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自动化控制中工业机器人的应用研究

2020-11-26 518 上传者：管理员

摘要：中国经济的快速发展，促进了科学技术水平的提升，机器人技术也取得了飞速发展。现阶段，机器人技术已广泛应用在汽车制造、塑胶生产等工业领域，工业机器人在自动化控制领域中的应用也非常普及。因此，对工业机器人在自动化控制领域中的应用进行了分析，对其未来发展方向展开讨论，以期促进机器人技术在各个领域的推广应用。

关键词：
工业机器人
工业生产
工业自动化
机器人技术
自动化控制
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经济的发展带动了科学技术的进步。在中国现阶段，机器人已广泛应用在工业、国防等领域，技术日益成熟，尤其是在工业自动化生产中已取得了很好的成绩，工业机器人在汽车制造、铸造业等方面已很大程度上取代传统的人工生产模式。目前，机器人应用过程中也存在一些问题需要解决，技术需要进一步提高，使机器人技术更趋向智能化、现代化发展。

1、工业机器人的内涵和外延

“工业机器人”最早出现在捷克作家查佩克的科幻小说《叶罗萨姆万能机器人》中，原意为奴仆。随着时代的发展，现在则是能够进行自动化生产的高度智能化的机器。中国用“机器人”一词予以拟人化的称呼，形象反映了该技术的特征和发展趋势。

工业机器人是技术进步的产物，工业机器人工业生产领域的一种能够根据事先编订的计算机程序自动进行工业流水线生产的机器装置。除正常的工业生产，工业机器人还可以用于维护设备、从事危险作业等。只要把生产步骤设定为固定的程序，工业机器人即可按照规定的步骤和标准进行自动化生产。根据生产的具体内容的不同，工业机器人还可具体分为作业机器人、危险环境机器人、化工机器人、军工机器人、和工业机器人等。

与一般的工业机器相比，工业机器人的主要特点是集成了自动化、信息化等最新的科学技术，可以通过计算机编程等途径根据人的控制进行自动化生产。现代工业机器人与计算机技术、人工智能技术、新材料、仿生学、机械电子、编程技术、高级整合控制论高度结合，具有智能化、拟人化、可编程的多功能形态。

在中国，工业机器人应用极为广泛，在生产、加工、焊接、切割、喷涂、注塑、冲压、装配、码垛、包装、搬运、检测工业等领域皆可看到工业机器人的身影。工业机器人正在逐渐成为中国工业生产领域的主力。

2、工业机器人的主要特点

2.1高度计算机化

工业机器人技术是建立在计算机技术的基础上的，其整个运行离不开计算机系统的支持和控制，计算机参与度极高。

2.2高度自由化

工业机器人具有很强的控制能力。为保持这种控制能力，工业机器人就需要相应的辅助机构进行支持和配合，以确保机器人的控制能力正常发挥作用。这些辅助机构表现形式较为自由，而且控制能力越强大，自由度就越高。对于一些结构和程序更为复杂的工业机器人，为提高对其控制力，更好地进行工业生产，则会相应地增加很大的自由度。为此，部分类型的机器人其自由度已经超过100个，而那些较为简单的工业机器人，自由度一般只有4个。

2.3高度的路径优化能力

工业机器人在生产过程中，是按照已经设定的编程自动进行的，具有很高的智能化、自动化水平。面对在生产活动中出现的众多活动路径，工业机器人会根据设定的算法对路径进行自动优化，选出一条最好的路径。

3、工业机器人的主要功能

3.1运动控制功能

工业机器人能够根据工业生产的实际情况，自动运用较为合适的方式，进行合理移动或者变形为不同的形态。

3.2再现功能

工业机器人投入到工业生产之前，先要对机器人的计算机系统输入相应的程序命令，这些程序命令等信息会被存在计算机指定的位置。当人们需要时，这些信息就可以根据操作规程再现出来，供人们使用。

3.3计算功能

工业机器人能够根据自身周边环境的信息，收集相关数据进行计算。人们可以根据机器人的计算结果制出机器人作业轨迹，由此作为辅助控系统运行的办法。这对于工业机器人来说，是一项非常重要的步骤。

4、工业机器人的组成

4.1核心控制系统

工业机器人的核心是控制系统。通过示教输入或者编程输入进行命令输入，为控制机器人做准备。控制系统的作业形式大体可分为点位控制、连续轨迹控制和力矩控制；其控制方式有两种，分别为分散控制和集中控制。机器人技术发展到现在，通过与智能技术的高度融合，还具备图像处理能力，这使得机器人具有学习功能和自适应能力，可以进行自编辑。这极大提高了机器人在复杂环境下的作业能力，拓展了工业机器人的适用范围。机器人可以按照程序的设定进行各种工业操作，通过对采集到的环境信息的处理，优化具体的操作行为。

