于果然

工業(yè)機器人在自動化控制中的應用分析

于果然

（常州紡織服裝職業(yè)技術學院，江蘇 常州 213000）

中國經濟的快速發(fā)展，促進了科學技術水平的提升，機器人技術也取得了飛速發(fā)展?，F(xiàn)階段，機器人技術已廣泛應用在汽車制造、塑膠生產等工業(yè)領域，工業(yè)機器人在自動化控制領域中的應用也非常普及。因此，對工業(yè)機器人在自動化控制領域中的應用進行了分析，對其未來發(fā)展方向展開討論，以期促進機器人技術在各個領域的推廣應用。

工業(yè)機器人；自動化控制；應用；機器人技術

經濟的發(fā)展帶動了科學技術的進步。在中國現(xiàn)階段，機器人已廣泛應用在工業(yè)、國防等領域，技術日益成熟，尤其是在工業(yè)自動化生產中已取得了很好的成績，工業(yè)機器人在汽車制造、鑄造業(yè)等方面已很大程度上取代傳統(tǒng)的人工生產模式。目前，機器人應用過程中也存在一些問題需要解決，技術需要進一步提高，使機器人技術更趨向智能化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1 工業(yè)機器人的內涵和外延

“工業(yè)機器人”最早出現(xiàn)在捷克作家查佩克的科幻小說《葉羅薩姆萬能機器人》中，原意為奴仆。隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)在則是能夠進行自動化生產的高度智能化的機器。中國用“機器人”一詞予以擬人化的稱呼，形象反映了該技術的特征和發(fā)展趨勢。

工業(yè)機器人是技術進步的產物，工業(yè)機器人工業(yè)生產領域的一種能夠根據(jù)事先編訂的計算機程序自動進行工業(yè)流水線生產的機器裝置。除正常的工業(yè)生產，工業(yè)機器人還可以用于維護設備、從事危險作業(yè)等。只要把生產步驟設定為固定的程序，工業(yè)機器人即可按照規(guī)定的步驟和標準進行自動化生產。根據(jù)生產的具體內容的不同，工業(yè)機器人還可具體分為作業(yè)機器人、危險環(huán)境機器人、化工機器人、軍工機器人、和工業(yè)機器人等。

與一般的工業(yè)機器相比，工業(yè)機器人的主要特點是集成了自動化、信息化等最新的科學技術，可以通過計算機編程等途徑根據(jù)人的控制進行自動化生產?，F(xiàn)代工業(yè)機器人與計算機技術、人工智能技術、新材料、仿生學、機械電子、編程技術、高級整合控制論高度結合，具有智能化、擬人化、可編程的多功能形態(tài)。

在中國，工業(yè)機器人應用極為廣泛，在生產、加工、焊接、切割、噴涂、注塑、沖壓、裝配、碼垛、包裝、搬運、檢測工業(yè)等領域皆可看到工業(yè)機器人的身影。工業(yè)機器人正在逐漸成為中國工業(yè)生產領域的主力。

2 工業(yè)機器人的主要特點

2.1 高度計算機化

工業(yè)機器人技術是建立在計算機技術的基礎上的，其整個運行離不開計算機系統(tǒng)的支持和控制，計算機參與度極高。

2.2 高度自由化

工業(yè)機器人具有很強的控制能力。為保持這種控制能力，工業(yè)機器人就需要相應的輔助機構進行支持和配合，以確保機器人的控制能力正常發(fā)揮作用。這些輔助機構表現(xiàn)形式較為自由，而且控制能力越強大，自由度就越高。對于一些結構和程序更為復雜的工業(yè)機器人，為提高對其控制力，更好地進行工業(yè)生產，則會相應地增加很大的自由度。為此，部分類型的機器人其自由度已經超過100個，而那些較為簡單的工業(yè)機器人，自由度一般只有4個。

2.3 高度的路徑優(yōu)化能力

工業(yè)機器人在生產過程中，是按照已經設定的編程自動進行的，具有很高的智能化、自動化水平。面對在生產活動中出現(xiàn)的眾多活動路徑，工業(yè)機器人會根據(jù)設定的算法對路徑進行自動優(yōu)化，選出一條最好的路徑。

