系統(tǒng)的管理者，不僅具有機(jī)器人語(yǔ)言編譯功能和人機(jī)交互的作用，同時(shí)還能夠利用其所具備的運(yùn)算性能，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)向機(jī)器人軌跡數(shù)據(jù)的成功轉(zhuǎn)換，并將其視為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)增量傳輸?shù)焦矁?nèi)存當(dāng)中。另外1臺(tái)計(jì)算機(jī)被稱為“二級(jí)計(jì)算機(jī)”，其主要功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制過(guò)程中關(guān)鍵位置數(shù)值的有效控制。在實(shí)踐中，該計(jì)算機(jī)能夠針對(duì)內(nèi)存中“一級(jí)計(jì)算機(jī)”的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行讀取，同時(shí)還能夠?qū)⑾到y(tǒng)各關(guān)節(jié)處的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)地傳輸?shù)絻?nèi)存系統(tǒng)，由此也為“一級(jí)計(jì)算機(jī)”的順利運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在主從式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制系統(tǒng)中，通過(guò)內(nèi)存可將各個(gè)CPU進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)一次性信息交換和傳輸?shù)哪康?，但多臺(tái)計(jì)算機(jī)耦合顯得有些松散，因此，目前也只能對(duì)2臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行耦合。

2.2 集中式控制結(jié)構(gòu)

集中式控制具體指的就是在工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行過(guò)程中，只利用1臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成所有的活動(dòng)控制，該結(jié)構(gòu)屬于一種比較傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)于計(jì)算機(jī)也有著較高的要求，需要計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)大的功能。之前由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展尚不成熟，而且功能也不夠健全，再加上對(duì)于高額生產(chǎn)成本的考慮，因此集中式控制方式也成了電氣自動(dòng)化控制的首選，其不僅經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，而且還能夠在實(shí)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(duì)較慢，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，由于這些弊端性因素的影響，該控制系統(tǒng)在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的情況下也逐漸被淘汰。

2.3 分布式控制結(jié)構(gòu)

就目前現(xiàn)狀來(lái)看，絕大多數(shù)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中所采用的都是分布式控制結(jié)構(gòu)。而所謂的分布式控制結(jié)構(gòu)就是將管理系統(tǒng)劃分為2個(gè)級(jí)別。通過(guò)對(duì)上一級(jí)別主控計(jì)算機(jī)的有效運(yùn)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有系統(tǒng)的管理與控制，并利用軌跡插補(bǔ)運(yùn)算完成對(duì)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化，而在下一級(jí)中，存在著多個(gè)CPU，每一關(guān)節(jié)都是由一個(gè)對(duì)應(yīng)的處理器來(lái)進(jìn)行控制。分布式控制結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(jié)構(gòu)應(yīng)用也較為廣泛。

3 自動(dòng)化控制領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用漸趨普及，特別是在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，該技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮出了不可替代的重要作用與價(jià)值。

3.1 裝配機(jī)器人

對(duì)于裝配機(jī)器人而言，其往往會(huì)配備多種傳感器，象視覺(jué)傳感器、接觸傳感器等，其目的也是為了保證機(jī)器人能夠更加精準(zhǔn)的感知操作對(duì)象，并能夠做出準(zhǔn)確地判斷，從而保證裝配工作的效率。裝配機(jī)器人在現(xiàn)代自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，不僅有效地保證了任務(wù)完成的質(zhì)量，同時(shí)也保證了任務(wù)完成的效率，節(jié)約了大量的物力與時(shí)間。

3.2 材料搬運(yùn)機(jī)器人

在生產(chǎn)過(guò)程中，材料搬運(yùn)工作無(wú)可避免，很多時(shí)候，一些重量太大的貨物單純的通過(guò)人工搬運(yùn)是不能完成的，為了解決這一問(wèn)題，搬運(yùn)機(jī)器人投入使用。一般材料搬運(yùn)機(jī)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(guò)程中。

3.3 檢測(cè)機(jī)器人

檢測(cè)機(jī)器人在應(yīng)用過(guò)程中所承擔(dān)的任務(wù)就是針對(duì)已生產(chǎn)出的各種產(chǎn)品或零件進(jìn)行合格檢查，象測(cè)量生產(chǎn)零件尺寸是否合乎標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)零件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)等，通過(guò)一系列的規(guī)范化檢測(cè)過(guò)程，保證企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的精確性。而且，機(jī)器人檢測(cè)與傳統(tǒng)人工檢測(cè)相比，精準(zhǔn)度更高，即使是一點(diǎn)差錯(cuò)也會(huì)被檢測(cè)出來(lái)，從而有效降低了人工檢測(cè)的誤差。

該文提到的幾種機(jī)器人只是諸多機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用中的一部分，這樣的案例還有很多很多，如噴漆和噴涂機(jī)器人等。可以說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用已漸趨普及，涉及工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，在促進(jìn)工業(yè)智能化、現(xiàn)代化和自動(dòng)化發(fā)展方面發(fā)揮出了巨大的作用與價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人不管是在技術(shù)層面還是在功能層面，都得到了很大程度地提升。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代自動(dòng)化控制領(lǐng)域的運(yùn)用也成了現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的一大必然趨勢(shì)。我們堅(jiān)信，未來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)持續(xù)發(fā)展的推動(dòng)下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也必定會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用，給社會(huì)帶來(lái)更多的便利。

參考文獻(xiàn)

[1]孫新，田忠，顧國(guó)業(yè).工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的運(yùn)用探討[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2018，37（5）：49-51，66.

[2]馬曉明.工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（7）：217.

[3]寇曉晨.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的運(yùn)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（2）：92-119.