譚敏 劉昭琴 吳江

(重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院 重慶市 400000）

在新時代的背景下，人工智能成為衡量國家硬實力和軟實力的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。在21世紀(jì)的科技時代背景之下，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興科技技術(shù)的出現(xiàn)，機器人成為機械制造業(yè)中的重要工具，在未來機器人也將成為新時代發(fā)展主流。在工業(yè)時代背景之下，機械制造作為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展動力，機電一體化的應(yīng)用在其中發(fā)揮著重要推動作用，機電一體化在機器人控制系統(tǒng)當(dāng)中符合常態(tài)要求也能夠推動機器人的創(chuàng)新和發(fā)展，基于此，對機器人控制系統(tǒng)中的機電一體化研究有著必要性。

1 機器人控制系統(tǒng)的機電一體化概述

1.1 機電一體化概述

機電一體化涵蓋內(nèi)容和范圍十分廣泛，其中包含了電子科技技術(shù)、機械應(yīng)用技術(shù)等。機電一體化屬于現(xiàn)代化信息科技技術(shù)中綜合性較強的技術(shù)，在發(fā)展的過程中由微電子技術(shù)向機械工業(yè)轉(zhuǎn)變，成為科技技術(shù)時代背景下工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中使用最為頻繁，也是最為重要的技術(shù)之一。機電一體化所涉及到的內(nèi)容也十分繁雜，涵蓋了結(jié)構(gòu)組成要素、感知組成要素等，所以專業(yè)人員在進(jìn)行研究時，對專業(yè)人員的專業(yè)技能水平要求較高。目前，隨著我國機械制造行業(yè)的飛速發(fā)展，機械一體化在行業(yè)中的重要性也逐漸顯現(xiàn)，為了推動機械制造業(yè)的發(fā)展，機器人的制造也十分重要，做好機器人控制系統(tǒng)中的機電一體化能夠滿足科技技術(shù)時代中對機械制造的需求。

1.2 機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代初期，我國開始重視機電一體化在機械制造業(yè)中的重要性，所以開始研究和應(yīng)用機電一體化。隨著“863計劃”的出現(xiàn)，我國成立了專門的機電一體化技術(shù)制造小組，對機電控制進(jìn)入了專項研究階段。除此之外，國家開始正視機電系統(tǒng)在當(dāng)時的發(fā)展情況，以及對未來發(fā)展的展望，所以在各大高校中倡導(dǎo)和鼓勵開設(shè)相關(guān)專業(yè)，并且鼓勵專業(yè)人士對次開展專業(yè)研究技術(shù)工作，隨著研究的深入，我國機電一體化取得了相應(yīng)的研究成果。但是由于我國的機電一體化起步較晚，所以在發(fā)展成熟過程中與西方國家相比較為緩慢，但是隨著我國專業(yè)人士的研發(fā)，相信在未來我國機電一體化控制系統(tǒng)一定能夠?qū)崿F(xiàn)更快、更高的發(fā)展高度。

1.3 機器人控制系統(tǒng)中機電一體化的發(fā)展趨勢

就目前而言，機器人控制系統(tǒng)已將機電一體化進(jìn)行結(jié)合，在以后，機電一體化技術(shù)更加成熟之后一定會對機器人控制系統(tǒng)提供更好的幫助。機器人控制系統(tǒng)中的機電一體化技術(shù)通過機器人的感知系統(tǒng)、組織系統(tǒng)、行動系統(tǒng)等相關(guān)協(xié)同作用，通過高精準(zhǔn)度的設(shè)備對機械制造行業(yè)進(jìn)行監(jiān)測和生產(chǎn)，從而提高機械制造行業(yè)的工作質(zhì)量。除此之外，利用機電一體化技術(shù)系統(tǒng)可以突破傳統(tǒng)機械制造設(shè)備傳感器不清晰和圖像傳達(dá)不清晰等問題。針對機械制造業(yè)中出現(xiàn)的問題，結(jié)合智能化技術(shù)，通過不斷優(yōu)化和提高智能化科技技術(shù)，形成高效、有序的制造系統(tǒng)，從而幫助機械制造業(yè)實現(xiàn)更高的生產(chǎn)目標(biāo)。

2 機器人控制系統(tǒng)對機電一體化的要求

2.1 機械零件制造

據(jù)悉，現(xiàn)在大多機械制造行業(yè)中的企業(yè)使用的機器人都屬于中小型或者精密型機器人，在此背景下，機械制造行業(yè)對機器人的機械零件提出了更高的要求。同時，為了遵循機械制造行業(yè)中對機器人的使用要求和基本要求，為了保證零件的精準(zhǔn)度，所以要從提高機器人的運動精準(zhǔn)度入手。除此之外，若機器人中的電機或者手臂的行為軌跡或者部位精度與設(shè)計不符合，那么會直接影響機器人的行動軌跡與生產(chǎn)需求出現(xiàn)偏差，影響了最終使用情況。

2.2 傳動系統(tǒng)

