李忠民 荀海明

山東省棗莊經(jīng)濟學(xué)校 山東 棗莊 277000

前言:機電一體化又被稱為機械電子學(xué),是電子電路系統(tǒng)與機械系統(tǒng)的結(jié)合。機電一體化的原理,即通過電子電路控制機械設(shè)備。在工業(yè)領(lǐng)域,機電一體化技術(shù)具有重要的應(yīng)用價值,尤其是在智能制造戰(zhàn)略實施以后,工業(yè)機器人逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的代表性工具,更是成為一個國家科技水平的重要標準。但是,由于機電一體化技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展時間較短,相比于西方發(fā)達國家,我國的機電一體化技術(shù)還存在較大進步空間,在工業(yè)機器人的精度與感知能力上,也尚未達到盡善盡美。鑒于此,本文對機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人領(lǐng)域中的運用展開分析,具有重要現(xiàn)實意義,旨在促進工業(yè)機器人研發(fā)水平的提升。

一、機電一體化技術(shù)概述

顧名思義,機電一體化技術(shù)即多種高新技術(shù)的有機結(jié)合,涵蓋了機械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)等[1]。作為一門新興的綜合性學(xué)科,機電一體化技術(shù)起源于微電子技術(shù)在機械工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用[2]。時至今日,機電一體化技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)與發(fā)展必不可少的一項高新技術(shù),機電一體化技術(shù)的應(yīng)用也在很大程度上促進了工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。機電一體化系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)要素、運動要素、智能要素、動力要素及感知要素組成。近年來,我國智能化技術(shù)不斷發(fā)展,促進了機電一體化技術(shù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢發(fā)展。不可否認的是,我國機械制造技術(shù)的不斷發(fā)展,使得機電一體化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用價值愈發(fā)凸顯,工業(yè)機器人的發(fā)展最為典型。機電一體化技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用,極大的促進了我國工業(yè)機器人的發(fā)展,目前工業(yè)機器人也成為了機電一體化技術(shù)的典型裝備。

二、基于機電一體化技術(shù)的工業(yè)機器人現(xiàn)狀

客觀而言,我國目前的科技水平尚未達到發(fā)達水平,機電一體化是我國科技發(fā)展的基礎(chǔ),該技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,促進了工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展,也使得我國經(jīng)濟水平有了極大進步。工業(yè)機器人便是以機電一體化技術(shù)為基礎(chǔ)而研發(fā)的,然而由于我國科技發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱,致使工業(yè)機器人的研發(fā)存在一定問題,無法及時更正[3]。例如,在設(shè)計工業(yè)機器人時期,我國的科技水平達不到需要的精度,使得工業(yè)機器人的精度較差;再如,我國工業(yè)機器人的感知能力尚不健全,還需要進一步提升、完善?？傮w來說,我國工業(yè)機器人發(fā)展已經(jīng)取得了不菲的成績,但相較于西方發(fā)達國家而言,還存在很大進步空間?，F(xiàn)階段,我國應(yīng)重視專業(yè)技術(shù)性人才的培養(yǎng),不斷研發(fā)新型機器人,增加投入資金等,而且國家還要對致力于科研創(chuàng)作的人才一定幫助與鼓勵,使其更有動力,更加積極的投入到新型機器人的創(chuàng)作之中,以提升我國科技經(jīng)濟實力。

三、工業(yè)機器人的運用要求

首先,工業(yè)機器人對機械零部件的制造精度具有較高要求,這主要是因為工業(yè)機器人在運轉(zhuǎn)時,所有機械構(gòu)件都必須嚴格根據(jù)既定軌跡運轉(zhuǎn),一旦出現(xiàn)偏差,就可能導(dǎo)致機器人無法運行到目標位置,影響作業(yè)。所有,工業(yè)機器人對零部件的制造精度具有較高要求[4]。其次,對傳動系統(tǒng)的精準度具有較高要求,這一點與零部件的制造精度要求類似,都是為了確保機器人運行軌跡的精準性。但是,傳統(tǒng)系統(tǒng)的精度控制,相較于零部件制造精度控制,要更有難度,受限于我國科技發(fā)展水平,目前工業(yè)機器人的減速器等設(shè)備還依賴進口。再次,對裝配精度具有較高要求。工業(yè)機器人由各種機械零部件與傳動系統(tǒng)裝配而成,裝配精度主要受到兩方面因素影響,一是設(shè)計是否合理,在設(shè)計時要考慮到微小誤差的累積,做到精益求精,避免因微小誤差累積,而導(dǎo)致機器人運行軌跡出現(xiàn)變形。二是裝配的操作工藝水平,在裝配時必須嚴格按照標準進行操作,避免誤差累積。最后,精度保持能力[5]。從某種角度上看,工業(yè)機器人是一種精密設(shè)備,設(shè)備在運行過程中不可避免的會出現(xiàn)磨損,這些磨損也會導(dǎo)致運行誤差。所以,工業(yè)機器人必須具有一定精度保持能力。在長時間作業(yè)過程中,增加誤差的原因主要是機械零部件的老化與磨損,誤差增大導(dǎo)致傳動系統(tǒng)誤差變大,即便運動軌跡依然保持精準,也難以保障目標位置的精準性[6]。所以,工業(yè)機器人要具有一定精度保持能力,可以通過提高機械零部件材料性能與制造精度,提高裝配精度,以及定期檢測、維護等方法,提高工業(yè)機器人的使用壽命。

