工业机器人技术在自动化控制领域中的应用

范国华

(江西工业职业技术学院，江西 南昌 330000)

1 工业机器人发展现状

相较于发达国家，虽然我国的工业机器人技术已经得到了突破，但在高、精、尖零部件的研发上，还处于初级阶段，获得国家知识产权的工业机器人数量不多。当前的应用，也多是集中在制造业和装备业上，因此，尚未占据主导发展地位，关于伺服电机、伺服驱动器、运动控制器、精密减速器等关键的零件和部件，也是依靠进口，这均是当前我国工业机器人技术研发中的薄弱环节。但各个单位在这一方面的研究和实践上均付出了大量的人力、物力和财力，也取得了不错的效果。以搬运机器人为例，近年来，工业机器人年平均增速超过了70%，部分品牌能够与发达国家抗衡，而涂装机器人的国产品牌销量也逐年增长，尽管总体技术与国外还存在一定的差距，但相信在不断的发展中定能取得满意的效果。

2 工业机器人的功能和特点

2.1 工业机器人的功能

工业机器人功能复杂，其中最为常见的功能就是示教再现和运动控制，通过上述几项功能，即可完成基本的操作，让机器人控制器的位置、速度发生变化，及时将相关操作位置、动作信息来反馈至机器人，再通过记忆系统，即可将信息保存下来，让机器人可以及时接收信息，那么，即可按照之前的内容来完成操作。以汽车制造领域为例，工业机器人被广泛应用在锻造、铸造、塑料、车桥、座椅、变速箱、发动机的生产中，在科技的发展下，工业机器人的应用领域也越来越广泛，可以替代人类从事各种高危行业，也能够参与体力消耗量大、重复性强的作业，工业机器人的应用能够解决安全问题，提升企业的生产效率。机器人的通信系统包括两个等级，第一级是应用网络通讯技术、串行通信技术来实现机器人控制器与PC之间的通信，第二级是应用工业现场总线通信技术来实现机器人、外围设备之间的通信，机器人有着丰富的I/O通信技术，能够轻松实现与周围设备、PC机之间的通信，常见的通信方式如下：

表1 机器人常见通信方式

以机器人为核心的工业生产是目前工业生产不可逆转的趋势，作为自动化、先进制造技术的代表，对于制造业的发展具有极大的促进作用，而且能够促进传统产业、高科技产业之间的融合，能够以多种网络技术、信息技术作为媒介来将各种设备连接起来。

2.2 工业机器人的特点

就当前来看，工业机器人主要是在工业领域来进行应用，通过各种机器装置、机械手来完成操作，工业机器人包括三个自由度，在不同的自由度中，组成也各有差异，在多个坐标下，工业机器人能够迅速完成手足操作，通过分析，即可了解到具体的机构运动情况，将工业机器人与计算机结合起来，即可按照个体的意愿来操作，相应的指标则是利用计算机来完成，在具体操作中，需要按照要求来设置模型参数，确保工业机器人能够在最优的路径上完成动作。

3 工业机器人技术在自动化控制领域中的应用

工业机器人的组成部分包括主体、驱动系统以及控制系统3部分，其中主体分为手部、臂部、腕部，手部自由度有4～7个，腕部自由度有2～3个，臂部自由度有4～5个，机器人技术的应用是评判一个国家工业化水平的标志之一。在工业机器人技术的发展下，这一技术在自动化控制领域得到了更加广泛的使用，具体常见领域包括几个方面：

3.1 在铸造行业中的应用

在当前机械行业供给侧结构改革的时代背景下，在当前的铸造行业中，重点关注的问题也集中在粉尘、高温、噪音等污染问题上。目前，铸造行业也朝着自动化的方向来发展，在铸造技术的发展下，特别是各类新兴产业的发展，对于铸造工艺的要求越来越高，但是其造成的污染问题也日益突出。在这一方面，即可应用机器人技术来提高生产效率，优化产品质量，传统的生产过于依靠手工操作，对人员要求严格，由于人员体能因素的限制，会影响铸造产品的质量，而应用机器人技术，即可有效解决上述问题，大幅提升产品生产的质量。

在具体应用上，包括软件和硬件2个系统。在软件系统的设置上，要将重点放置在操作系统上，采用windows CE作为操作平台，这一系统占用资源少、实时性强、可靠性高，在系统设置前，要明确机器人技术的操作工艺要求，按照应用要求来设计，控制好重复定位精度，将精度维持在0.5mm之内，在运行过程中，要避免动作幅度过大，特别是作业速度，要高于现有的水平，并确保手动操作系统和自动操作系统之间的独立性。在硬件系统上，是由运动控制模块、伺服模块、人际交互模块等组成，运动控制模块处于其中的核心地位，通过接收各类模块信息，再按照系统控制算法来设计机器人操作轨迹来完成铸造作业。伺服模块是提供动力的关键设备，在驱动器的选择上，要选择与电机匹配性高、运动性强的驱动器。在人机交互模块的选择上，要通过机器人来满足可视化操作要求，优化控制操作功能。

3.2 在汽车制造领域中的应用

在汽车制造领域中，也会遇到多种制造技术，各类制造技术之间存在显著差异，在工业机器人的应用上，要综合分析多种情况。在机器人搬运上，可以充分发挥出机器人的实际价值，通过零件的组装满足汽车制造业的基本发展需求。将机器人点焊技术应用在汽车制造领域，能够完善汽车制造品质和制造工艺，进一步优化制造性能，优化应用成效，保障制造的精细度和性能。通过机器人弧焊技术的应用，可以满足基本操作，实现精准定位，促进汽车制造行业的稳定发展。应用机器人喷涂技术，能够准确判定出汽车设计情况，让喷涂更加精确，通过参数的优化设置，即可完善喷涂方案。应用机器人装配技术，能够迅速完成装配细节控制生产流程，稳步提高技术的实践水平，在具体的应用过程中，要做到合理选择，根据技术的实际应用情况开展工作，落实装配流程。应用机器人检测技术，能够利用测量控制模块、视觉传感器等完成检测任务，解决传统坐标测量存在的弊端，做到了直观便捷，稳步提升整车制造的合格率，将生产误差降低至最小化。

4 工业机器人技术在自动化控制领域中的应用前景

基于对现代化制造技术自动化的客观要求，我国开始借鉴国外发达国家的技术模式，以更好地将工业机器人应用在其他领域，实现系统技术、产品技术的突破，工业机器人目前已经能够参与多种危险作业，适应高压、高温环境，在医学领域，工业机器人也能够参与骨科矫正、脑外科手术，这类手术对精度要求非常高，仅仅借助医生的判断，难以保证误差的最小化，利用工业机器人则可以解决这一不足，通过仿生机器人的应用，能够完成对各种相关设备的操作。总之，就我国的发展情况来看，工业机器人总体趋势良好，开始朝着低成本、智能化的方向发展，工业机器人的优势显而易见，将其应用在自动化控制中，既减轻了工作人员的工作强度，提高了操作效率，也能够保证人员安全，值得进行大力推广。