3 工業(yè)機器人的主要功能

3.1 運動控制功能

工業(yè)機器人能夠根據(jù)工業(yè)生產的實際情況，自動運用較為合適的方式，進行合理移動或者變形為不同的形態(tài)。

3.2 再現(xiàn)功能

工業(yè)機器人投入到工業(yè)生產之前，先要對機器人的計算機系統(tǒng)輸入相應的程序命令，這些程序命令等信息會被存在計算機指定的位置。當人們需要時，這些信息就可以根據(jù)操作規(guī)程再現(xiàn)出來，供人們使用。

3.3 計算功能

工業(yè)機器人能夠根據(jù)自身周邊環(huán)境的信息，收集相關數(shù)據(jù)進行計算。人們可以根據(jù)機器人的計算結果制出機器人作業(yè)軌跡，由此作為輔助控系統(tǒng)運行的辦法。這對于工業(yè)機器人來說，是一項非常重要的步驟。

4 工業(yè)機器人的組成

4.1 核心控制系統(tǒng)

工業(yè)機器人的核心是控制系統(tǒng)。通過示教輸入或者編程輸入進行命令輸入，為控制機器人做準備?？刂葡到y(tǒng)的作業(yè)形式大體可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力矩控制；其控制方式有兩種，分別為分散控制和集中控制。機器人技術發(fā)展到現(xiàn)在，通過與智能技術的高度融合，還具備圖像處理能力，這使得機器人具有學習功能和自適應能力，可以進行自編輯。這極大提高了機器人在復雜環(huán)境下的作業(yè)能力，拓展了工業(yè)機器人的適用范圍。機器人可以按照程序的設定進行各種工業(yè)操作，通過對采集到的環(huán)境信息的處理，優(yōu)化具體的操作行為。

4.2 傳感器

工業(yè)機器人之所以具備感知周邊環(huán)境的能力，是因為有傳感器的存在。傳感器對機器人有重要作用，相當于機器人的神經系統(tǒng)，是極重要的檢測裝置，對內它能檢測機器人的加速度、速度和位移情況，對外能檢測機器人的工作環(huán)境。隨著科技的發(fā)展進步，機器人的感知能力還會有更大的發(fā)展。

4.3 驅動系統(tǒng)

工業(yè)機器人之所以能夠執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)出的命令，在于出色的驅動系統(tǒng)，其由傳動裝置和動力系統(tǒng)組成，傳動裝置由動力元件驅動執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行傳送命令，實現(xiàn)物件的位移；動力來源為氣動、液壓和電力。

5 工業(yè)機器人在自動化控制中的應用

5.1 汽車制造行業(yè)的應用

在世界大多數(shù)發(fā)達國家的汽車制造行業(yè)中，工業(yè)機器人的使用量已超過機器人總數(shù)的53%，而在中國，也已有超過50%的工業(yè)機器人應用于汽車制造業(yè)，而在應用于汽車制造業(yè)中的工業(yè)機器人中，有50%以上的機器人為焊接機器人。因此可以看出，工業(yè)機器人在未來的應用中必將取代汽車制造業(yè)的人工工作模式，實現(xiàn)工業(yè)機器人在汽車制造中完成全部作業(yè)的目標。現(xiàn)階段，中國對制造業(yè)和自動化技術提出更高的要求，工業(yè)發(fā)展要追趕并趕超世界發(fā)達國家水平，工業(yè)機器人在其中發(fā)揮著重要作用。工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應用對汽車制造業(yè)的發(fā)展有著極大的促進作用，對改變中國汽車制造業(yè)現(xiàn)狀和增加國際市場競爭力具有重要的推動作用。汽車制造業(yè)沒有使用工業(yè)機器人之前，大多數(shù)汽車制造環(huán)節(jié)基本上都是靠人工完成，工作效率極低。使用工業(yè)機器人進行汽車制造作業(yè)后，工業(yè)機器人基本上取代了人工作業(yè)，大大提高了工作效率，促使中國汽車制造的總產量飛速提升，并且質量也有所保證。