據(jù)了解發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在機械制造行業(yè)中使用的機器人所應(yīng)用的機器人大致由六軸旋轉(zhuǎn)機器人和直線運動機器人。六軸旋轉(zhuǎn)機器人是運用六軸運動，在運動方向類型中屬于旋轉(zhuǎn)運動類型，而直線運動機器人主要運用于上料、下料等生產(chǎn)過程。傳動系統(tǒng)在機器人控制系統(tǒng)中屬于重要組成部分，對機器人的運作、行動的精準(zhǔn)度有著直接影響。

2.3 機器人裝配

若機器人的裝配環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，那么機器人的末端接受的精準(zhǔn)度也會出現(xiàn)偏差，所以在生產(chǎn)和制造機器人的過程中和優(yōu)化機器人控制系統(tǒng)過程中要遵循行業(yè)的要求和需求，對機器人的零件加以分析，避免裝配環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致偏差現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.4 機器人精準(zhǔn)度與末端負(fù)載能力

機械制造行業(yè)中使用機器人一般在初始階段機器人的精準(zhǔn)度、速度等性能都較好，但是隨著使用時間的增長或者對機器人的養(yǎng)護(hù)不到位等原因，機器人的零件逐漸出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，到使用后期階段，機器人的精準(zhǔn)度會出現(xiàn)較小的偏差。經(jīng)過筆者的分析發(fā)現(xiàn)有以下兩種原因，一是由于機器人中的零件收到磨損，機器人的行走、手臂運動角度出現(xiàn)偏差，若長期反復(fù)運作，機器人的在定位上會出現(xiàn)精準(zhǔn)度偏差；二是由于機器人的精準(zhǔn)度出現(xiàn)偏差往往因為傳動鏈的增加而逐漸擴大，所以機器人末端運動位置和設(shè)計時候的位置出現(xiàn)不一致。機器人在工業(yè)制造行業(yè)中由于生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，機器人在實際運作過程中的末端負(fù)載能力也有著不同的需求，經(jīng)了解發(fā)現(xiàn)機器人在長期運轉(zhuǎn)過程中末端負(fù)載能力會有所下降，并且由于部分企業(yè)對機器人的超負(fù)荷工作，導(dǎo)致機器人實際工作中超負(fù)載導(dǎo)致?lián)p壞?；诖耍髽I(yè)應(yīng)該注重機器人對負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)，避免機器人因超負(fù)載出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。

3 機器人控制系統(tǒng)中機電一體化的應(yīng)用

3.1 電機運動位置監(jiān)測

在機械制造行業(yè)中，機器人在制作和使用過程中對其運動精準(zhǔn)度有著極高的要求，基于此，需要對機器人運動軸也作出了高要求。伺服電機是機器人控制系統(tǒng)中點擊類型的最基礎(chǔ)的點擊類型之一，再電機中可以安裝編碼器，以此達(dá)到對電機運動位置監(jiān)測的功能，但是需要注意的是編碼器在進(jìn)行翻譯過程中需要將翻譯后所得到的數(shù)據(jù)即使傳送到驅(qū)動器當(dāng)中，以保證電機旋轉(zhuǎn)角度與射擊角度與實際所需運動規(guī)定角度保持一致。另外，直線運動機器人在實際應(yīng)用過程中，在對運動精準(zhǔn)度調(diào)節(jié)檢測過程中需要及時對機器人運動軌跡的角度進(jìn)行調(diào)整，尤其是在機器人出現(xiàn)行動偏差、手臂擺動位置偏差的時，及時排查機器人控制系統(tǒng)中的故障問題，以此保證機器人的正常運行。

3.2 運動軌跡的規(guī)劃

機器人運動軌跡的規(guī)劃是機器人完成作業(yè)的前提條件也是重要基礎(chǔ)。機器人的運動軌跡具有穩(wěn)定性和固定性，會根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)中所設(shè)定的程序進(jìn)行運動，但是往往在實際運作過程會因為外在條件受到影響。機器人控制系統(tǒng)中機電一體化的應(yīng)用之下，為了幫助機器人的運動軌跡達(dá)到統(tǒng)一和精準(zhǔn)，應(yīng)該嚴(yán)格按照機器人的運動作業(yè)特點，明確定位機器人運動位置，再根據(jù)機電系統(tǒng)中所設(shè)定的指令，觀察機器人的運動情況，將機器人的運動情況、運動量進(jìn)行及時記錄、監(jiān)測和分析。

3.3 機器人的核心部件測量

從機器人的實際屬性而言，機器人在機械制造業(yè)中屬于精密設(shè)備，其運行狀態(tài)離不開減速器的運用。為了提高機器人實際工作的穩(wěn)定性、安全性與精準(zhǔn)性，需要對機器人的運動穩(wěn)定做好維護(hù)和監(jiān)測，將機電一體化運用在機器人中軸關(guān)節(jié)減速器等設(shè)備進(jìn)行運行監(jiān)測，再通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對機器人的軸關(guān)節(jié)震顫頻次進(jìn)行記錄并分析，以此監(jiān)測機器人是否出現(xiàn)運動問題。在實際運作過程中，通過機電一體化技術(shù)對機器人軸關(guān)節(jié)震顫頻次進(jìn)行記錄和監(jiān)測，若出現(xiàn)震顫頻次不符合機器人設(shè)計等其他要求，那么設(shè)計人員需要對此提出問題，并排查控制系統(tǒng)中的問題，并及時分析和解決，以此保證機器人運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

