工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)研究

宋曉芳

（河南經(jīng)濟(jì)貿(mào)易高級(jí)技工學(xué)校，河南新鄉(xiāng) 453700）

工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)研究

宋曉芳

（河南經(jīng)濟(jì)貿(mào)易高級(jí)技工學(xué)校，河南新鄉(xiāng) 453700）

工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)主要指的是在現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上研發(fā)而來的相關(guān)技術(shù)，主要目的是增強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人的感知適應(yīng)能力，提高運(yùn)動(dòng)精度。隨著工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在汽車制造和機(jī)械加工等作業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究，以期能夠加快我國制造業(yè)往智能化方向發(fā)展。

工業(yè)機(jī)器人；運(yùn)用技術(shù)；智能化

工業(yè)機(jī)器人具有精度高、穩(wěn)定可靠、工作效率高，能夠在高危環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)等優(yōu)勢［1］。工業(yè)機(jī)器人在傳統(tǒng)制造業(yè)尤其是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的升級(jí)中發(fā)揮著重要的作用，在過去的十年中，得益于政府的政策支持和穩(wěn)定的匯率等，我國的制造業(yè)得到了廣泛且快速地發(fā)展，全球化經(jīng)濟(jì)模式目前已經(jīng)顯著改變了制造業(yè)的整體格局。而隨著我國勞動(dòng)力產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型，我國大量的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。國外一些發(fā)達(dá)國家的制造業(yè)轉(zhuǎn)移逐漸使得上述國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到影響，因此促使其進(jìn)行深度的反思［2］。通過工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，使得發(fā)達(dá)國家在工業(yè)制造業(yè)范圍之內(nèi)加重了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的砝碼。例如，谷歌公司收購了8家機(jī)器人公司，引起了人們的廣泛關(guān)注。我國現(xiàn)階段的發(fā)展情況與國外發(fā)達(dá)國家?guī)资昵胺浅Ｏ嗨?，一旦不能解決勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的問題，勢必會(huì)影響到國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向。為了避免出現(xiàn)重蹈覆轍的情況，我國必須重視以工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)為切入點(diǎn)的工業(yè)革命。

工業(yè)機(jī)器人作為機(jī)器人領(lǐng)域中的先頭部隊(duì)，從誕生起就顯示出了極強(qiáng)的生命力，在制造自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的完善和發(fā)展不難發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人在工作空間、承載能力、運(yùn)動(dòng)速度、重復(fù)定位精度方面有大幅度的提升［3］。現(xiàn)階段的制造業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求也不在僅僅是實(shí)現(xiàn)簡單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而是在實(shí)現(xiàn)連續(xù)性操作和小批量生產(chǎn)方面有著廣泛的應(yīng)用?；诖?，工業(yè)機(jī)器人要具有良好的性能，也要對(duì)工作對(duì)象具有一定的感知適應(yīng)能力，提高機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制功能。中小企業(yè)所使用的工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化需求方面受到一定程度的限制，主要原因是中下企業(yè)的發(fā)展水平不夠高，對(duì)于自動(dòng)化的需求也不夠高。為了能夠加大工業(yè)機(jī)器人在中小企業(yè)中的應(yīng)用范圍，需要不斷創(chuàng)新工業(yè)機(jī)器人，以期能夠更好地滿足中小企業(yè)發(fā)展需求。目前，關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的研究方向主要有以下幾個(gè)方面：直覺示教與快捷編程技術(shù)，運(yùn)動(dòng)標(biāo)定與誤差補(bǔ)償技術(shù)，力和運(yùn)動(dòng)混合控制技術(shù)。

1 直覺示教與快捷編程技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的主要編程方式有離線編程、在線編程2種［4］。離線編程是一種控制程序，具有編程效率高的優(yōu)勢。在使用離線編程或者在線編程過程中，依賴于以下幾個(gè)條件：有工件的三維數(shù)字模型，定位精度高，安裝精度比較高。在上述幾個(gè)條件中，尤其是對(duì)機(jī)器人的定位精度和安裝精度要求更高［5］。此外，工件的安裝存在一定誤差。一旦沒有進(jìn)行機(jī)器人的誤差補(bǔ)償，離線編程方法很難在高精度的作業(yè)中得到實(shí)際應(yīng)用。例如，汽車廠商在焊接過程中使用機(jī)器人所耗費(fèi)的時(shí)間大約20h，而人工焊接所耗費(fèi)的時(shí)間約60h。

現(xiàn)階段來看，直覺在示教技術(shù)的研究中主要體現(xiàn)在以下方面：在手動(dòng)牽引的指導(dǎo)下的直覺示教方法，在人工演示指導(dǎo)下的直覺示教方法［6］。從手動(dòng)牽引下的直接示教方法來看，主要是通過手的力度來控制好力的大小，再控制轉(zhuǎn)換信號(hào)。工業(yè)機(jī)器人能夠模仿人類手的動(dòng)作，記錄詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)軌跡，再進(jìn)行牽引。上述操作方法主要缺點(diǎn)有需要耗費(fèi)很大的財(cái)力才能購買傳感器，對(duì)操作工作人員的安全性有更高的要求兩方面。從人工指導(dǎo)下的直覺示教方法來看，此種方法通過在示教筆上加裝定位表示，操作者本身要清楚目標(biāo)軌跡的運(yùn)動(dòng)方向，再在相關(guān)追蹤系統(tǒng)的指導(dǎo)下進(jìn)行示教。國外早已經(jīng)使用手動(dòng)牽引的直覺示教方法來適應(yīng)多傳感器融合示教方法。但是，國內(nèi)針對(duì)手動(dòng)牽引方法開展的研究在實(shí)際工業(yè)中未得到廣泛應(yīng)用［7］。

