工业机器人在自动化控制领域的应用

宫佳轲，晋学猛，吴 凯

（1.济南中正金码科技有限公司，山东济南 250101；2.济南易久自动化技术有限公司，山东济南 250101）

1 工业机器人与自动化控制概述

工业机器人在自动化领域应用的初期，有关机械数据反馈是作为机器人自动化的基础。由于智能化的加深，导致社会的需求转向了现代自动控制技术，现代自动控制是指利用智能控制装置，实现对机器人的间接控制，无需人为干预，通过认识技术实现的框架条件，坚持自动控制技术的基本原理，可以稳步推进工业生产的无人工智能控制，达到主要国际上认可的工业生产由机械自动控制的成果[1]。

1.1 工业机器人的原理特性

①自由度高。可以根据自身的动力和控制力自动执行指令，这是工业机器人不亚于人工生产的独特优势。由于其实现了人工智能技术的基本原理，工业机器人可以接受人类指令并按照开发的程序自主工作，工业机器人在现如今的自动化领域，可以让技术人员快速输入程序，根据机器人自身功能保存相关输入信息，然后根据运行情况自动检索信息，为后续控制工作提供重要保障。②应用管理功能。在机器人控制系统的工作状态下，其姿态、状态和位置都不是静止的，会对后续工作产生一定的影响。工业机器人的关键功能是应用控制功能，不仅可以保持机器人进行工业生产时基本的速度和运动形态，采取有效的控制，还可以根据计算结果自主分析出周围信息与隐患，并通过得到的反馈数据设置运动路径，从而改进其整体的控制方式[2]。③数据回放。在机器人自主应用其控制系统之前，必须将相关信息输入给机器人，这些信息将存储在指定的地方，如果需要使用这些信息，它们将会被提取并解释，从而充分发挥机器人学习和作业的能力[4]。

1.2 工业机器人控制系统的基本组成

它配备了一个处理器和一个独立的存储单元。该应用程序的主要功能是设置多个参数并根据人类与计算机的交互进行学习。触控应用主要包括触觉、视觉和力传感器，应用的主要功能是捕捉各种信息，可以有效实现工业机器人的控制。轴控制器具有很高的应用价值，主要用于控制工业机器人和各个工作环节的速度。各种辅助设备的控制主要与工业机器人配套使用，是重要的辅助应用设备[3]。

1.3 机器人控制系统特征

①机器人控制器与机构的运动和动力学密切相关，可以在提供机器手臂和腿在各种坐标系下的状态，根据实际情况选择基坐标，并相应调整坐标。②在正常情况下，机器人有很多方式和路径来完成一个动作，从而导致一个“最优”任务的完成。对于高级别的机器人，可以利用人工智能过程，在计算机的帮助下建立信息数据库，实现决策、指挥和控制等操作[4]。③人-机交互。指操作人员用来控制机器人并与之交互的设备，该系统可分为两类：学习设备和信息显示设备，就像计算机的键盘和屏幕。以一个简单的机器人为例，该机器人系统由一个便携式编程器和一个控制柜组成，机器人主要通过学习盒和控制柜与自身进行通信，还可在示教器上显示相关信息，为信息显示装置，是一个人机交互系统[5]。④力矩控制与智能控制。扭矩控制的主要应用是工业机器人在拾取和放置各种物体和组装物体中的应用，需要对位置点进行控制，为各种工作任务施加最合适的扭矩。在具体应用中，工业机器人需要充分发挥传感器的价值，应对不同环境的较大变化。智能控制方法相关的具体解决方案是根据其中存储的知识制定的，应用智能控制方法可以提高机器人的自学习能力和对环境的适应能力[3]。

2 工业机器人在自动化控制领域的具体应用

2.1 工业机器人在汽车制造行业的应用

在工业生产中自动化技术运用最多的行业是汽车制造，而其中采用焊接机器人的占比超过整个工业生产的一半，在汽车制造业中机器人已经代替大多数的人工操作。因此，在工业生产的环节利用工业机器人，是符合国际发展与国内市场需求的必经之路，工业机器人的利用显著提高了汽车行业的生产效率，在减少劳动力浪费的前提下保证汽车的质量。现如今如何更好地应用工业机器人已成为这些制造企业的发展目标和战略，也从而极大地推动了我国工业机器人的发展。例如，在工业机器人引入之前的生产过程中，国内汽车制造商主要通过人工操作来完成汽车生产任务，每个工人维护的机器不能超过两台，难以增加企业的利润。而一个工业机器人可以独立控制多个汽车工艺和制造设备来执行生产和加工任务，引入工业机器人后，国内汽车行业在职人员增速明显放缓，但汽车行业整体表现大幅提升，说明工业机器人的使用发挥了重要作用。在实际应用中，机械臂将钢板加工材料引入冲击机，保证了产品质量的稳定性，极大降低了发生工业事故的可能性[4]。

2.2 工业机器人在橡胶及塑料工业的应用

在橡塑行业，对机器人的质量要求程度高，要完成生产任务，必须与实际情况密切调控。在机械工程领域，现阶段橡塑的生产与加工技术之间有着密切的关系，为了保证日常加工中的最终生产效果，需要选择合适的工业机器人技术进行生产。精细化生产，确保成品和半成品非常坚固，提高工艺的整体效率。目前各行各业发展都比较强劲，我国塑料工业要想在世界上占有一席之地，就必须严格遵守行业标准，选择更先进的技术产品，充分利用工业机器人。并进行手工无法完成的高强度制造作业。为实际生产创造更高的价值。比如有些应用可以采用主从控制方式加强技术创新，在使用工业机器人时，连接计算机控制系统，做好分级控制，即时翻译机器人语言，达到人机交互的效果。

