柏紹剛

（四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川宜賓 644000）

0.引言

目前，工業(yè)機(jī)器人雖在我國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但因可供參考的應(yīng)用資料和案例較少、起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大的差距。所以，在我國(guó)科技水平和經(jīng)濟(jì)水平高速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，工業(yè)企業(yè)必須牢牢抓住這一優(yōu)勢(shì)，積極探究強(qiáng)化工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用質(zhì)量的有效對(duì)策，促使工業(yè)產(chǎn)業(yè)逐漸向自動(dòng)化、智能化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。由此，深入探討工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用路徑，已成為新時(shí)期擺在工業(yè)行業(yè)面前一項(xiàng)亟待解決的重大難題。

1.自動(dòng)化領(lǐng)域中工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)概述

1.1 工業(yè)機(jī)器人的概念

當(dāng)前，機(jī)器人作為社會(huì)各界熱議不斷的重要話題，其主要指工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中可以重復(fù)編程、自動(dòng)控制的多功能機(jī)械手。一般而言，機(jī)器人主要包含軍用機(jī)器人、空間機(jī)器人、水下機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人以及娛樂(lè)機(jī)器人，其中工業(yè)機(jī)器人具有較高的自由度，可以按照預(yù)先編程的設(shè)計(jì)程序完成相應(yīng)的執(zhí)行命令。通過(guò)將工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域，既可以有效提升工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，還對(duì)工業(yè)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。因此，在具體的實(shí)踐過(guò)程中，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)可以充分利用工業(yè)機(jī)器人本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，降低一線工作人員的操作難度和任務(wù)量，不斷提升工業(yè)生產(chǎn)整體效率，最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成

通常情況下，工業(yè)機(jī)器人基本由機(jī)械部分、傳感部分、控制部分和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成，其中控制部分是整個(gè)機(jī)器人的核心構(gòu)成要素。在我國(guó)，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)所運(yùn)用的工業(yè)機(jī)器人多為關(guān)節(jié)型機(jī)械結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)言之，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)都可以獨(dú)立完成基礎(chǔ)性操作，且受計(jì)算機(jī)辦公軟件的全面控制。并且，一個(gè)完善的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)大都由傳送帶、示教器和外圍系統(tǒng)控制柜組成，而控制系統(tǒng)主要包含操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩部分，在此前提下，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又可以劃分為傳輸裝置與動(dòng)力機(jī)構(gòu)[1]。另外，在自動(dòng)化領(lǐng)域中，機(jī)器人主要控制裝置包括計(jì)算機(jī)、示教盒、傳感器接口、軸控制器以及相關(guān)輔助裝置。因此，操作人員可以借助計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)送指令或調(diào)度各項(xiàng)程序的方式，保證各項(xiàng)設(shè)備的獨(dú)立運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的良好交互。

1.3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特征

（1）學(xué)科知識(shí)交叉性較強(qiáng)。在具體的操作過(guò)程中，機(jī)器人控制與動(dòng)力學(xué)知識(shí)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)等學(xué)科具有密切聯(lián)系，既可以描述不同坐標(biāo)系機(jī)器人的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，也可以結(jié)合實(shí)際情況，合理選擇具有參考價(jià)值的運(yùn)用坐標(biāo)，不斷提升整體運(yùn)動(dòng)的順暢性。（2）操作程序自由度較高。不同于以往的生產(chǎn)模式，機(jī)器人操作程序比較簡(jiǎn)單，靈活性和自由度較高，可以使用多變量控制系統(tǒng)，滿(mǎn)足后續(xù)的各項(xiàng)協(xié)調(diào)要求。（3）基于人的意識(shí)。工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行方式是基于人的意識(shí)，利用計(jì)算機(jī)軟件或智能化辦公設(shè)備，對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，在確保機(jī)器人具備智能化功能的同時(shí)，全面提升工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化控制水準(zhǔn)。（4）機(jī)器人狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)描述屬于非線性數(shù)學(xué)模型。在機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)與外力發(fā)生變動(dòng)后，不僅會(huì)發(fā)生參數(shù)變化，就連各變量之間也會(huì)存在一定的耦合性，這就要求相關(guān)人員在應(yīng)用位置閉環(huán)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)采用加速度閉環(huán)方式來(lái)提升機(jī)器人的運(yùn)行效果。（5）動(dòng)作方式和路徑具有多樣性。在自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用級(jí)別較高的工業(yè)機(jī)器人，可以依托人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)搭建信息數(shù)據(jù)庫(kù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)后續(xù)運(yùn)營(yíng)、決策、管理的全過(guò)程控制。

