南博

【摘 ?要】隨著我國智能制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機器人在我國工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，有效地帶動了我國機械制造行業(yè)的發(fā)展。機電一體化技術(shù)是工業(yè)機器人的核心技術(shù)，工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備。隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，社會對工業(yè)機器人技術(shù)的要求更高。因此，論文結(jié)合多年實踐調(diào)查，以論述機電一體化技術(shù)作為切入點，闡述現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對工業(yè)機器人的應(yīng)用要求，最后提出機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人中的具體應(yīng)用，以此推動工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展。

【Abstract】With the development of intelligent manufacturing industry in China， industrial robot has been widely used in China's industrial field， which effectively drives the development of China's machinery manufacturing industry. Mechatronics technology is the core technology of industrial robot， and industrial robot is the most typical mechatronics digital equipment. With the continuous development of intelligent technology， the society has higher requirements for industrial robot technology. Therefore， combined with many years of practical investigation， this takes the discussion of mechatronics technology as the starting point， expounds the application requirements of modern industrial development for industrial robot， and finally proposes the specific application of mechatronics technology in industrial robot， so as to promote the development of industrial robot technology.

【關(guān)鍵詞】機電一體化技術(shù);工業(yè)機器人;智能制造;應(yīng)用

【Keywords】mechatronics technology; industrial robot; intelligent manufacturing; application

【中圖分類號】TH-39;TP242.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）07-0190-02

1 引言

隨著我國大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是智能制造戰(zhàn)略的實施，工業(yè)機器人已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造業(yè)的重要工具，成為衡量國際科技水平的重要標(biāo)志。例如，2019年人力資源部頒布的新職業(yè)就明確提出工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員和工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員兩大新的職業(yè)，可見工業(yè)機器人成為社會未來發(fā)展的重要方向。機電一體化是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要動力，隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)在社會各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機器人作為最典型的機電一體化技術(shù)的生產(chǎn)裝備，其已經(jīng)完全地融入了社會制造加工的各個行業(yè)。因此，本文結(jié)合實踐調(diào)查，介紹了機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人中的具體應(yīng)用，以期推動機器人機電一體化技術(shù)發(fā)展。

2 機電一體化技術(shù)的概述

機電一體化技術(shù)顧名思義就是實現(xiàn)了電子技術(shù)、機械技術(shù)、信息技術(shù)以及控制技術(shù)等多種高新技術(shù)的整合，機電一體化是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門新興的綜合性技術(shù)學(xué)科，并正日益得到普遍重視和廣泛應(yīng)用，已成為現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的一項高新技術(shù)。在一個完整的機電一體化系統(tǒng)中主要包括結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素以及智能組成要素。隨著我國智能技術(shù)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及虛擬化的發(fā)展趨勢發(fā)展。實踐證明，隨著我國機械制造技術(shù)發(fā)展以及我國國際地位提升，機電一體化技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用價值將會越來越突出。

機電一體化技術(shù)的發(fā)展直接帶動我國工業(yè)機器人的發(fā)展，工業(yè)機器人是機電一體化技術(shù)典型裝備，其基本功能就是提供作業(yè)生產(chǎn)的必須動力，基本工作原理就是通過操作機上各運動構(gòu)件的運動，自動地實現(xiàn)手部作業(yè)的動作功能及技術(shù)要求。

3 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對工業(yè)機器人應(yīng)用的要求

工業(yè)機器人是一種集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等跨學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的高端制造業(yè)中重要的智能裝備。從零部件的組成來看，工業(yè)機器人主要由機械本體、伺服系統(tǒng)、減速器和控制器四部分組成。其中，機械本體屬于傳統(tǒng)“機械”的范圍，而控制系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)“電氣”的領(lǐng)域。因此，工業(yè)機器人具有機械和電氣的雙重屬性。根據(jù)調(diào)查，隨著工業(yè)制造領(lǐng)域的發(fā)展，工業(yè)制造生產(chǎn)對工業(yè)機器人應(yīng)用提出更高的要求：

①機器人運動控制精度的要求。隨著我國工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，尤其是高端智能技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的粗放式工業(yè)加工生產(chǎn)模式已經(jīng)不再滿足我國工業(yè)制造領(lǐng)域的發(fā)展要求。精細(xì)化生產(chǎn)成為智能工業(yè)制造的必經(jīng)之路，工業(yè)制造的精細(xì)化要求工業(yè)機器人要達(dá)到運動控制的精準(zhǔn)化操作。例如，在現(xiàn)代數(shù)控機床加工中需要對各種加工零部件進(jìn)行精細(xì)化的加工處理，如果出現(xiàn)絲毫失誤都會影響機械加工產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，面對日益精密的機械制造要求，對工業(yè)機器人的運動控制精度提出了更高的要求，要求工業(yè)機器人嚴(yán)格按照設(shè)計運動軌跡操作，不能出現(xiàn)任何細(xì)微的失誤。當(dāng)前，對于機器人運動精度的控制主要是通過RV減速器完成，但是由于國內(nèi)生產(chǎn)的RV減速器存在壽命短、發(fā)熱量大等缺陷，所以一般以國外進(jìn)口居多。②傳動系統(tǒng)的精準(zhǔn)度要求。目前，工業(yè)機器人主要是通過運動系統(tǒng)完成作業(yè)，我國工業(yè)機器人主要是以六軸旋轉(zhuǎn)機器人和直線運動機器人為主，但是無論哪種機器人都是以運動傳遞為主的，而動力傳遞系統(tǒng)的穩(wěn)定性對末端運動精準(zhǔn)度有著直接的影響，如當(dāng)機器人動力系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定就會導(dǎo)致末端運動的精準(zhǔn)度降低，導(dǎo)致物品傳遞不到位。因此，工業(yè)智能化技術(shù)的發(fā)展對傳動系統(tǒng)的精準(zhǔn)度要求越來越嚴(yán)格，在今后的機器人研發(fā)中需要關(guān)注傳動系統(tǒng)的精準(zhǔn)度問題。③機器人裝配精度的要求。裝配是工業(yè)機器人完成作業(yè)的關(guān)鍵步驟，如果在裝配環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題不僅會對末端的精準(zhǔn)度造成嚴(yán)重影響，而且還容易發(fā)生安全事故。裝配環(huán)節(jié)的問題主要是沒有充分考慮到工業(yè)機器人機電零部件之間的性能。因此，一方面要嚴(yán)格控制機器人機電設(shè)備的零部件加工設(shè)計;另一方面要強化對末端負(fù)載能力的把控，保證其始終于恒定的力量進(jìn)行運動。

