智能机器人数控技术在机械制造中的应用研究

严培培

（江西科技学院人工智能学院，江西 南昌 330098）

1 智能机器人数控技术概述

发展智能机器人数控技术的主要目标，是改善人类生活质量、促进国民经济快速发展。现阶段，该技术已经广泛应用到各行各业，并获得了显著的应用成就。尤其在智能机械制造领域，不仅提高了生产质量和生产效率，还实现了个性化定制目标，为丰富产品种类奠定了良好基础。

智能机器人数控技术具有综合性特点，整合了计算机、机械电子、控制论等学科知识。当前，国内外越来越多学者投入到智能机器人数控技术研究讨论中，对技术概念的界定基本趋于一致，即依靠智能化机器人本身具备的控制功能和动力进行机械制造。有学者对该技术的要素做出以下总结：第一，智能机器人是一个具备手、脚、大脑等与人体结构相类似的个体；第二，具有接触及非接触传感器；第三，具备拟人功能，能够像真人一样使用工具。

2 智能机器人数控技术的特点及优势

2.1 智能机器人数控技术的主要特点

2.1.1 自动化特点

所谓自动化特点，就是无需人工操作。具体来说，在机械制造过程中引入智能机器人，可以有效提高数控技术自动化水平，加快了行业自动化发展速度。当然，现如今机械制造领域在产品制造过程中逐渐向多样化、个性化趋势发展，虽然有效提高了自动化水平，但并未完全实现全自动化目标，很多生产环节依然需要依靠人力劳动。而与传统村人工劳动方式相比，应用智能机器人数控技术，可以有效提高机械产品生产质量和效率，同时降低生产成本和人工劳动强度，可以为机械制造企业创造更高经济效益，有利于强化企业核心竞争力，使企业更好地适应日新月异的市场环境，为机械制造领域改革创新提供了技术保障。

2.1.2 集成化特点

智能机器人数控技术应用到机械制造过程中，主要由智能化系统完成各生产环节。而系统的稳定运行，离不开信息集成技术的支撑。尤其近年来，科学技术迅速发展，为智能机器人数控技术优化、完善奠定了良好基础，使得机械制造自动化、集成化特点日益突出。

2.1.3 精细化特点

随着机械制造生产标准和品质需求的不断提高，机械制造行业也迎来了机遇与挑战并存的发展局面，想要充分满足机械产品生产精度需求，就要积极引入智能机器人数控技术，充分发挥技术自动化、精准化生产优势，促进机械制造领域由传统粗糙化生产不断向精细化生产模式进步。

2.2 智能机器人数控技术应用优势

现阶段，机械生产质量标准不断提高，产品类型不断丰富，使得传统人工生产模式存在的弊端日益突出，已经无法充分满足新时期发展需求。而应用智能机器人数控技术，能够有效弥补传统人工生产模式存在的不足。以上提到，智能机器人数控技术具有集成化、自动化和精细化特点，这些特点均是传统人工生产所不具备的。其优势可以从以下几点分析：第一，加快了机械制造行业改革创新进程，在实际应用中能够基于模块化生产标准，提高生产效率，缩短生产周期，为行业发展提供技术支撑；第二，智能机器人的集成化、自动化系统在运行过程中，实现了机械制造全过程监督管理目标，可以及时发现产品生产过程存在的问题，便于及时防范。同时可以一次性同时完成多到工序，在提高生产效率方面发挥积极作用；第三，满足机械生产一体化目标，保证生产出的机械产品与现代化技术标准一致，为机械制造行业健康发展奠定了良好基础，全面提高了产品质量。

