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        工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

        2019-10-23 14:14:17李楠鄧媞陳曉玲
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年15期
        關(guān)鍵詞:自動(dòng)化控制工業(yè)

        李楠 鄧媞 陳曉玲

        摘? 要:機(jī)器人技術(shù)是一門集機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息與傳感技術(shù)、控制論、仿生學(xué)以及人工智能于一體的綜合性學(xué)科,屬于高新技術(shù)范疇,是現(xiàn)代應(yīng)用廣泛、研究活躍的一門技術(shù),機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用是評(píng)判一個(gè)國家工業(yè)化水平的標(biāo)志之一。該研究主要分析與探討自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)I(yè)機(jī)器人技術(shù)的有效應(yīng)用。

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

        中圖分類號(hào):TP242? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        對(duì)于一個(gè)國家來說,發(fā)展的核心在于工業(yè),而機(jī)器人自動(dòng)化是發(fā)展工業(yè)的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化對(duì)工業(yè)發(fā)展極為有利。盡管現(xiàn)階段我國進(jìn)一步加大了對(duì)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化控制研究的投入力度,然而自動(dòng)化控制領(lǐng)域在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用方面仍存在很多問題,一方面對(duì)我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展造成嚴(yán)重阻礙,另一方面還會(huì)直接影響到工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn),對(duì)工業(yè)發(fā)展有很大的限制作用。常言道:工欲善其事,必先利其器。提升工業(yè)機(jī)器人技術(shù),有助于我國工業(yè)的迅猛發(fā)展。

        1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

        1.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        工業(yè)機(jī)器人的組成部分包括主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)3部分,其中主體分為手部、臂部、腕部,手部自由度有4~7個(gè),腕部自由度有2~3個(gè),臂部自由度有4~5個(gè)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則主要包括傳動(dòng)裝置與動(dòng)力機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)主要是控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與操作系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括5個(gè)方面的內(nèi)容:1)從根本上說,機(jī)器人控制和動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)力學(xué)相關(guān)性較為密切,不同坐標(biāo)下能夠精準(zhǔn)描述機(jī)器人手足狀態(tài),應(yīng)該依照具體需要選擇參考坐標(biāo)系,并實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換;2)就算是最為簡單的機(jī)器人,同樣需裝配3~5個(gè)自由度,而復(fù)雜機(jī)器人的自由度則達(dá)幾十個(gè),各自由度有一個(gè)協(xié)調(diào)伺服機(jī)構(gòu),以形成多變量控制系統(tǒng);3)通過計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控制獨(dú)立伺服系統(tǒng),確保機(jī)器人能夠遵循人的意志行動(dòng),并且可賦予機(jī)器人相應(yīng)工作內(nèi)容;4)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行描述的是非線性數(shù)學(xué)模型,在外力與狀態(tài)的不斷變化中,機(jī)器人的參數(shù)也會(huì)發(fā)生改變,且不同變量間也存在耦合,所以僅用位置閉環(huán)往往無法達(dá)到目的,還應(yīng)該選擇加速度或者速度閉環(huán);5)一般采用不同路徑與方式完成機(jī)器人動(dòng)作,所以會(huì)存在“最優(yōu)化”問題??赏ㄟ^人工智能方法操控高級(jí)機(jī)器人,通過計(jì)算機(jī)創(chuàng)建放大信息庫,通過信息庫實(shí)現(xiàn)控制決策、操作以及管理的目的。

        1.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能

        對(duì)于工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能,主要表現(xiàn)為:1)運(yùn)動(dòng)控制功能??捎行Э刂茩C(jī)器人末端操控設(shè)備的速度、位姿以及加速度等諸多項(xiàng)目;2)示教再現(xiàn)功能。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)可通過手把手或者示教盒實(shí)現(xiàn)示教功能,通過一定方法將運(yùn)動(dòng)速度、動(dòng)作順序以及位置等相關(guān)信息教給機(jī)器人,通過機(jī)器人記憶裝置在存儲(chǔ)器中自動(dòng)記錄所教操作過程,需再現(xiàn)操作時(shí),只需要對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容進(jìn)行重放即可達(dá)到目的。

        2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的控制方式

        2.1 連續(xù)軌跡控制

        連續(xù)軌跡控制其實(shí)就是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人末端的執(zhí)行器,確保機(jī)器人可連續(xù)完成操作步驟,從而達(dá)到工作平穩(wěn)、精準(zhǔn)的目的,連續(xù)軌跡控制可有效調(diào)整機(jī)器人操作順序與速度,以確保機(jī)器人可精準(zhǔn)完成人類所提出的要求。

        2.2 點(diǎn)位控制

        點(diǎn)位控制方式僅是控制工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器,關(guān)鍵是控制機(jī)器人的位置,通過點(diǎn)位控制機(jī)器人,確保機(jī)器人能夠在相應(yīng)位置精準(zhǔn)、快速地完成指定操作任務(wù),然而,工業(yè)機(jī)器人不會(huì)控制已經(jīng)完成操作的相關(guān)運(yùn)動(dòng)軌跡。

