（益陽職業(yè)技術學院 船舶與機電系，湖南 益陽 413055）

1 工業(yè)機器人概述

工業(yè)機器人，從字面上來講就是用于工業(yè)領域的機器人?，F(xiàn)如今，工業(yè)機器人已經廣泛應用于汽車及其零部件制造、機械加工、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領域。工業(yè)機器人是各國先進制造業(yè)中不可或缺的重要裝備與關鍵技術。根據相關資料顯示，我國第一臺工業(yè)機器人誕生于20世紀60年代?，F(xiàn)如今，我國以新松機器人為代表的工業(yè)機器人在全球工業(yè)機器人市場上已經顯露了旺盛的生命力。

2 工業(yè)機器人在自動化控制中的應用依據

在工業(yè)自動化控制領域，工業(yè)機器人的應用不僅可以大大節(jié)省人力成本，而且大大降低了因人工操作失誤導致的出錯率，提高了生產效率，保證了產品質量。工業(yè)機器人之所以能夠應用在自動化控制領域中，主要是因為它自身具有示教再現(xiàn)與運動控制這兩項功能。在工業(yè)機器人運作之前，操作人員將機器人的運動數據（如運動速度、所在位置等）以及動作代碼輸入工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)。隨后啟動工業(yè)機器人。此時，工業(yè)機器人就會按照操作人員在其控制系統(tǒng)中輸入的相關數據與動作代碼進行一些移動、抓取、放置、噴涂、焊接等操作。

3 工業(yè)機器人在自動化控制中的應用原理

3.1 工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)

盡管工業(yè)不同領域的工業(yè)機器人形態(tài)各異，但都可以大致分為主體部分、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)3部分。工業(yè)機器人擁有良好的運動能力和控制能力。它憑借靈活的機械手臂能夠完成很多精細的操作。目前，全球市場上的工業(yè)機器人已經全部實現(xiàn)了智能化，即采用了智能控制模式。工業(yè)機器人運動控制功能的實現(xiàn)依賴于它自身的控制系統(tǒng)。一個完整的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)大致包括控制計算機、示教盒、傳感器接口、軸控制設備和輔助設備等。不同的設備分別管理著工業(yè)機器人的不同功能，如計算機的控制功能、示教盒的人機交互功能、傳感器的環(huán)境監(jiān)測功能、軸控制設備的運動速度控制功能，以及輔助設備對工業(yè)機器人相關輔助設備的調控功能。在工業(yè)機器人運行過程中，各設備密切合作，對工業(yè)機器人的整個控制系統(tǒng)進行流暢、準確地調度和指揮。

3.2 工業(yè)機器人的控制方式

第一種是點位控制。點位控制是一種點到點的控制，如從A點到B點，再從B點到C點。點位控制的優(yōu)點是讓工業(yè)機器人快速且準確地從某一點到另外一點，即實現(xiàn)點與點之間快速、準確地位移[1]。缺點是無法對工業(yè)機器人的位移路徑進行控制。因為講究快速與準確，所以點位控制的主要技術指標是運動（位移）速度和定位精度。PTP是工業(yè)機器人控制方式中最簡單、最易實現(xiàn)的一種方式，它常被應用于一些只要求點對點的生產環(huán)節(jié)中，如簡單、重復的上下料環(huán)節(jié)。

第二種是連續(xù)軌跡運動控制。連續(xù)軌跡運動控制強調的是工業(yè)機器人操作的連續(xù)性。從A到B，再從B到C，再從C到D。工業(yè)機器人在整個操作過程中要保持連續(xù)，不能中斷。連續(xù)軌跡運動控制要實現(xiàn)工業(yè)機器人操作的連續(xù)性，需要操作人員在工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)中設置它連續(xù)軌跡運動的相關數據，如所在位置、運動軌跡、運動速度等。需注意的是，連續(xù)軌跡運動控制的連續(xù)性，不僅僅要求工業(yè)機器人操作的不中斷，還要求工業(yè)機器人的運動速度可控、運動狀態(tài)平穩(wěn)。鑒于此，連續(xù)軌跡運動控制的主要技術指標是運動控制系統(tǒng)對工業(yè)機器人運動軌跡跟蹤的精確性，以及工業(yè)機器人自身運動速度的可控性和運動狀態(tài)的平穩(wěn)性。

第三種是力伺服控制。力伺服控制以工業(yè)機器人的力伺服控制系統(tǒng)為核心，以輸出力（力矩）為控制變量，其執(zhí)行機構是各種類型的驅動元件，如伺服閥+液壓馬達、伺服閥+油缸、驅動器+電馬達等。工業(yè)機器人在執(zhí)行一些物料搬運、分揀物品等工作時，除了要保證定位的精度之外，還要求機械手臂使用適度的力（力矩）。在這種作業(yè)環(huán)境下，工業(yè)機器人機采用的就是力伺服控制方式。力伺服控制最鮮明的特征是系統(tǒng)輸入和反饋信號是一種力信號，而點位控制和連續(xù)軌跡運動控制的系統(tǒng)輸入和反饋信號是一種位置信號[2]。