3 智能机器人数控技术在机械制造领域的应用现状及创新思路

3.1 应用现状

当前，为了加快社会经济建设步伐，各级政府进一步提高了机械制造行业创新改革重视程度，并强调优化产业机构。在这一背景下，智能化机械制造深入渗透到各行各业。智能化机器人数控技术作为智能化机械制造的典型代表，在新时期背景下应用范围也逐渐拓宽，其发展主要经历了三个阶段，第一阶段为“七五”攻关计划阶段，即初级阶段；第二阶段为“九五”攻关计划阶段，为中级阶段；第三阶段为863 计划阶段，即现代化发展阶段。在此过程中，智能机器人数控技术也不断升级，并逐渐向成熟化趋势发展，呈现出了广阔发展前景。但由于我国机械制造行业在智能机器人数控技术应用方面起步较晚，所以与发达国家相比依然存在一定差距，主要体现在自主研发能力较差方面，需要相关专家和学者加大研发力度，研发出具备自己知识产权的智能机器人，使其更好地为机械制造行业提供服务。

3.2 创新思路

智能机器人数控技术应用到机械制造领域，主要目标是解放劳动力，提高产品质量和精度。具体来说，就是通过计算机编程，将人工操作转变为自动化操作方式，以此来提高机械制造综合水平。数控技术本身具有综合性特点，其集合了计算机、光机、传统机械等技术优势，实现了数控技术自动化、精确化、高效化目标。其设计思路如下：机械制造人员对已经完成的机械产品进行检测，并记录产品相关数据信息，在此基础上，利用计算机编程软件将数据信息进行编辑，使其形成系统化程序，而后复制到数控设备中。技术人员对程序进行合理设置并调控后，由数控设备按照程序加工生产。在编程过程中，为了避免人为失误，可以直接将图纸与程序快速转换。在智能机器人数控技术实际应用中，需要充分利用编码器、传感器等装置，有效提高机械生产过程的自动化控制水平。例如：在作业单检测过程中，机械制造一体化作业单元的数控车床，通常为45°斜床身。在使用智能机器人数控技术对作业点检测时，如图1 所示。第一，智能机器人末端位于Q3 位置，在大臂、小臂或者刀架之间。如图2 所示，智能机器人位于Q2 或Q4 位置，在大臂、小臂或前外壳之间。在坐标系转换过程中，需要按照以下公式计算：

图1 末端位于Q3 干涉

图2 末端位于Q2、Q4 的干涉检测

其中Z 代表智能机器人位于Q2 的位置，Zc代表智能机器人位于Q4 的位置，x 代表坐标横轴，r 代表末端干涉检测结果。y 代表坐标纵轴。当智能机器人位于Q2 和Q4 位置，结果如公式所示。

4 智能机器人数控技术在机械制造领域的具体应用

4.1 在零件加工中的应用

将智能机器人数控技术引入零件加工中，能够有效提高零件精度，同时加快生产速度。具体来说，智能机器人数控技术的应用促进机械制造领域逐渐向自动化趋势发展，在实际生产中机械设备发挥重要作用。应用机械设备可以克服恶劣环境带来的压力，同时能够快速完成人工操作难度大的生产环节，保证生产工序有序进行。由此可见，智能机器人数控技术充分满足了行业智能化生产需求。当前，很多机械制造企业采用传感型智能机器人对零件进行生产加工，即利用计算机对生产过程的传感信息进行控制和处理。例如：某机械制造企业需要加工一款形状均匀的圆柱体金属圆盘零件，该零件的直径为200 mm，圆盘四周分布四个半圆凹槽，将（100，50）作为圆盘坐标中心点，利用智能机器人数控技术对该零件进行加工，可以将程序编号设置为xxxx，使智能机器人严格按照指令完成加工工作，以此来提高零件精确度。如图3，为智能机器人数控技术实际应用。

