孫超

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。在中國(guó)現(xiàn)階段，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域，技術(shù)日益成熟，尤其是在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中已取得了很好的成績(jī)，工業(yè)機(jī)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(chǎn)模式。目前，機(jī)器人應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題需要解決，技術(shù)需要進(jìn)一步提高，使機(jī)器人技術(shù)更趨向智能化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1 概述

“機(jī)器人”的由來(lái)很早，最近幾年逐漸滲入到我們的日常生活中，成為人們喜聞樂(lè)見(jiàn)的話題。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義是面向工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的自動(dòng)控制、可重復(fù)編程的多用途機(jī)械手。工業(yè)是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的根本，機(jī)器人自動(dòng)化是工業(yè)發(fā)展的命脈。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從20世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，特別是在“863”計(jì)劃的支持下，經(jīng)過(guò)十幾年的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，使中國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有，跨出了一大步[1]。

2 工業(yè)機(jī)器人的誕生與發(fā)展

第一代工業(yè)機(jī)器人主要是運(yùn)用示教器來(lái)進(jìn)行編程，編寫出相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過(guò)示教器把操作指令及順序保存起來(lái)，再由控制器下達(dá)指令到各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)指令內(nèi)容，進(jìn)行操縱過(guò)程。

第二代便演變?yōu)檫h(yuǎn)程監(jiān)控模式，通過(guò)模擬和仿真等技術(shù)構(gòu)建出以信息映射為平臺(tái)的數(shù)據(jù)模型，這樣在編寫程序過(guò)程中能更直觀地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并及時(shí)修改。該系統(tǒng)能第一時(shí)間針對(duì)某些指令或者預(yù)期行為進(jìn)行測(cè)控。可以說(shuō)這是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展到一個(gè)簡(jiǎn)單的智能化階段，其通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)一定程度的視覺(jué)感官。

第三代則是真正進(jìn)入了智能化階段，實(shí)現(xiàn)了自主化、自動(dòng)化操控和運(yùn)動(dòng)，其信息由外部傳感器進(jìn)行采集，第一時(shí)間評(píng)估四周的工作環(huán)境，通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)所做出的相關(guān)判斷對(duì)系統(tǒng)在后續(xù)運(yùn)作中應(yīng)有的工作行為做出計(jì)算，最終下達(dá)指令來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)作。

3 對(duì)自動(dòng)化的控制特點(diǎn)進(jìn)行分析

為了能夠進(jìn)一步對(duì)自動(dòng)化的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，也要將其被控制的裝置以及對(duì)象通過(guò)合理方式進(jìn)行銜接，使其能夠形成一個(gè)有機(jī)的整體，讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主行動(dòng)。然而在具體進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，通過(guò)合理的應(yīng)用自動(dòng)化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不需要人力參與到實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)器人可以在無(wú)人干預(yù)的情況下處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)無(wú)休止的工作。

4 工業(yè)機(jī)器人控制部分的概括

4.1 人-機(jī)交互系統(tǒng)

人-機(jī)交互系統(tǒng)是指操作人員對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制并與機(jī)器人之間取得聯(lián)系的裝置。該系統(tǒng)可分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。類似于我們?nèi)粘Ｋ褂秒娔X的鍵盤（指令給定裝置）和屏幕（信息顯示裝置）。以一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)器人為例，機(jī)器人系統(tǒng)包含示教器和控制柜，機(jī)器人主要是通過(guò)示教器和控制柜與自身取得聯(lián)系，既可以通過(guò)在示教器上進(jìn)行編程，輸入一些指令，即指令給定裝置；也可以在示教器上顯示相應(yīng)的信息，即信息顯示裝置。這就是人-機(jī)交互系統(tǒng)。