2.工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域的主要功能及控制方式

2.1 工業(yè)機(jī)器人的主要功能

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升，工業(yè)機(jī)器人功能逐漸向多元化方向轉(zhuǎn)變，其中最為基礎(chǔ)的功能就是示教再現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)控制，其中示教再現(xiàn)功能主要指操作人員可以將工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行速度、位置以及其他相關(guān)信息數(shù)據(jù)上傳至控制系統(tǒng)之中，并利用該系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)參數(shù)、資料進(jìn)行存儲(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)工作人員編輯機(jī)器人動(dòng)作代碼的方式提前預(yù)設(shè)相應(yīng)的操作指令，然后通過(guò)指令進(jìn)行有序操作，以此來(lái)達(dá)到工業(yè)機(jī)器人示教再現(xiàn)功能的充分發(fā)揮。而運(yùn)動(dòng)控制功能既可以保持工業(yè)機(jī)器人的不同形態(tài)與移動(dòng)速度，也可以通過(guò)計(jì)算周邊信息的方式設(shè)定運(yùn)動(dòng)路線，進(jìn)一步完善機(jī)器人整體控制模式。此外，工業(yè)機(jī)器人還具備自動(dòng)反饋的功能。在機(jī)器人控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，其形態(tài)、姿勢(shì)、位置會(huì)隨著運(yùn)行路線進(jìn)行調(diào)整和變動(dòng)，進(jìn)而對(duì)后期工作的有序開(kāi)展造成影響[2]。對(duì)此，可以根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的實(shí)際狀態(tài)和具體位置，做好相應(yīng)的動(dòng)態(tài)化信息反饋，并將其及時(shí)反饋到主系統(tǒng)之中，一來(lái)幫助管理層及時(shí)掌握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，制定切實(shí)可行的管理策略；二來(lái)可以高效共享各類(lèi)有價(jià)值的信息，達(dá)到不斷提升整體運(yùn)行效果的目的。

2.2 工業(yè)機(jī)器人的控制方式

（1）智能控制方式。當(dāng)前，智能控制方式作為應(yīng)用最為廣泛的一種形式，主要指在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，利用傳感器全面接收周邊環(huán)境信息，并將其實(shí)時(shí)發(fā)送到控制系統(tǒng)之中，待經(jīng)過(guò)一系列分析、研究后傳送具體的操作指令及決策方案，這種控制方式不僅有利于體現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化運(yùn)行與智能化控制優(yōu)勢(shì)，還可以有效提升工業(yè)機(jī)器人對(duì)周邊環(huán)境的適應(yīng)能力。（2）點(diǎn)位控制方式。點(diǎn)位控制是工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的另一種常見(jiàn)方式，主要指在應(yīng)用執(zhí)行器的過(guò)程中，對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器或部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面控制，同時(shí)采用優(yōu)化控制模式的方法，使工業(yè)機(jī)器人可以在特定位置上快速、精準(zhǔn)地完成各項(xiàng)操作，不斷提升機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，有效避免對(duì)后續(xù)控制的不良影響。（3）連續(xù)軌跡控制方式。相較于以上的2種控制方式而言，連續(xù)軌跡控制方式雖同樣是對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行操作，但這種方式需要借助執(zhí)行器來(lái)判斷工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和位置，確保工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)不同的任務(wù)類(lèi)型，精準(zhǔn)、連續(xù)地完成相應(yīng)的操作步驟，從而更好地滿(mǎn)足多樣化的生產(chǎn)需求。（4）觸覺(jué)控制方式。工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)用過(guò)程中，既要充分意識(shí)到提升機(jī)器人運(yùn)行效率的必要性，又要注意到機(jī)器人運(yùn)行的安全性和準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上，以觸覺(jué)方式接觸周邊環(huán)境，并完成相應(yīng)的操作步驟，盡可能達(dá)到自動(dòng)化控制的理想目標(biāo)。