第四種是智能控制方式。目前，采用智能控制的工業(yè)機器人主要是通過傳感器獲取周圍環(huán)境的信息，然后根據內部控制系統(tǒng)的相關指令做出相應的操作。

4 工業(yè)機器人在自動化控制中的應用趨勢

在工業(yè)領域，自動化設備是提高生產效率、節(jié)省人力成本、提高生產安全系數的關鍵手段。同時，它也是推動工業(yè)產業(yè)結構智能化調整的重要力量。憑借優(yōu)秀的示教再現(xiàn)功能和運動控制功能，現(xiàn)如今的工業(yè)機器人已經在自動化控制領域得到了廣泛應用。放眼全球，縱觀近年來國際市場上出現(xiàn)的工業(yè)機器人，自動化、智能化已成為全球工業(yè)機器人技術發(fā)展的重要趨勢?？梢钥吹?，近兩年來新上市的工業(yè)機器人已經具備了自我感知能力和一定的執(zhí)行能力，其智能化發(fā)展方向越來越明朗?？偟膩砜?，工業(yè)機器人呈現(xiàn)出以下幾個發(fā)展趨勢。

一是感知功能更加強大。在復雜的社會生活中，人的一切活動都離不開感知，即視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、知覺[3]。在這些感知的“指揮”下，人才能及時、準確地檢測出自身（內部）和環(huán)境（外部）的變化，從而做出產生思想的行為。將工業(yè)機器人賦予感知功能，能夠讓它像人類一樣對自身和環(huán)境做出準確地判斷與分析，然后做出相應的操作。伴隨著各種傳感器與驅動集成技術、傳感信息采集與融合處理技術等的發(fā)展，工業(yè)機器人的感知功能將有更大的提升。

二是智能控制快速發(fā)展。智能控制是控制理論發(fā)展的高級階段，它主要包含3個內容：一是智能信息處理；二是智能信息反饋；三是智能控制決策[4]。目前，大多數工業(yè)機器人運動控制方式主要是點對點控制、連續(xù)軌跡運動控制和力伺服控制3種。而在未來，隨著人工神經網絡、智能算法、專家系統(tǒng)等人工智能的快速發(fā)展，智能控制也會迎來更大的發(fā)展機遇。

三是故障自我診斷與自修復功能的實現(xiàn)。工業(yè)機器人作業(yè)環(huán)境中僅有少數操作人員，大多數時間是處于自動化運行的狀態(tài)。在正常運行狀態(tài)下，如遇突然斷電、被物品撞擊，工業(yè)機器人可能會發(fā)生停機無法啟動、錯誤操作等問題。為了保證生產效率，工業(yè)機器人應當具備一定的故障自我診斷與自修復功能，從而能及時、正確的應對各種突發(fā)情況。伴隨著工業(yè)機器人故障自我診斷系統(tǒng)的研究以及相關數據庫的建設，在未來，相信工業(yè)機器人都會具有故障自我診斷與自修復功能。

四是群體協(xié)調功能。若生產一件結構簡單的產品，每個工業(yè)機器人各司其職，負責各自的作業(yè)即可。而在未來，隨著工業(yè)產品向精密化發(fā)展的趨勢，生產一件產品就需要許多工業(yè)機器人的密切協(xié)作。在這種作業(yè)環(huán)境下，要確保眾多工業(yè)機器人實現(xiàn)完美協(xié)作，就需要工業(yè)機器人具有群體協(xié)調功能。伴隨著工業(yè)機器人群體協(xié)調系統(tǒng)的研究，在未來，將會有更多的具有群體協(xié)調功能的工業(yè)機器人被廣泛應用在一些復雜作業(yè)環(huán)境當中[5]。

五是移動功能。在一些生產環(huán)節(jié)，可移動的工業(yè)機器人能大大延伸作業(yè)距離，拓展作業(yè)半徑，提高生產效率。在一些長距離搬運物料和極端作業(yè)環(huán)境下，可移動工業(yè)機器人將被廣泛應用。伴隨著自主移動系統(tǒng)的研究，以及自動導航技術、多傳感器控制技術、網絡交互技術等的快速發(fā)展，工業(yè)機器人的可移動功能將進一步發(fā)展[6]。

5 結語

工業(yè)機器人在自動化控制領域中的應用價值巨大。伴隨著現(xiàn)代科學如云計算技術、大數據及時、人工智能技術等的迅速發(fā)展，工業(yè)機器人迎來了更大的發(fā)展機遇，它在自動化領域中的應用價值必將有進一步的提升。就目前來看，我國與日本、德國等工業(yè)機器人制造大國相比，依然存在很大的差距。為實現(xiàn)我國工業(yè)機器人的“追趕超”，還需要政府、工業(yè)機器人科研單位、高校以及相關企業(yè)的積極聯(lián)動，這是一個長期且艱巨的任務。