3.4 機器人工業(yè)環(huán)境控制

為了保證機器人運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性和有效性需要機器人對周圍工作環(huán)境有一個正確的分析。由于機械制造行業(yè)中機器人的工作環(huán)境有諸多復(fù)雜影響因素，并且機器人在運作過程中需要在溫度適宜、濕度適宜和電磁信號適宜的環(huán)境下進(jìn)行工作，否則可能會因為溫度不合適影響機器人的運作，濕度太高導(dǎo)致機器人零件腐壞或者因為信號干擾而影響了機器人的運動軌跡等情況。面對以上幾種情況，研發(fā)人員需要對機器人控制系統(tǒng)中機電一體化進(jìn)行強化，例如通過PLC技術(shù)做好對外界環(huán)境的控制，實現(xiàn)對機器人工作環(huán)境的自動化控制，從外在條件因素避免機器人操作失誤或者運作偏差的現(xiàn)象。

3.5 智能制造

機器人在工業(yè)制造中具有智能性特點，可以根據(jù)設(shè)計者設(shè)定的目標(biāo)完成相應(yīng)的操作。在智能制造過程中將機械、信息技術(shù)等學(xué)科專業(yè)知識加以整合，讓機器人在實際運作過程中可以達(dá)到工業(yè)需求的目標(biāo)和效果。例如機器人的手臂是模仿了人類手臂，但是由于機器人的手臂缺乏靈活性，導(dǎo)致在實際過程中由于手臂擺動卡頓或者角度未能達(dá)到設(shè)定目標(biāo)導(dǎo)致影響了實際工作效果，基于此應(yīng)該提高電子技術(shù)精準(zhǔn)度。與此同時，機器人控制系統(tǒng)中機電一體化與自動導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，通過傳感器感應(yīng)技術(shù)、電子信息技術(shù)等進(jìn)行操作，不僅能夠幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率也能保證企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量。

4 機器人控制系統(tǒng)下機電一體化設(shè)計辦法

4.1 電子控制代替機械結(jié)構(gòu)控制

生產(chǎn)工業(yè)中若使用的機器人是采用的單獨機械結(jié)構(gòu)控制機器人的行動軌跡和行為方式，那么機器人的控制方式也是采用一般化的機械控制結(jié)構(gòu)，若機器人采用的是機電一體化的產(chǎn)品設(shè)計，那么可以通過電子化電氣控制技術(shù)對機器人的行動進(jìn)行操控或者改進(jìn)，這樣不僅能夠簡化機器人的機械運行步驟，也能改變機器人的整體運行過程，同時也能夠完成工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)目標(biāo)。首先，通過編碼器等控制器件將電子控制與機械控制進(jìn)行結(jié)合，然后通過變速器替代機器人的控制系統(tǒng)中的控制方式。電子控制代替機械結(jié)構(gòu)控制能夠提高機器人的運作性能，也能夠提高其使用質(zhì)量，真正符合機電一體化的設(shè)計理念。

4.2 電子控制與部分機械結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合

機器人控制系統(tǒng)中機電一體化的設(shè)計部分中占比最為重要的是需要改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計理念，打造出符合現(xiàn)代化運作機器人的設(shè)計思路，其實設(shè)計原理并沒有改變，只是采用了新的設(shè)計方法創(chuàng)新了產(chǎn)品，將電子控制與機械控制結(jié)合成為一個完整的整體。

4.3 整合控制系統(tǒng)中的功能模塊

在實際使用機器人的過程中若發(fā)現(xiàn)電子控制系統(tǒng)與機械控制系統(tǒng)未能實現(xiàn)生產(chǎn)目的，那么需要將機器人控制系統(tǒng)中的功能性模塊進(jìn)行整合，構(gòu)成一個完整的第二系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中通過購入伺服模塊、電機模塊等各類機械模塊裝置，對裝置進(jìn)行整合，使之成為機電一體化產(chǎn)品，這樣不僅節(jié)約了設(shè)計成本，對于用人單位而言也便于維修和管理。

5 總結(jié)

綜上所述，機電一體化技術(shù)在機器人控制系統(tǒng)中占據(jù)著十分重要的位置，也是機器人正常運作的重要基礎(chǔ)條件。機器人的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式，并且為現(xiàn)代機械制造業(yè)提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到了生產(chǎn)智能化的目標(biāo)，也實現(xiàn)了現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的基本需求，為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的創(chuàng)新和變革做出了貢獻(xiàn)。在未來的工業(yè)發(fā)展和機器人發(fā)展過程中，研發(fā)人員需要加強研發(fā)力度，將機電一體化與機器人控制系統(tǒng)進(jìn)行全面融入，推動機器人的發(fā)展和工業(yè)行業(yè)的發(fā)展。