3.工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域的具體運(yùn)用路徑

3.1 汽車(chē)制造行業(yè)的運(yùn)用

（1）汽車(chē)噴涂方面。工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)制造噴涂方面的運(yùn)用基本以噴漆、涂膠為主，在實(shí)踐中，利用汽車(chē)車(chē)身材料本身的物理屬性和化學(xué)屬性，根據(jù)車(chē)體厚度與形狀，對(duì)汽車(chē)減震、密封位置以及外觀進(jìn)行涂膠和噴漆，以此來(lái)保證車(chē)身漆面的均勻及光滑。例如，在實(shí)踐中，汽車(chē)制造企業(yè)可以按照提前預(yù)設(shè)的控制指令，使用工業(yè)機(jī)器人對(duì)擋風(fēng)玻璃進(jìn)行涂膠處理，待涂膠工序完成后再安裝車(chē)窗玻璃，確保粘貼部位的牢固性和密封性。（2）零件搬運(yùn)方面。由于汽車(chē)制造行業(yè)所涉及的部件性能、形態(tài)、安裝方式存在較大的差異，而應(yīng)用不同型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人，可以按照預(yù)先設(shè)定的指令，準(zhǔn)確、快速地定位不同零件的安裝位置，并依據(jù)規(guī)范的操作標(biāo)準(zhǔn)與施工流程，選擇恰當(dāng)位置抓取零件，最大限度地減少零件搬運(yùn)環(huán)節(jié)中的損傷程度。（3）點(diǎn)焊與弧焊方面。在汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中，點(diǎn)焊技術(shù)是保證汽車(chē)制造質(zhì)量的核心構(gòu)成要素。所以，汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)必須靈活運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人，根據(jù)不同安裝要求和標(biāo)準(zhǔn)將焊接操作精準(zhǔn)度控制在0.25mm的區(qū)間范圍內(nèi)，有效防范因焊接不規(guī)范所引起的安全問(wèn)題。同時(shí)，還可以利用工業(yè)機(jī)器人開(kāi)展點(diǎn)位控制、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等操作，從而更好地滿(mǎn)足新時(shí)期的汽車(chē)制造需求[3]。此外，在對(duì)汽車(chē)部件進(jìn)行焊接的過(guò)程中，由于汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、空間比較狹小，若采用人工焊接的方式，不僅會(huì)使操作人員面臨著較大的危險(xiǎn)隱患，還難以保障焊接的整體質(zhì)量，而運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人開(kāi)展焊接工作，可以借助計(jì)算機(jī)軟件和智能化控制系統(tǒng)，達(dá)到全面提升焊接工作精準(zhǔn)性和安全性的目的。

3.2 橡膠塑料工業(yè)的運(yùn)用

在橡膠塑料工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，由于所涉及的專(zhuān)業(yè)化技能要求較高，想要高質(zhì)量地完成生產(chǎn)任務(wù)，必須明確橡膠與塑料在加工技術(shù)方面的關(guān)聯(lián)性，并結(jié)合具體的考察結(jié)果，靈活選用最適合的工業(yè)機(jī)器人，通過(guò)制造耐用度較高、品質(zhì)精良的成品或半成品不斷提升橡膠塑料生產(chǎn)的整體工藝及效率，尤其是在市場(chǎng)環(huán)境愈演愈烈的新形勢(shì)下，橡膠塑料工業(yè)企業(yè)想要在市場(chǎng)環(huán)境中脫穎而出，還應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家制定的工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，充分利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)人工無(wú)法完成的高強(qiáng)度生產(chǎn)操作，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更高的生產(chǎn)效益。同時(shí)，必須加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新、優(yōu)化力度，及時(shí)更新工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)漏洞，最大限度地防范因系統(tǒng)漏洞、病毒入侵所造成的生產(chǎn)問(wèn)題。另外，還應(yīng)借助坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲取精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，通過(guò)建立完善的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)體系，規(guī)范、整合各項(xiàng)運(yùn)算結(jié)果和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以便為后續(xù)管理工作提供準(zhǔn)確、可靠的參考依據(jù)?；蛘?，將CPU充分融入到控制系統(tǒng)之中，在滿(mǎn)足信息交換的基礎(chǔ)上，全方位滿(mǎn)足實(shí)際的運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和要求，進(jìn)一步創(chuàng)造更高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 化工生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用