2.3 装配机器人

在工业生产环节，装配任务是比较繁琐的任务，传统的人工操作费时费力。由于其性能比较繁琐，这项作业对机器人的要求也比较高。参与装配工作的机器人配备了图像传感器、接触传感器等多种传感装置，可以保证工业机器人的精度，保证工业机器人更准确地感知工作物体，做出准确地判断，保证安装工作完成。使用装配机器人不仅可以提高工作精度，还可以节省劳动时间，提高工作效率[6]。

2.4 材料搬运机器人

工业生产中，总是有超重的物品需要搬运，物料搬运费力，而超重的物品不能靠人力搬运，需要机械臂。机械臂力量大，可以搬运较重的物体，机械臂的作业主要有码垛、零件拣取、卸料等固定作业[6]。

3 工业机器人发展趋势

从宏观经济来看，近年来我国先进的技术越来越多地被应用到工业领域，例如数据分析、自动化技术、3D 立体打印技术等，这些高新技术都可用于工业机器人的控制器中，从而提升其控制系统的性能。从实际应用程度来看，工业机器人技术不仅可以用于工业生产等环节的自动化控制，在医药、食品加工等其他行业也有非常显著的应用成果。也就是说，经过不断地研究、开发和创新，工业机器人技术的精度也会随之得到提高，并应用于更加广阔的自动控制领域，有助于提高该技术应用的落实。此外，未来工业机器人的技术将继续向仿生学方向发展，该技术的研究和创新应从AI 层面入手，如何创造出更加智能的机器人是未来发展的趋势所向，目前解决的工业机器人行走时滑动的问题，可在自动化控制的应用中进一步保证其操作的安全[7]。

3.1 配合PLC技术

可编程逻辑控制器（PLC）技术能够实现过程和信息管理功能。在过程控制中，需要对温度、压力等机器人模拟值进行控制，提出更科学地优化措施，改变工业机器人当前的运行状态，达到最优的工作效果。从信息管理的角度来看，要根据机器人传输系统满足信息处理和存储的要求，消除以往序列管理的不足。随着我国科技水平的不断提高，采用PLC 技术，可以通过互联网和移动终端实现对工业机器人的远程控制，通过信息的传输满足智能说明书的需求。可以有效提高工业机器人的应用效果。在遥控方面，要求精度更高，通过控制物体的运动路径实现精确操作，有效提高工业机器人的智能化发展水平，让工业机器人改进自动控制工作方式，提高整体效果[2]。

3.2 逻辑控制技术

逻辑控制技术在现代工业机器人中的应用非常重要。总的来说，工业机器人的系统属于信息传输控制系统，包括信息采集和数据存储等，集成逻辑控制技术可以对应工业机器人的自动控制，利用互联网技术完成移动端控制任务，满足综合管控的需要。通过远程控制，机器人在得到适当指令时可以执行适当的动作，完成对机器人的整体控制，同时在运动轨迹方面，可以按照逻辑控制技术和可编程技术进行日常操作，凸显了工业机器人的控制精度。在实际工作中，必须根据控制目标对机器人路径进行设计和编程，以提高整体控制精度和工作质量。通过实施逻辑控制技术，要求控制机器人的位置，用智能系统明确与目标的距离，科学规划路径，更快到达目标，更有秩序地开展后续工作，全面提升机器人飞行器的控制能力。需要为机器人配备触觉和视觉传感器，以满足各种环境下的工作需要，提高工业机器人的操作控制水平[2]。

3.3 数控机械领域

机器人技术在数控机床领域的应用旨在使智能工程的优势能够有效推广，特别是对主要生产方式和生产工作进行必要的研究，使各种措施满足人类的需求，操作得到有效解决，自动化精准支撑半自动化技术应用价值的发展。机械数控技术的应用应全面总结计算机编程的价值，特别是对加工所需的控制机构进行全面分析，使机械数控控制台更加智能化，使数控技术能够与光机技术相结合成为现实，进而实现计算机技术应用价值的充分发挥。在数控机械技术集成加工过程中，机器人技术的应用可以使机械精度更可控，特别是可以更有效地节省人工成本，保证数控技术设计思路的提高。机器人技术的应用应更加注重产品的测量，特别是有效研究数据、图纸等基础信息，通过编程软件的应用实现数据处理程序的合理调整，从而满足复制控制的需要。数控设备到位，确保智能机器人和数控机床技术的使用提供了更理想的工作条件。技术人员需要根据控制程序的特点开发编程细节，尽可能减少人工编程量，办公软件在应用过程中实现电子图纸和程序的转换和删除，为获得一个更完善的CNC 机器人创造了有利条件。在机器人技术的应用中，电子绘图的优势将得到更充分的体现，编码器、传感器等设备将在更高层次上集成应用，自动控制技术也将发展出更高的应用价值[8]。

4 结束语

手工劳动长期以来一直是主要的生产加工方式，因此工业生产的成本大部分在劳动力投入方面，工厂每日正常的生产效率与人力投入挂钩，工人的压力和劳动强度与工厂的利益挂钩。工业机器人应用于工业生产可为普通工厂每年节约几万甚至是几十万的劳动力成本，同时工业机器人可实现24h 作业，为工厂创造相较以往更为巨大的经济效益。通过分析工业机器人的原理特性，配合PLC 技术与逻辑控制技术，进一步在橡胶及塑料、汽车制造、装配、材料搬运等工业环节加深研究力度，重视技术创新与操作实用性。如今，随着科技的发展，工业机器人在工业生产中完全代替人工控制的可能将会实现，自动化技术与工业机器人相辅相成，两者的紧密结合为工业生产提供了明显的高效率作业，减轻生产线作业工人的劳动强度和工作量，还一定程度上保证了他们的人身安全，避免由于复杂的操作造成严重的人身安全隐患。