4 機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人中的具體應(yīng)用

面對工業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)機器人的新要求，優(yōu)化機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人中的應(yīng)用具有重要意義。結(jié)合調(diào)查，機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：

①檢測機器人各軸電機位置。工業(yè)機器人安裝操作有著嚴(yán)格的要求，尤其是在工業(yè)機器人安裝的過程中需要按照設(shè)計的要求精細(xì)化安裝，不能有絲毫偏差。例如，在工業(yè)機器人電機安裝前已經(jīng)做出了精細(xì)化的參數(shù)設(shè)定，因此，需要按照設(shè)計的參數(shù)進(jìn)行校對，確保各軸安裝后能夠符合工業(yè)機器人設(shè)計的要求。電機是工業(yè)機器人動力的主要來源，為了保證工業(yè)機器人的性能發(fā)揮到最大，需要在安裝后對電機性能進(jìn)行檢測。機電一體化技術(shù)是電機安裝位置檢測的重要技術(shù)，通過利用機電一體化技術(shù)可以準(zhǔn)確地對電機安裝位置進(jìn)行檢測。以對伺服電機反饋軸的安裝位置檢測為例，其主要是通過同心安裝的編碼器實現(xiàn)的，如果編碼器是1024或者2500線的增量型編碼器，那么電機一圈就是4096或者10000個脈，可以通過通訊或者直接看驅(qū)動器的編碼器外置反饋參數(shù)，看是多少脈沖，當(dāng)然此方法需要把起始位置的脈沖計數(shù)清零，或者記錄數(shù)據(jù)。②機器人運動軌跡規(guī)劃。機器人運動軌跡是機器人完成作業(yè)的基礎(chǔ)，受工作環(huán)境的影響，工業(yè)機器人運動軌跡比較固定，需要機器人按照系統(tǒng)設(shè)計的程序進(jìn)行運動。實現(xiàn)對工業(yè)機器人運動軌跡控制的核心技術(shù)就是機電一體化技術(shù)。首先機電控制技術(shù)結(jié)合機器人運動工況特點，結(jié)合工作情況對機器人運動軌跡進(jìn)行目標(biāo)位置的確定;然后輸入指令設(shè)定目標(biāo)，觀察各軸運動狀態(tài)，并且分析機器人運動量。機器人運動軌跡規(guī)劃過程中必須以驅(qū)動器為支持，結(jié)合機器人的運動原理對驅(qū)動電機發(fā)出指令，保持機器人各軸的同步性，確保行為軌跡符合預(yù)期，運動狀態(tài)良好。機器人運動狀態(tài)應(yīng)符合機器人運動設(shè)定的目標(biāo)，以此加強工業(yè)機器人運動精度控制和運動可靠性。③機器人核心部件測量。工業(yè)機器人屬于精密裝備，換而言之，工業(yè)機器人是由各種軸關(guān)節(jié)的減速器組成的，因此，為了保證工業(yè)機器人的穩(wěn)定性，需要實時監(jiān)測機器人的運動穩(wěn)定性。機電一體化技術(shù)則是對各軸關(guān)節(jié)減速器運行狀態(tài)監(jiān)測的核心技術(shù)，通過利用在線監(jiān)測技術(shù)可以根據(jù)軸關(guān)節(jié)的振動頻率判斷其運動狀態(tài)，例如，軸關(guān)節(jié)的振動頻率與設(shè)計參數(shù)不符時，系統(tǒng)就會發(fā)出警告，以此及時發(fā)現(xiàn)問題、修改問題，從而保證工業(yè)機器人運動的穩(wěn)定性。④在機器人工作環(huán)境控制中的應(yīng)用。工業(yè)機器人作業(yè)過程對周圍環(huán)境要求比較高，例如，工業(yè)機器人對于工作環(huán)境的要求不僅體現(xiàn)在溫度要適中、濕度要合理，而且還對周圍的電磁信號有著嚴(yán)格的要求，避免出現(xiàn)信號干擾而影響工業(yè)機器人的運動軌跡等。機電一體化技術(shù)則可以通過PLC等實現(xiàn)對工業(yè)機器人工作環(huán)境的控制。以工作溫度為例，通過PLC可以對工作環(huán)境的溫度進(jìn)行自動化控制，防止出現(xiàn)溫度過高而導(dǎo)致機器人智能操作失誤的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

總之，機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人領(lǐng)域的應(yīng)用有效提升了機器人的精度和可靠性，優(yōu)化了機器人的控制系統(tǒng)，而且實現(xiàn)了機器人的精準(zhǔn)控制，特別是末端位置的精準(zhǔn)控制，最大限度地發(fā)揮了機器人的使用功能，推動了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和進(jìn)步，提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率。

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