王尚東 屈偉

[摘要]工程建設(shè)行業(yè)是現(xiàn)階段我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，如何在保證質(zhì)量的前提下提高工程建設(shè)效率一直都是企業(yè)發(fā)展所面臨的重大課題。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用引起了行業(yè)的高度重視。文章首先對(duì)機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行簡要介紹，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，以此來為日后機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)中的有效應(yīng)用提供參考。

[關(guān)鍵詞]機(jī)器人 工程機(jī)械行業(yè) 應(yīng)用 關(guān)鍵技術(shù)

近年來，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入了一個(gè)全新時(shí)期，對(duì)工程建筑行業(yè)發(fā)展也提出了新的要求。在新時(shí)期背景下，建筑行業(yè)除了要保證自身產(chǎn)品質(zhì)量外，還要盡可能提升自身的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這樣才能夠在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地。機(jī)器人的出現(xiàn)讓工程建筑行業(yè)的發(fā)展達(dá)到了這一需求，在工程建筑行業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。

一、機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人的普及與發(fā)展要追溯到上個(gè)世紀(jì)60年代，因?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)不單單融合了機(jī)、電、液、微機(jī)處理等技術(shù)，而且還加入了先進(jìn)的人工智能技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和仿生等學(xué)科，可以應(yīng)用于社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域中，因此，受到了人們的高度重視。自從機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用以來，成果最為顯著的要數(shù)制造業(yè)，因?yàn)橹圃鞓I(yè)環(huán)境也其他行業(yè)相比相對(duì)靜止，對(duì)于機(jī)器人的應(yīng)用具有良好的可控性和可預(yù)測性，并且對(duì)機(jī)器人沒有智能化要求。但在工程施工中的應(yīng)用則不然，由于工程施工環(huán)境復(fù)雜、多變，而且具有很強(qiáng)的突發(fā)性和不可控因素，如在鉆鑿炮孔過程中，隨時(shí)可能遭遇圍巖地質(zhì)、地壓突變，以至發(fā)生“卡釬”等;鏟裝時(shí)鏟齒插入非起爆的礦石裂縫，則會(huì)使載荷陡增而發(fā)生“失速”或“熄火”等。所以，若想讓工業(yè)機(jī)器人符合工程施工需求，除了要滿足工程齊全之外，還要確保能夠適應(yīng)多變的工程施工環(huán)境，并對(duì)這種變化自動(dòng)、及時(shí)的做出響應(yīng)，應(yīng)該具有判斷、決策和執(zhí)行的能力。換句話說，與制造業(yè)機(jī)械人相比，工程機(jī)械機(jī)器人要具有智能性。

二、工程機(jī)械機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

（一）適用于工程機(jī)械的并聯(lián)機(jī)構(gòu)即各種基本構(gòu)型

結(jié)構(gòu)簡單、剛度大、動(dòng)態(tài)性能好是以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)型的機(jī)器人的幾大優(yōu)點(diǎn)，正因?yàn)槿绱?，所以現(xiàn)階段此類機(jī)器人在社會(huì)發(fā)展的多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。就以往并聯(lián)機(jī)構(gòu)類機(jī)器人的運(yùn)行情況來看，為了將此類機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)最大限度發(fā)揮出來，技術(shù)人員可以通過更換并聯(lián)機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器來進(jìn)一步對(duì)機(jī)器人的功能進(jìn)行優(yōu)化和完善。所以，將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到工程建設(shè)中，工作人員一定要結(jié)合工程施工的實(shí)際需求，對(duì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行深入研究，并在此基礎(chǔ)上分析不同類型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、特性，然后將其合理應(yīng)用到工程建設(shè)中，收獲最佳應(yīng)用效果。

（二）精度及動(dòng)態(tài)測量

在機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展過程中，精度和動(dòng)態(tài)測量是兩個(gè)十分重要的指標(biāo)。同樣以并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人為例，在精度方面，其主要體現(xiàn)在末端執(zhí)行器的位置誤差。研究表明，機(jī)器人在應(yīng)用過程中之所以會(huì)出現(xiàn)誤差，其原因基本上都是由零部件制造、裝配、鉸鏈間隙、伺服控制、載荷及熱變形等因素導(dǎo)致的。此外，機(jī)器人本身結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特性和作業(yè)中振動(dòng)等因素也是導(dǎo)致誤差出現(xiàn)的重要原因。為了提高精度，減小誤差，技術(shù)人員需要做好兩方面的工作：一是對(duì)機(jī)器人的零部件進(jìn)行優(yōu)化，推行專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)，并保證其安裝精度，減小鉸鏈間隙;其次是要設(shè)置精度測量、反饋和誤差修正系統(tǒng)，方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差，第一時(shí)間采取相應(yīng)的整改措施，保證機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的有效性。

（三）工作空間

所謂工作空間，主要指的是末端執(zhí)行器上某一給定參考點(diǎn)可以到達(dá)的點(diǎn)的集合?，F(xiàn)如今，工作空間已然成為衡量機(jī)器人性能的重要指標(biāo)，尤其對(duì)于應(yīng)用在工程建設(shè)中的機(jī)器人而言，這一指標(biāo)是否滿足要求至關(guān)重要，研究表明，機(jī)器人工作空間與機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)型、結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及關(guān)節(jié)變量的允許活動(dòng)范圍密切相關(guān)。近年來，為了進(jìn)一步提升機(jī)器人的工作空間，技術(shù)人員嘗試通過對(duì)冗余自由度的調(diào)節(jié)來達(dá)到目標(biāo)，但實(shí)際上，這一方法確實(shí)能夠?qū)⒁驒C(jī)器人工作空間小而不能滿足作業(yè)要求這一問題解決，但若想準(zhǔn)確、容易的獲取任意一種工程機(jī)械中機(jī)器人的工作空間，并正確分析工作空間的奇異性等，還存在許多困難，需要技術(shù)人員在未來的時(shí)間里繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行深入研究。

（四）控制系統(tǒng)和控制策略

作為工程機(jī)器人的控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)，既要為機(jī)器人末端執(zhí)行器完成高精度、高效率的作業(yè)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過所配備的控制系統(tǒng)軟、硬件，將執(zhí)行器的坐標(biāo)數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的控制數(shù)據(jù)，使之具有智能化、自適應(yīng)系統(tǒng)變化能力，還要采取有多個(gè)控制通路或多種形式控制方式的策略。必須擁有自動(dòng)、半自動(dòng)和手工控制等控制方式，以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況下，通過人機(jī)交互選擇后，仍能完成定位、運(yùn)移、變位、夾持、送進(jìn)、退出與檢測等各種施工作業(yè)的復(fù)雜動(dòng)作，使機(jī)器人始終能按照人們所期望的目標(biāo)保持正常運(yùn)行和作業(yè)。

三、結(jié)語

綜上所述，隨著我國工程建筑行業(yè)發(fā)展腳步的不斷加快，機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用將成為一個(gè)必然趨勢。就我國目前此方面工作開展的現(xiàn)狀來看，仍然存在一些有待解決的問題，這就需要技術(shù)人員要從問題本質(zhì)入手，結(jié)合工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求對(duì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行不斷更新與完善，切實(shí)提高機(jī)器人性能，進(jìn)而將其作用在工程機(jī)械行業(yè)中的優(yōu)勢最大限度發(fā)揮出來，更好的促進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長足發(fā)展。