不同于汽車(chē)制造行業(yè)與橡膠塑料產(chǎn)業(yè)，化工生產(chǎn)過(guò)程中難免會(huì)因劇烈化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生易燃、易爆且具有高黏性的危廢物品，使整個(gè)生產(chǎn)工作具有較強(qiáng)的高危風(fēng)險(xiǎn)和高毒性風(fēng)險(xiǎn)隱患，而將工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用到實(shí)際工作中，不僅可以代替人力勞動(dòng)承擔(dān)起高強(qiáng)度的工作壓力和高危工作環(huán)境，降低安全事故的發(fā)生概率，還可以充分利用工業(yè)機(jī)器人本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用自動(dòng)化控制手段靈活應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的惡劣環(huán)境與生產(chǎn)挑戰(zhàn)，全面提升化工生產(chǎn)行業(yè)的整體效率，在合理控制各項(xiàng)資源的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如，針對(duì)部分揮發(fā)性較強(qiáng)、容易溢出的有毒氣體，很可能會(huì)對(duì)操作人員的身體健康造成不可挽回的負(fù)面影響，而通過(guò)使用防霧化原料機(jī)器人，借助保溫桶底部的除霧箱和水平負(fù)壓管既可以將堿性溶液儲(chǔ)存于除霧箱之中，又能夠利用機(jī)器人本身的操作慣性把酸霧收集到除霧箱中，減少化學(xué)氣體對(duì)操作人員人身安全的損害。與此同時(shí)，由于化工生產(chǎn)園區(qū)的區(qū)域范圍較大、環(huán)境較為復(fù)雜，僅靠人工很難實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)安全的全面覆蓋，而通過(guò)使用化工安檢機(jī)器人或巡檢機(jī)器人可以依據(jù)預(yù)先設(shè)置的監(jiān)控范圍和程序，利用機(jī)器人本身所具備的夜間紅外探測(cè)、人臉識(shí)別、易爆顆粒檢測(cè)、自動(dòng)化掃描、發(fā)電等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)園區(qū)全方位、動(dòng)態(tài)化、智能化的監(jiān)督與管理[4]。此外，在化工安全事故發(fā)生時(shí)，也可以利用救援機(jī)器人對(duì)危險(xiǎn)化工事故進(jìn)行定位與監(jiān)督，在此基礎(chǔ)上，有效識(shí)別溫度異常和危險(xiǎn)氣體泄露現(xiàn)象，及時(shí)判斷事故的破壞程度與發(fā)展動(dòng)態(tài)，最大限度地避免危險(xiǎn)化工產(chǎn)品對(duì)操作人員的二次傷害。

3.4 鑄造行業(yè)的應(yīng)用

現(xiàn)如今，我國(guó)鑄造行業(yè)已經(jīng)逐漸步入到高速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的廣泛運(yùn)用可以在現(xiàn)有生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上，為鑄造行業(yè)提供先進(jìn)的技術(shù)支持，進(jìn)一步加快鑄造行業(yè)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型。并且，根據(jù)我國(guó)鑄造行業(yè)的整體發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，鑄造行業(yè)在技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)效率方面還面臨著諸多挑戰(zhàn)。相較于汽車(chē)制造行業(yè)、橡膠塑料生產(chǎn)行業(yè)以及化工生產(chǎn)行業(yè)而言，鑄造行業(yè)所涉及的部門(mén)更加廣泛、工作內(nèi)容更加繁瑣，對(duì)環(huán)境、溫度等方面的要求比較苛刻，且需要進(jìn)行持續(xù)性、不間斷工作，這就使得很多一線工作人員長(zhǎng)期處于工作難度與工作強(qiáng)度較大的環(huán)境之中，不利于保障一線工作人員的人身健康安全，而工業(yè)機(jī)器人在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用，可以充分利用智能化設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)，將工作人員從粉塵含量較多、噪音較大的生產(chǎn)車(chē)間脫離出來(lái)，在保證一線基層員工人身健康安全的同時(shí)，不斷提升整體工作效率與工作質(zhì)量，進(jìn)而推動(dòng)鑄造行業(yè)的高效化、智能化發(fā)展。

4.結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用具有不可忽視的現(xiàn)實(shí)意義，是新時(shí)期推動(dòng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。因此，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)企業(yè)必須緊跟時(shí)代發(fā)展潮流，全面分析工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用原理和需求，并結(jié)合自身的實(shí)際情況和發(fā)展需要，加強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用力度，在減輕操作人員工作壓力和工作量的同時(shí)，有效提升工業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，促使企業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化建設(shè)。