四、機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人領(lǐng)域中的具體運用

（一）應(yīng)用于各軸電機運動位置檢測中

眾所周知,工業(yè)機器人對安裝精度具有較高要求,所以在安裝工業(yè)機器人的過程中,不僅要嚴格根據(jù)要求實現(xiàn)精細化安裝,而且在安裝完成之后,還要進行校準工作,確保工業(yè)機器人安裝沒有絲毫偏差。一般情況下,在工業(yè)機器人安裝之前,會設(shè)計詳細的參數(shù),那么在安裝完成之后,需要根據(jù)這些參數(shù)進行校準,以保證各軸安裝完全滿足工業(yè)機器人設(shè)計要求,進而為工業(yè)機器人的正常運行提供保障。電機是為工業(yè)機器人提供動力的設(shè)備,為了盡可能將工業(yè)機器人的性能利用起來,還需要在安裝完成后,檢測電機性能情況,而機電一體化技術(shù)就是檢測電機安裝位置的主要技術(shù),利用該技術(shù)能夠?qū)Ω鬏S電機運動位置展開準確、高效的檢測。例如,伺服電機反饋軸的安裝位置檢測,便是利用同心安裝的編碼器進行檢測的。若編碼器是1024線的增量型編碼器,則電機一圈就是4096個脈,可以直接通過查看驅(qū)動器編碼器外置反饋參數(shù)的方式進行檢測。

（二）應(yīng)用于機器人運動軌跡規(guī)劃中

運動軌跡的規(guī)劃,是工業(yè)機器人順利完成作業(yè)的前提基礎(chǔ),一般情況下,機器人的運動軌跡都是固定的,只需要設(shè)定好程序,機器人就會按照既定程序進行運動,而在機器人運動軌跡規(guī)劃中,機電一體化技術(shù)是核心所在。首先,機電一體化技術(shù),根據(jù)工作情況,結(jié)合機器人運動特點,精準定位機器人運行軌跡的最終位置,之后根據(jù)目標位置輸入相應(yīng)的指令,同時觀察各軸運動情況,分析運動量。工業(yè)機器人運動軌跡的規(guī)劃,要以驅(qū)動器為支撐,根據(jù)機器人的運動原理,指揮驅(qū)動電機,確保機器人各軸同步,保證機器人行為軌跡在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi),且能夠保持良好的運動狀態(tài)?？傊?機電一體化技術(shù)在機器人運動軌跡規(guī)劃中起到了非常重要的作用。需要注意的是,在設(shè)定機器人運動目標時,要確保機器人運動狀態(tài)能夠滿足這一目標,以此來為機器人運動精度控制提供保障。

（三）應(yīng)用于機器人運行狀態(tài)的監(jiān)測

作為一種對精密性要求極高的設(shè)備,工業(yè)機器人核心部件的精密程度影響著其運動穩(wěn)定性,而工業(yè)機器人是由各種軸關(guān)節(jié)的減速器組成,為了確保機器人能夠安全、穩(wěn)定運動,要對機器人各軸關(guān)節(jié)減速器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測,機電一體化技術(shù)在監(jiān)測中起到至關(guān)重要的作用。機電一體化技術(shù)可以監(jiān)測機器人各軸關(guān)節(jié)減速器運行狀態(tài),再結(jié)合在線檢測技術(shù),以軸關(guān)節(jié)的振動頻率為依據(jù),對機器人的運行狀態(tài)進行判斷。例如,當機器人軸關(guān)節(jié)振動頻率,相比于設(shè)計參數(shù)有差異時,系統(tǒng)便會發(fā)出警告,便于相關(guān)人員及時發(fā)現(xiàn)問題、處理問題,為工業(yè)機器人運行穩(wěn)定性提供保障。

（四）在機器人工作周圍環(huán)境控制中的應(yīng)用

由于工業(yè)機器人屬于精密裝備,所以其在作業(yè)過程中,對周圍環(huán)境具有較高要求,除了要確保周圍環(huán)境保持適中溫度與濕度之外,還要求周圍環(huán)境中不能存在強烈的電磁信號,以免因信號干擾,影響機器人正常作業(yè),出現(xiàn)偏離既定軌跡等問題。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用,便可以實現(xiàn)利用PLC等對機器人工作周圍環(huán)境進行控制。例如,工作溫度的控制,機電一體化技術(shù)應(yīng)用后,可以利用PLC技術(shù)實現(xiàn)對工作環(huán)境溫度的自動化控制,進而有效避免因溫度過高,影響機器人的正常作業(yè),出現(xiàn)操作失誤等問題。

結(jié)論

綜上所述,機電一體化技術(shù)在工業(yè)機器人領(lǐng)域的應(yīng)用,不僅極大的提高了工業(yè)機器人的精度及運動可靠性,而且實現(xiàn)了對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化,增強了對工業(yè)機器人控制的精準性,尤其是對末端位置控制的精準性,充分發(fā)揮出了工業(yè)機器人的使用功能,在推動工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的,提高工業(yè)生產(chǎn)效率的同時,也為機器人領(lǐng)域的發(fā)展,提供了重要動力。但是,我國工業(yè)機器人的發(fā)展尚不完美,在控制精度與感知能力上,還存在較大進步空間,未來應(yīng)致力于通過機電一體化技術(shù),不斷增強工業(yè)機器人的感知能力,提高機器人的智能化水平,更新、完善機器人的功能,為我國工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展做鋪墊,為我國科技水平的提升做貢獻。