4.2 組成和控制方式

機(jī)器人的組成部分主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主體結(jié)構(gòu)三個(gè)部分組成。而主體結(jié)構(gòu)部分又包括臂部、手部、腕部三個(gè)部分，機(jī)器人的手部一般有四到七個(gè)自由度，腕部有兩到三個(gè)自由度，臂部一般存在四到五個(gè)自由度。在機(jī)器人的控制方式部分，首先是智能控制，機(jī)器人能夠通過(guò)傳感器接收周圍一系列的環(huán)境信息，并且輸入到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)能夠通過(guò)傳入的信息不斷地進(jìn)行分析，從而傳入相關(guān)的操作指令，能夠讓機(jī)器人智能地學(xué)習(xí)和適應(yīng)生存環(huán)境。其次是觸覺(jué)方面的控制，機(jī)器人在進(jìn)行工作的過(guò)程中，是需要提高效率，準(zhǔn)確度，安全性的，通過(guò)觸覺(jué)的方式能夠幫助機(jī)器人感覺(jué)到周邊環(huán)境的影響，并做出相關(guān)的動(dòng)作。

5 工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

5.1 汽車制造行業(yè)的應(yīng)用

在世界大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車制造行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人的使用量已超過(guò)機(jī)器人總數(shù)的53%，而在中國(guó)，也已有超過(guò)50%的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，而在應(yīng)用于汽車制造業(yè)中的工業(yè)機(jī)器人中，有50%以上的機(jī)器人為焊接機(jī)器人。因此可以看出，工業(yè)機(jī)器人在未來(lái)的應(yīng)用中必將取代汽車制造業(yè)的人工工作模式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在汽車制造中完成全部作業(yè)的目標(biāo)?，F(xiàn)階段，中國(guó)對(duì)制造業(yè)和自動(dòng)化技術(shù)提出更高的要求，工業(yè)發(fā)展要追趕并趕超世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平，工業(yè)機(jī)器人在其中發(fā)揮著重要作用。工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用對(duì)汽車制造業(yè)的發(fā)展有著極大的促進(jìn)作用，對(duì)改變中國(guó)汽車制造業(yè)現(xiàn)狀和增加國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的推動(dòng)作用[2]。

5.2 家電行業(yè)的應(yīng)用

空調(diào)器外機(jī)安裝工藝順序?yàn)橛傻锥?、由里向外，安裝元件分別為：紙托、底盤、腳墊、洗滌劑、壓機(jī)、固定螺母、膠塞、隔音棉、地線、高壓閥等共計(jì)64種，裝配方式有三種，分別為：人工、機(jī)器人自動(dòng)化、其他設(shè)備自動(dòng)化，字母表示分別為P、R、M。

在64個(gè)裝配工序中，自動(dòng)化M+R裝配形式的工序有33個(gè)。為此，自動(dòng)化率的初步計(jì)算方式為：（自動(dòng)化工位總數(shù)/工位總數(shù)）×100%=51.6%。工業(yè)機(jī)器人裝配完成的總元件數(shù)量為20個(gè)，機(jī)器人自動(dòng)化應(yīng)用效率為：（工業(yè)機(jī)器人裝配數(shù)量/工位總數(shù)）×100%=31.3%。完成所有項(xiàng)目自動(dòng)化裝配的33個(gè)數(shù)目中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用占比為：（工業(yè)機(jī)器人裝配數(shù)量/自動(dòng)化工位總數(shù)）×100%=（20/33）×100%=61%。經(jīng)計(jì)算分析可知：各企業(yè)多年內(nèi)應(yīng)用的裝配自動(dòng)化工藝，優(yōu)化了空調(diào)外機(jī)裝配的成本，其中純?nèi)斯べM(fèi)用降低了44%，優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)，具有重要的發(fā)展意義，相比于其他新興產(chǎn)業(yè)，此線體所具有的自動(dòng)化裝配能力尚不理想，仍然存在人為依賴問(wèn)題。在全部自動(dòng)化裝配工位中，工業(yè)機(jī)器人的裝配應(yīng)用率達(dá)到61%，充分證實(shí)了工業(yè)機(jī)器人裝配技術(shù)的應(yīng)用效能，彰顯出工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行期間的多重優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為：靈活性強(qiáng)、集成度高、編程性優(yōu)異、場(chǎng)景應(yīng)用適應(yīng)性佳。