2 運(yùn)動(dòng)標(biāo)定與誤差補(bǔ)償技術(shù)

通常工業(yè)機(jī)器人需要比較高的重度定位精度，但是由于工業(yè)機(jī)器人在零部件的組成上存在誤差，使得工業(yè)機(jī)器人的定位精度比較差，繼而在很大程度上影響了機(jī)器人的離線編程的運(yùn)動(dòng)控制精度，此時(shí)必須進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償。傳統(tǒng)方法中，采用機(jī)器人誤差模型的離線運(yùn)動(dòng)方法出現(xiàn)的幾何誤差問題，再根據(jù)辨識(shí)誤差對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行修正。針對(duì)上述研究問題，研究人員提出在機(jī)器人標(biāo)定參數(shù)目標(biāo)之下處理相應(yīng)算法，有效解決了在線補(bǔ)償誤差問題［8］?，F(xiàn)階段的主要研究熱點(diǎn)是建立新的誤差模型，從而達(dá)到降低測量裝置成本的目的。隨著三維數(shù)字化掃描技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，工作人員開始逐漸研究出越來越精明的在線誤差補(bǔ)償方法。在使用過程中，首先需要安裝一個(gè)三維數(shù)字化的掃描裝置，當(dāng)機(jī)器人的末端接近工件時(shí)，進(jìn)而對(duì)比出理論模型條件下的幾何特征；其次，準(zhǔn)確地確定機(jī)器人末端對(duì)實(shí)際工作中所產(chǎn)生的誤差，最終提高運(yùn)動(dòng)控制精度。當(dāng)前的機(jī)器人標(biāo)定主要針對(duì)的是機(jī)器人操作系統(tǒng)的誤差，為了能夠進(jìn)一步提高機(jī)器人的定位精度，最新研究開始考慮非幾何誤差對(duì)機(jī)器人的精度影響。

3 力和運(yùn)動(dòng)混合控制技術(shù)

現(xiàn)階段，所使用的工業(yè)機(jī)器人基本上都是為了執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)任務(wù)而設(shè)計(jì)的，主要在以下方面得到了廣泛應(yīng)用：上下料，焊接，噴涂。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)制造業(yè)中，開始使用工業(yè)機(jī)器人來進(jìn)行一些簡單而不復(fù)雜的任務(wù)，如進(jìn)行打磨任務(wù)和拋光任務(wù)等。打磨機(jī)器人一般由以下幾個(gè)部分組成：本體、控制柜、打磨工具、六維ATI力傳感器。工業(yè)機(jī)器人在打磨過程中，所使用的打磨工具能夠?qū)崿F(xiàn)接觸面的良好控制，最終實(shí)現(xiàn)力與運(yùn)動(dòng)的混合控制。在打磨過程中，需要依靠計(jì)算機(jī)的打磨路徑，輸出與機(jī)器人控制柜的相連情況，打磨好機(jī)器人的加工過程。但是，現(xiàn)階段所使用的工業(yè)機(jī)器人沒有完好的控制力，所以在很大程度上限制了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。工業(yè)機(jī)器人在力的控制方法中有以下2種：①建立動(dòng)力學(xué)模型；②增加開發(fā)實(shí)時(shí)力控制算法和末端執(zhí)行裝置。在設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器中，容易實(shí)現(xiàn)高性能的控制，其實(shí)用性比較強(qiáng)。機(jī)器人的操作臂力運(yùn)動(dòng)混合控制主要表現(xiàn)在以下2個(gè)方面：阻抗控制方法和直接力控制方法。DLR的輕量化機(jī)器人則是通過阻抗控制方法來將需要控制的力反映到驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)力與運(yùn)動(dòng)的混合控制。

［1］楊麗紅，秦緒祥，蔡錦達(dá)，等.工業(yè)機(jī)器人定位精度標(biāo)定技術(shù)的研究［J］.控制工程，2013（4）：785-788.

［2］霍兵，郁漢琪.工業(yè)機(jī)器人在MPS自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用［J］.南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（1）：49-52.

［3］李平，陳啟愉，段先云，等.基于工業(yè)機(jī)器人的板材自動(dòng)上下料系統(tǒng)研究［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2016（8）：4-6，65.

［4］張立棟，李亮玉，王天琪，等.工業(yè)機(jī)器人逆解問題的旋量解法［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2016（4）：539-544.

［5］柳倩，桂建軍，楊小薇，等.工業(yè)機(jī)器人傳感控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢——基于專利文獻(xiàn)計(jì)量分析視角［J］.機(jī)器人，2016（5）：612-620.

［6］楊小磊，叢明，劉冬，等.六自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（Z1）：41-44.

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Research on the Application Technology of Industrial Robot

Song Xiaofang
（Henan Economic and Trade Senior Technical School，Xinxiang Henan 453700）

The application technology of industrial robots mainly refers to the related technology developed on the basis of existing industrial robots.The main purpose is to enhance the perceived adaptability of industrial robots and improve the precision of motion.With the rapid development of industrial robots,industrial robots have been widely used in automotive manufacturing and machining operations.This paper focused on the existing industrial robot application technology,in order to speed up the development of China's manufacturing industry in the direction of intelligence.

industrial robots；application technology；intellectualization

TP242.2

A

1003-5168（2017）04-0046-02

2017-03-22

宋曉芳（1982-），女，本科，中級(jí)講師，研究方向：電工電子。