4.2传感器

工业机器人之所以具备感知周边环境的能力，是因为有传感器的存在。传感器对机器人有重要作用，相当于机器人的神经系统，是极重要的检测装置，对内它能检测机器人的加速度、速度和位移情况，对外能检测机器人的工作环境。随着科技的发展进步，机器人的感知能力还会有更大的发展。

4.3驱动系统

工业机器人之所以能够执行控制系统发出的命令，在于出色的驱动系统，其由传动装置和动力系统组成，传动装置由动力元件驱动执行系统执行传送命令，实现物件的位移；动力来源为气动、液压和电力。

5、工业机器人在自动化控制中的应用

5.1汽车制造行业的应用

在世界大多数发达国家的汽车制造行业中，工业机器人的使用量已超过机器人总数的53%，而在中国，也已有超过50%的工业机器人应用于汽车制造业，而在应用于汽车制造业中的工业机器人中，有50%以上的机器人为焊接机器人。因此可以看出，工业机器人在未来的应用中必将取代汽车制造业的人工工作模式，实现工业机器人在汽车制造中完成全部作业的目标。现阶段，中国对制造业和自动化技术提出更高的要求，工业发展要追赶并赶超世界发达国家水平，工业机器人在其中发挥着重要作用。工业机器人在汽车制造业中的应用对汽车制造业的发展有着极大的促进作用，对改变中国汽车制造业现状和增加国际市场竞争力具有重要的推动作用。汽车制造业没有使用工业机器人之前，大多数汽车制造环节基本上都是靠人工完成，工作效率极低。使用工业机器人进行汽车制造作业后，工业机器人基本上取代了人工作业，大大提高了工作效率，促使中国汽车制造的总产量飞速提升，并且质量也有所保证。

5.2橡胶及塑料工业

橡胶和塑料都是现代国民经济与科技领域中不可缺少的高分子材料，用途十分广泛，不仅能满足人们的日常生活、医疗卫生和文体生活等各方面的需要，还能满足工农业生产、交通运输、电子通讯和航空航天等各个领域的技术要求。橡胶和塑料工业是一项需要紧密合作的行业，同时在一定程度上又有着极高的专业化程度。另外，在当前的机械制造工业中，橡胶及塑料的生产和加工环节的机械化程度又有紧密联系。在中国工业生产中，橡胶及塑料工业是非常重要的行业，随着其他行业的发展，对于橡胶及塑料的需求越来越大。而机械制造作为生产工作环节和加工工作环节二者之间进行连接的重要的工艺技术，对保证橡胶及塑料生产质量和数量具有重要作用。

在传统的橡胶及塑料生产过程中，大多数采用人工和加工设备合作进行作业的生产模式，无法保证产品的精细程度和质量，而且需要在极端条件比如高温环境下进行生产，人工根本无法完成生产作业。但对于工业机器人，这些都不是问题，其可以满足极端条件下的作业，并且还能高效地保证产品的精确度。工业机器人在橡胶及塑料工业生产中的地位越来越高，对于提升中国的塑料行业竞争力具有重要作用。

5.3铸造行业

中国的铸造行业迅猛发展，一些精简技术已处于世界技术前沿。由于铸造业本身是一个工作强度大、高温高污染的行业。在铸造车间，充斥着高温、粉尘、噪声等，工作环境极其恶劣，这对于人工生产来讲，面临这巨大挑战，而且存在安全隐患，而工业机器人可以适应极端的工作环境，承受人工不能承受的压力和负担。因此，工业机器人现在广泛应用在铸造行业中，大幅度降低人工的劳动强度，工作人员只需要对其控制系统简单操作就能够使工业机器人应用于注塑机运输等工作中，并且可以极大程度地提高工作效率。

6、结语

随着计算机技术、信息技术、智能技术和自动化技术的发展与融合，工业生产技术取得巨大的进步，工业机器人也应运而生。当前，工业机器人已广泛应用于汽车制造业、橡胶塑料产业、铸造业、化工行业等领域，并取得了很好的应用效果。为此，中国也应加大对工业化机器人的技术研究，使之能更好地服务于国家经济的发展和综合国力的提升。

参考文献：

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