        2.3 力控制

        工業(yè)機(jī)器人的力控制,其實(shí)就是控制操作過程中機(jī)器人的用力程度,通常有些實(shí)際操作對(duì)象相對(duì)較為脆弱,為避免產(chǎn)品出現(xiàn)損壞,需要機(jī)器人在實(shí)際操作過程中有效控制執(zhí)行力氣,因此就必須實(shí)現(xiàn)力量的精準(zhǔn)控制,以順利完成規(guī)定的操作任務(wù)。

        2.4 智能控制

        目前,現(xiàn)代機(jī)器人控制的方式主要就是智能控制,尤其是現(xiàn)今數(shù)字技術(shù)迅猛發(fā)展,智能設(shè)備已普遍融入大眾生活,所謂智能控制,其實(shí)就是利用傳感器收集周邊信息,按照機(jī)器人設(shè)備中所存儲(chǔ)的知識(shí)解決相關(guān)問題,機(jī)器人就可在必要情況下及時(shí)解決問題。

        3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

        工業(yè)機(jī)器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器,象視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有傳感器外,它還有效應(yīng)器,作為作用于周圍環(huán)境的手段。這里指的就是筋肉,或稱自整步電動(dòng)機(jī),它們使手、腳、長鼻子、觸角等動(dòng)起來。自動(dòng)化控制領(lǐng)域中對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的范圍比較廣,主要包括以下幾種類型。

        3.1 焊接機(jī)器人

        機(jī)器人在很多焊接領(lǐng)域均有所涉及,然而此處的焊接機(jī)器人技術(shù)主要是在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用,汽車生產(chǎn)工作需要較大的焊接機(jī)器人,如果由人工完成就需要消耗大量的人力物力,而利用焊接機(jī)器人工作就不需要考慮物料重量的問題,所以汽車生產(chǎn)中應(yīng)用焊接機(jī)器人,有助于汽車生產(chǎn)工作的安全、迅速完成。

        3.2 裝配機(jī)器人

        因?yàn)檠b配操作任務(wù)較為煩瑣,所以對(duì)工業(yè)機(jī)器人的要求比較高,裝配機(jī)器人體內(nèi)裝配有視覺傳感器、接觸傳感器等大量傳感設(shè)備,其目的在于確保工業(yè)機(jī)器人可以精準(zhǔn)感知操作對(duì)象,同時(shí)做出更為精準(zhǔn)地判斷,以確保裝配工作準(zhǔn)確完成。其不僅為任務(wù)完成質(zhì)量提供保障,同時(shí)還有助于提升任務(wù)完成效率。而且機(jī)器人具有固定化特征,無須數(shù)次嘗試,有利于節(jié)約工作時(shí)間。

        3.3 材料搬運(yùn)機(jī)器人

        搬運(yùn)材料需消耗較大力氣,尤其是對(duì)重量過大的物品,人力通常無法完成,此時(shí)就需要具有較大力量的機(jī)器人完成這項(xiàng)工作,此時(shí)的機(jī)器人工作主要是碼垛、上下垛、抓取零件和卸貨等定向操作。

        3.4 檢測機(jī)器人

        在工業(yè)化生產(chǎn)中,監(jiān)測機(jī)器人的主要工作任務(wù)是檢查所生產(chǎn)產(chǎn)品和零件是否合格。既可測量零件尺寸,對(duì)其合乎標(biāo)準(zhǔn)與否進(jìn)行判斷,也可測量零件質(zhì)量,檢查質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)是否相符。總而言之就是監(jiān)測所生產(chǎn)的產(chǎn)品與零件,以確保生產(chǎn)的精準(zhǔn)性。除此之外,機(jī)器人監(jiān)測的精準(zhǔn)度明顯高于人類,人類檢測有出現(xiàn)小失誤的可能性,而機(jī)器人則能達(dá)到零失誤。

        3.5 噴涂機(jī)器人

        噴涂機(jī)器人大多在三維噴涂噴漆工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用,在三維表面噴涂噴漆工作中,需要5個(gè)以上的自由角度,如果選擇人工噴涂,往往需要不停更換設(shè)備位置,因此就會(huì)增加額外工作量,影響工作效率,而選擇噴涂機(jī)器人則有助于節(jié)約工作時(shí)間,提升三維噴涂噴漆效率,能夠充分顯現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。

        4 結(jié)語

        該文系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的控制方式、控制系統(tǒng)等內(nèi)容,盡管目前生活中還未普及機(jī)器人技術(shù),但是,人們已意識(shí)到機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì),而且其應(yīng)用范圍極為廣泛,無論是工業(yè)生產(chǎn)還是日常生活都可由機(jī)器人代替完成,由此可見機(jī)器人技術(shù)的重要性。機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代應(yīng)用廣泛、研究活躍的一門技術(shù),機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用是評(píng)判一個(gè)國家工業(yè)化水平的標(biāo)志之一。自動(dòng)化生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用較為普遍,為工業(yè)生產(chǎn)提供更多好處,所以,未來應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù),相信通過科學(xué)家們的共同努力,未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)能夠得到更好發(fā)展。

        參考文獻(xiàn)

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        [3]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.

        [4]楊志全.工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用研究[J]. 科技資訊,2017,15(5):110,112.

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