图3 智能机器人数控技术的现场应用图

4.2 在轨迹规划中的应用

零件抛光是机械制造中的关键环节，其操作水平能够直接影响零件尺寸的精准度。在传统机械制造中，主要采用人工方式进行抛光，容易受人员素质和操作能力影响产生质量问题，导致生产出的零件不达标，不仅浪费人力、物力和财力，还会增加生产成本。而引入智能机器人数控技术，可以在合理设定程序基础上自动完成抛光工作，有利于提高抛光效率，同时保证零件精准度，从根源上减少了零件损坏率。在实际应用过程中，可以采用交互型智能机器人，完成轨迹规划工作。具体来说，就是通过计算机系统实现人机对话目标，并快速完成相关动作。同时，智能机器人还能够对角色进行处理，从而对轨迹进行合理规划。智能机器人运行状况与机械另加技工情况息息相关，这也在一定程度上突出了轨迹规划的重要性。例如：将智能机器人数控技术应用到机械制造中，工作人员可以将CAM 软件作为零件抛光的主要载体，完成自动化抛光工作，在操作过程中，采用UG CAM 软件，对型腔进行扫描，可以准确得到零件表层数据。在此基础上，利用映射功能，可以快速恢复复杂腔表层数控加工的正常轨迹。技术人员只需合理设置参数，就能够完成零件抛光工作，从而提高抛光准确度。

4.3 在激光测量中的应用

随着科学技术不断进步，各行各业对机械产品的精准度提出更高要求，促进机械制造行业在提高生产效率的同时，也逐渐向产品精准化方向发展。而应用智能机器人数控技术，能够为机械制造行业更好地适应社会环境奠定基础。具体来说，在机械产品制造中引入自主型机器人激光测量技术，可以在无需人为干预的情况下，模拟人工操作完成测量工作。另外，自主型机器人激光测量技术具备较强的适应性和交互性，尤其在精准识别图像、对驱动器进行控制等方面效果更加显著，有利于提高机械制造的综合水平。

4.4 在离线编程中的应用

自主型智能机器人具备适应能力较强的特点，能够在没有任何外部控制的条件下，自主完成机械加工控制工作。同时可以对附近环境状态进行准确识别，并结合环境要素自动调整自身参数，使智能化生产活动有序进行，从根源上降低突发事件发生率。在机械产品实际加工中，自主型智能机器人应用范围逐渐拓宽，不仅能够切实解决复杂问题，还弥补了传统数控机床存在的不足之处。例如：智能机器人能够实现离线编程目标。在弯曲金属板加工过程中，可以将CAD 图形仿真法与离线编程的CAD 信息辅助性相结合，以此来完成单元设计工作。同时，将智能机器人作为机械产品加工载体，投建自动化处理系统，可以对2D 零件、3D 零件进行精准加工。在此过程中，智能机器人充分体现了自身自主性优势，有利于提高加工方案的精准性。

4.5 在刚度优化中的应用

现如今，机械产品逐渐向多样化趋势发展，并且对精度质量提出更高要求。众所周知，机械产品的刚度与精度有密切联系，引入智能机器人数控技术，能够对产品刚度进行优化。简单来说，就是在传统刚度映射模型基础上，通过辨别实验方法，得出准确的机器人的关节刚度。与此同时，还能够对机器人关节的加工位置、加工角度进行适当调整。处于智能机器人尾端的球体，会沿着机械产品加工曲面进行眼神，采用遗产算法，即可对机器人状态进行优化。另外，机械加工企业构建刚度数学模型，同时确定刚度参数，在此基础上明确执行器力以及矩与力。同时监测数据信息准确性，判断切削力的最佳值，以此来得出智能机器人加工制造的最佳位置。

5 结束语

综上所述，机械制造在带动国民经济发展方面发挥重要作用，新时期背景下逐渐向智能化趋势发展。并广泛应用智能机器人数控技术，在一定程度上提高了机械产品制造效率和质量，充分满足了产品高精度加工需求。当前，随着科技不断进步，越来越多的智能机器人数控技术应运而生，并且应用范围越来越广泛，已经基本取代了传统人工生产和半自动生产模式，为促进机械制造行业可持续发展奠定了良好基础。