工業(yè)機(jī)器人自動化的安全控制

于旺 王鵬宇

摘要：隨著技術(shù)的革新發(fā)展，自動化控制成為多個產(chǎn)業(yè)的變革方向，人工智能逐漸普及到各個行業(yè)領(lǐng)域之中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)便是其中之一，其不僅 表現(xiàn)了技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，也體現(xiàn)了現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)格局的新突破。工業(yè)機(jī)器人在不同產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，也充分發(fā)揮出了其智能技術(shù)優(yōu)勢，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù) 弊端，優(yōu)化了工業(yè)技術(shù)性能，極大程度上推動著各個行業(yè)領(lǐng)域的自動化發(fā)展，使其成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中重要的支撐力量，而目前對該技術(shù)的推廣應(yīng)用，也有助 于推動我國工業(yè)的進(jìn)步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;自動化;控制

1 工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成和控制

1.1 機(jī)器人構(gòu)成

工業(yè)機(jī)器人由機(jī)器人主體、控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)三個部分構(gòu)成，主體?包括了機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，手部、臂部、腕部也是其重要組成部分。在設(shè)計?時，往往會給予機(jī)器人手部 4 到 7 個自由度，給予機(jī)器人臂部 4 到 5 個自?由度，給予腕部 2 到 3 個自由度。機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)是為機(jī)器人提供動力?的系統(tǒng)，也包含了傳動裝置。而控制系統(tǒng)是對機(jī)器人操作和驅(qū)動的總體控?制，通過計算機(jī)、傳感器、示教盒、軸控制等對機(jī)器人進(jìn)行控制，利用各?種設(shè)備來實現(xiàn)對機(jī)器人的指揮、調(diào)度，實現(xiàn)人機(jī)交互，確保機(jī)器人能夠正?常運轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)自動化作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的特點，就是通用性、擬人化、 可編程。通用性指的是機(jī)器人在不同的操作環(huán)境下都能執(zhí)行不同的任務(wù)，都能正常運轉(zhuǎn);擬人化是指機(jī)器人肢體結(jié)構(gòu)的擬人化，通過生物傳感器對?環(huán)境感知的擬人化;可編程是機(jī)器人在應(yīng)用時需要技術(shù)人員對其進(jìn)行編程，進(jìn)而適應(yīng)不同的生產(chǎn)需要，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的控制方式

工業(yè)機(jī)器人的控制方法重點涵蓋了這幾種：智能控制、示教控制、觸 覺控制、點位控制。其一，機(jī)器人通常采用了智能控制形式。通過各式各 樣的傳感裝置對附近的環(huán)境信息進(jìn)行接收，接著將該部分信息會傳送至控 制系統(tǒng)，進(jìn)一步在控制系統(tǒng)的功能應(yīng)用下，實現(xiàn)各種操作指令的傳達(dá)和輸 送，進(jìn)一步強(qiáng)化機(jī)器人的自動運行、主動操作能力，也是確保環(huán)境具有更 強(qiáng)適應(yīng)性的關(guān)鍵基礎(chǔ)。然后，機(jī)器人大部分都采用了觸覺控制的方式，在 運行期間，在觸覺控制下可以合理確保機(jī)器人應(yīng)用成效，以保證機(jī)器人的 安全可靠運行，同時對附近的環(huán)境有所感知，自動控制在動作配合時也發(fā) 揮著非常關(guān)鍵的作用。除此之外，機(jī)器人通常都具有智能化的教學(xué)系統(tǒng)，其行為、表達(dá)與速度一般情況下都根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和要求實施，其所處的狀態(tài)與 地點都可以得到充分管控。最后，對機(jī)器人的位置進(jìn)行控制，在機(jī)器人工 作期間會依靠智能系統(tǒng)進(jìn)行操作，同時清除了解自己和目標(biāo)之間的差距，進(jìn)一步選擇最近的道路實施工作。

2 工業(yè)自動化功能

工業(yè)機(jī)器人一般情況下都具有較多的功能特征，而其中最關(guān)鍵的兩項?就是示教再現(xiàn)和安全控制，工業(yè)機(jī)器人能夠較好的發(fā)揮示教功能，在運行?期間工作人員應(yīng)該預(yù)先將設(shè)置好機(jī)器人的操作速度、具體位置等數(shù)據(jù)，再?通過機(jī)器人的記憶功能對該部分信息進(jìn)行儲存，接著對機(jī)器人的行為代碼?進(jìn)行編寫，并且也將其輸入到控制系統(tǒng)當(dāng)中，在機(jī)器人運行期間，它會預(yù)?先將記憶系統(tǒng)里的各種指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對機(jī)器人程序進(jìn)行影響，達(dá)到示?教指令的目的。由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人早就變成了社會中?十分普遍的技術(shù)和工具，工業(yè)機(jī)器人可以代替人類實施更加高危的工作，代替人類實施體力消耗大、枯燥乏味的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人的普遍應(yīng)用能夠?防止并降低工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)人員傷亡的現(xiàn)象，由于其本身具有較強(qiáng)的適應(yīng)?性和工作能力，例如裝配機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、搬運機(jī)器人、 檢測機(jī)器人、焊接機(jī)器人等，該部分機(jī)器人能夠合理完成人類下達(dá)的工作?任務(wù)、工作要求，控制機(jī)器人運動時，需要機(jī)器人操作系統(tǒng)運行速度、直?線功能的完美發(fā)揮。