5.3 分析機(jī)器人的噴涂

對(duì)于機(jī)器人的噴涂而言，主要作為現(xiàn)如今汽車制造行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)，通過(guò)合理的應(yīng)用這些技術(shù)，能夠更加準(zhǔn)確的判斷出汽車的設(shè)計(jì)情況，對(duì)其每個(gè)噴涂的細(xì)節(jié)進(jìn)行有效落實(shí)，對(duì)汽車噴涂過(guò)程中的要領(lǐng)進(jìn)行不斷的明確，使其汽車的外觀能夠更加細(xì)致。此外工業(yè)機(jī)器人在人工噴漆中，可以更好的對(duì)噴漆的效果和位置進(jìn)行把控，將其成果進(jìn)行合理的優(yōu)化，保證機(jī)器人能夠?qū)娡抗ぷ髀鋵?shí)到實(shí)際中，對(duì)噴涂活動(dòng)做出持續(xù)的優(yōu)化和改進(jìn)，最終使其噴涂效果和質(zhì)量得到全面提升。研究噴涂工藝的目的是獲得良好的噴涂質(zhì)量，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，具體而言，核心研究?jī)?nèi)容就是基于現(xiàn)有噴涂裝置和外部環(huán)境，選擇最優(yōu)的噴涂參數(shù)和最佳的噴涂軌跡。噴涂工藝所要研究的內(nèi)容有噴涂路徑、噴涂重疊率、噴涂流量、噴涂速度、噴涂距離、霧化和扇形空氣壓力等。

為了獲得良好的涂層質(zhì)量，并且完整覆蓋工件表面，通常需要機(jī)器人夾持自動(dòng)噴槍與工件表面保持一定的角度和距離并勻速移動(dòng)，噴槍末端沿著工件表面的運(yùn)動(dòng)軌跡就是噴涂路徑。由于單道噴涂軌跡在工件表面形成一個(gè)中間厚，兩邊薄的涂層，因此為了獲得均勻的涂層，相鄰軌跡的噴幅之間要有一定的重疊。

5.4 醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人在醫(yī)療方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在細(xì)微的手術(shù)方面。隨著時(shí)代的發(fā)展，醫(yī)療的領(lǐng)域已經(jīng)與現(xiàn)代科技息息相關(guān)，并且離不開現(xiàn)代化的技術(shù)。機(jī)器人就是最好的證明。根據(jù)目前來(lái)看，世界上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能機(jī)器人的手術(shù)。雖然手術(shù)的過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，但是它也能夠體現(xiàn)出機(jī)器人在發(fā)展過(guò)程中的重大突破。對(duì)于一些我們?nèi)祟悷o(wú)法完成的操作部分，可以交給機(jī)器人來(lái)做，他在實(shí)現(xiàn)病人的康復(fù)手術(shù)等過(guò)程中，能夠不斷地促進(jìn)手術(shù)的成功，同時(shí)在醫(yī)療方面也包括智能機(jī)器床、智能機(jī)器手術(shù)臺(tái)等[3]。

5.5 服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用

在服務(wù)行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，服務(wù)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)隨著時(shí)代的潮流實(shí)現(xiàn)自身的智能化。在智能機(jī)器人的應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在智能機(jī)器人的服務(wù)方面，例如最新研發(fā)的服務(wù)機(jī)器人，根據(jù)相關(guān)的程序代碼可以設(shè)置出機(jī)器人的動(dòng)作運(yùn)行速度利用機(jī)器人進(jìn)行服務(wù)，在大型的酒店，利用機(jī)器人進(jìn)行傳菜服務(wù)，同時(shí)還可以根據(jù)相應(yīng)的程序設(shè)施來(lái)設(shè)定機(jī)器人廚師，這些新興的設(shè)備不斷地吸引著顧客，有些公司已經(jīng)開始使用智能機(jī)器人進(jìn)行前臺(tái)服務(wù)，這提高了顧客的體驗(yàn)度，同時(shí)也不斷完善著公司的發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

人們已經(jīng)意識(shí)到機(jī)器人發(fā)展已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ钪?，機(jī)器人除了在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用的范圍較廣之外，也已經(jīng)在醫(yī)療、服務(wù)行業(yè)有所進(jìn)展。任何一項(xiàng)技術(shù)都需要我們不斷地對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用研究，在工業(yè)自動(dòng)化不斷發(fā)展的背景下，技術(shù)工作人員也應(yīng)跟隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展注入新的內(nèi)涵。