5.2 橡膠及塑料工業(yè)

橡膠和塑料都是現(xiàn)代國民經濟與科技領域中不可缺少的高分子材料，用途十分廣泛，不僅能滿足人們的日常生活、醫(yī)療衛(wèi)生和文體生活等各方面的需要，還能滿足工農業(yè)生產、交通運輸、電子通訊和航空航天等各個領域的技術要求。橡膠和塑料工業(yè)是一項需要緊密合作的行業(yè)，同時在一定程度上又有著極高的專業(yè)化程度。另外，在當前的機械制造工業(yè)中，橡膠及塑料的生產和加工環(huán)節(jié)的機械化程度又有緊密聯(lián)系。在中國工業(yè)生產中，橡膠及塑料工業(yè)是非常重要的行業(yè)，隨著其他行業(yè)的發(fā)展，對于橡膠及塑料的需求越來越大。而機械制造作為生產工作環(huán)節(jié)和加工工作環(huán)節(jié)二者之間進行連接的重要的工藝技術，對保證橡膠及塑料生產質量和數(shù)量具有重要作用。

在傳統(tǒng)的橡膠及塑料生產過程中，大多數(shù)采用人工和加工設備合作進行作業(yè)的生產模式，無法保證產品的精細程度和質量，而且需要在極端條件比如高溫環(huán)境下進行生產，人工根本無法完成生產作業(yè)。但對于工業(yè)機器人，這些都不是問題，其可以滿足極端條件下的作業(yè)，并且還能高效地保證產品的精確度。工業(yè)機器人在橡膠及塑料工業(yè)生產中的地位越來越高，對于提升中國的塑料行業(yè)競爭力具有重要作用。

5.3 鑄造行業(yè)

中國的鑄造行業(yè)迅猛發(fā)展，一些精簡技術已處于世界技術前沿。由于鑄造業(yè)本身是一個工作強度大、高溫高污染的行業(yè)。在鑄造車間，充斥著高溫、粉塵、噪聲等，工作環(huán)境極其惡劣，這對于人工生產來講，面臨這巨大挑戰(zhàn)，而且存在安全隱患，而工業(yè)機器人可以適應極端的工作環(huán)境，承受人工不能承受的壓力和負擔。因此，工業(yè)機器人現(xiàn)在廣泛應用在鑄造行業(yè)中，大幅度降低人工的勞動強度，工作人員只需要對其控制系統(tǒng)簡單操作就能夠使工業(yè)機器人應用于注塑機運輸?shù)裙ぷ髦?，并且可以極大程度地提高工作效率。

6 結語

隨著計算機技術、信息技術、智能技術和自動化技術的發(fā)展與融合，工業(yè)生產技術取得巨大的進步，工業(yè)機器人也應運而生。當前，工業(yè)機器人已廣泛應用于汽車制造業(yè)、橡膠塑料產業(yè)、鑄造業(yè)、化工行業(yè)等領域，并取得了很好的應用效果。為此，中國也應加大對工業(yè)化機器人的技術研究，使之能更好地服務于國家經濟的發(fā)展和綜合國力的提升。

［1］盛世岳，徐君.工業(yè)機器人基本操作與維護課程一體化教材開發(fā)的探索與實踐［J］.電子世界，2020（1）：55-56.

［2］王瑞芳.工業(yè)機器人在自動化控制中的應用探討［J］.智庫時代，2018（49）：179-180.

［3］武明月.工業(yè)機器人技術在自動化控制領域的實踐［J］.南方農機，2019（10）：190，192.

TP242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.065

2095－6835（2020）22－0149－02

于果然（2000—），男，江蘇淮安人，常州紡織服裝職業(yè)技術學院機電學院工業(yè)機器人專業(yè)2018級在讀學生，研究方向為工業(yè)機器人應用。

〔編輯：嚴麗琴〕