3 工業(yè)機(jī)器人在自動化控制中的具體應(yīng)用

3.1 在搬運工作中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在搬運工作中具有較為廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè) 大規(guī)模發(fā)展的背景下，從小包裝物品到大貨物的搬運成為物流工作中的基 本工作任務(wù)，工作機(jī)器人技術(shù)的引入和應(yīng)用能夠幫助此類企業(yè)提高搬運工 作效率，同時減少人力成本的投入，既可以保證企業(yè)的成本效益，還可以 確保其生產(chǎn)安全性。AGV 智能搬運機(jī)器人是近幾年在倉儲物流中應(yīng)用較為 廣泛的機(jī)器人，在菜鳥未來園中便應(yīng)用了此類機(jī)器人，其完成了商品儲存到發(fā)貨的全過程，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，將 AGV 投入使用后單個立體倉庫的日?發(fā)貨量達(dá)到 8000 立方米，整體性吞吐能力提升將近一倍，并且機(jī)器人的工?作效率是人工效率的 3 倍之多，更是將貨物揀選準(zhǔn)確率提高到了 99.9%，經(jīng)濟(jì)效益自然也得到提高。結(jié)合實際應(yīng)用情況來看，在搬運工作中執(zhí)行工?作任務(wù)的機(jī)器人有兩種常見的類型，以軸的數(shù)量為劃分標(biāo)準(zhǔn)，包括四軸的?和六軸的。其中六軸機(jī)器人主要應(yīng)用在大宗物品的搬運中，物品重量較大、 規(guī)模較大，需采用高負(fù)載的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行搬運，除了貨運物流中常見之?外，在鑄造業(yè)、電子工業(yè)中其應(yīng)用也比較多。而四軸工業(yè)機(jī)器人則更多的?應(yīng)用于小宗物品的搬運中，其操控便捷、靈活度較高，可以更加隨意、快?速的搬運移動物品，達(dá)到高效輸送的目標(biāo)。

3.2 在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用

汽車制造業(yè)是應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人最為廣泛的行業(yè)領(lǐng)域，隨著人工智能技?術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的智能水平越來越高，除了能夠完成基本的制?造焊接工作任務(wù)之外，而且能夠較高水平的完成整體組裝和測試工作，這?在極大程度上推動了汽車制造業(yè)的創(chuàng)新性發(fā)展。首先，在汽車零件上料中?應(yīng)用搬運機(jī)器人，以生產(chǎn)柔性化優(yōu)勢實現(xiàn)對汽車零部件的高精度定位上料，其中配備有相應(yīng)的視覺系統(tǒng)可以完成視覺數(shù)據(jù)采集，對搬運過程和工作狀?態(tài)進(jìn)行監(jiān)控;其次，焊接機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用，由于汽車制造中?多種零件、部件需要進(jìn)行焊接組裝，焊接機(jī)器人的應(yīng)用可以提高制造水平，如對油箱進(jìn)行焊接，可根據(jù)制造需要選用研發(fā)特定油箱形狀的焊機(jī)，并通?過對 CCD 攝像機(jī)、高速攝像機(jī)等信視覺技術(shù)的應(yīng)用，能夠獲取焊接熔池的?數(shù)據(jù)參數(shù)，確保線焊速度均衡基礎(chǔ)上完成可靠的自動焊接。另外，對裝配?機(jī)器人的應(yīng)用更具廣泛性，利用機(jī)器人不僅可以實現(xiàn)對儀表盤、車輪輪胎、 后懸梁、油箱等部件的安裝，還能夠完成發(fā)動機(jī)等大型配件的安裝。提高?汽車成品效率。而在一系列組件安裝完成后，也通過噴涂機(jī)器人的應(yīng)用實?現(xiàn)對汽車外部形態(tài)的完善，完成系統(tǒng)性的高智能化汽車制造過程。

3.3 在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用價值較高，其可以完成工業(yè)工作中相 對復(fù)雜的任務(wù)，以及對于人工處理而言具有一定難度的工作任務(wù)，如此能 夠大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)中的工作效率。以工業(yè)生產(chǎn)中的焊接工藝為例，其 包括對車體架構(gòu)的焊接、對機(jī)械設(shè)備的焊接等，由于焊接工作需要通過高 溫技術(shù)進(jìn)行處理，對于人工操作來說難度較大，且具有一定的危險性，而 采用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)可以更精準(zhǔn)快速的完成焊接工作，具有較強(qiáng)的耐高溫 性能，并且在數(shù)字化控制前提下能夠提升焊接的精準(zhǔn)度，減輕人力消耗，保證焊接工作的工藝效率。在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造當(dāng)中，對于機(jī)械構(gòu)件的焊接，若以人工方式開展，則需要將烙鐵與焊接點相對應(yīng)，讓引線和焊盤加熱后 且達(dá)到熔化溫度，再將焊絲放置在焊點，熔化成焊錫然后將其移開，待到 焊錫在焊點完全潤濕再移開烙鐵，完成焊接，過程中需把控好焊點位置溫 度以及時間。

結(jié)束語

總的來說，由于科學(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)上漲，工業(yè)機(jī)器人不?管是在功能或是技術(shù)上都取得了較快的發(fā)展，較為繁瑣的自動化控制也早?就取得了合理的管控。在工業(yè)自動化技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化過程中，工業(yè)機(jī)器人?也將會更加普遍的應(yīng)用在各個環(huán)節(jié)，進(jìn)一步使得社會生產(chǎn)和生活更加便利。

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