【工业机器人在自动化控制领域中的应用6000字（论文）】

目录TOC\o"1-3"\h\u1引言 摘要改革开放以来，我国工业经济和科技水平显著提高。许多新的科技成果被广泛应用于国民生活等各个领域，为国家的繁荣注入了强大的动力。作为一种新型尖端技术的代表，工业机器人逐渐出现在工业、民用和军事领域，对现代社会的生产和生活方式产生了积极而深远的影响。工业机器人可以在工业生产中提高效率，降低成本，提高产品质量。作为工业互联网的节点，工业机器人正朝着数字化、智能化、人机合作、增加新的工业用户、小型化和轻量化的方向发展。“少人、无人、智能”的生产模式已成为工厂转型的重要方向。在招聘难、劳动力成本和原材料成本上升、客户个性化需求日益突出的背景下，智能化、数字化工业机器人的发展进程正在加快。本文将重点介绍工业机器人的技术发展和应用，通过对工业机器人技术发展的详细探讨，了解工业机器人在自动化控制中的应用现状。关键词：工业机器人；技术发展；应用1引言近年来，由于传统制造业发展缓慢和人工智能的影响，企业为了提高生产效率、管理效率和节约成本，纷纷向自动化、数字化和智能化转型。目前，工业机器人的发展趋势主要朝着五个方向发展：人机合作、人工智能、新工业用户、数字化、小型化和轻型化。2019冠状病毒疾病爆发后，中国企业热衷于部署机器人和自动化技术。该服务机器人在辅助诊断、快速检测、准确测温、目标识别等方面，辅助了传染病的智能诊断和治疗，降低了医务人员的感染风险，提高了管控效率。此外，工业机器人在工业制造、物流配送、餐饮和零售、安全巡逻、康复和医疗保健方面的价值也得到了进一步强调。世界上第一台机器人诞生于1958年，它是由美国科学家研制成功的。它的出现极大的震撼当时的社会，从而激起人们对该产品的兴趣。直到现在，它的研究热度依然不减。美国作为世界上第一个创造出机器人的国家，它的发展历程主要有：首先是试验时期，它主要是指从1963年到1967年这段时间，万能公司通过对机器人的工艺试验，获得最初的实验数据，并总结第一台机器人的试验数据，研发出1900型工业机器人。该种机器人虽然存在许多问题，但是它给当时的研究着提供了一个明确的研究方向，从而促使越来越多的科研人员加入到这个行业中。随着试验机器人的研究数据不断完善，机器人的研究历程将进入到第二阶段。在1968年到1970年中，逐渐将机器人应用到工作过程中，该时期通用汽车公司购买68台工业机器人用于进行汽车的生产制造；随后研发出新的工业机器人，用于进行汽车零部件的焊接制造。随着机器人在汽车制造领域的应用，美国的克莱斯勒汽车公司也在它的钣金冲压生产线上使用了448机器人，进行物料传递、搬运等工作。第三阶段主要在前两个阶段的基础上对其进行技术推广和应用，该阶段主要是指1970年到现在。美国伊利斯工学院在1970年4月举行了工业机器人学会，该会议宣称美国已经有200多台工业机器人正在各个生产场所中使用，它们的工作时间高达60万小时。随着机器人在工业应用领域的价值逐渐体现出来，许多企业也对机器人的研究感上了兴趣。在汽车车轮生产过程中，需要经常进行上料、搬运和下料等工作。这些工作虽然简单，但是由于车轮比较重，搬运起来还是非常辛苦，因此万能自动化公司设计出用于进行车轮搬运工作的机器人。从此，机器人在工业自动化生产中得到了广泛的应用。虽然我国的机器人起步比较晚，但是经过近几年的快速发展，已经达到了世界先进水平。尤其是近年来，我国由“制造大国”逐渐向“制造业强国”发展，机器人的发展成为了重中之重。根据我国机器人的发展历程，可知它主要有以下三个发展阶段：首先是1987年改革开放之后，我国大量引进国外先进制造技术，根据国外机器人的研究基础，对其进行学习、消化和吸收，并积累了大量的研究经验。随着我国“863计划”的推行，我国对世界机器人的发展进行了系统的研究、分析，并大力发展我国的机器人等先进制造技术。在“863计划”中，跟踪国外机器人的发展作为极其重要的一步，并取得非常好的效果。随着“863计划”的实行，国内许多高校也纷纷响应起来，哈尔滨工业大学通过模仿人的手脚研制出两轴机器人结构；北京自动化针对现有喷涂环境恶劣、喷涂质量差等现状，研究出用于喷涂的机器人。2工业机器人的组成结构与分类2.1工业机器人组成结构2.1.1机械结构系统从机械结构的角度来看，工业机器人可分为并联和串联。当并联结构的一个轴线处于运行状态时，其他轴线的坐标原点不变，而串联结构的轴线之间存在相互影响。在早期阶段，大多数工业机器人大多采用串联模式。随着技术的不断更新，它们中的大多数逐渐采用并联模式，这可以更好地解决串联模式的缺点。并联设计的工业机器人具有较大的刚度和较强的结构稳定性。除了在应用过程中承受更大的负荷外，生产精度也更高。2.2.2感知系统工业机器人通过视觉伺服系统实现感知，并通过伺服系统的反馈为机器人提供位置状态调整依据。同时，视觉伺服系统可以进一步优化工件识别、产品包装和质量检测，从而提高整体生产质量。工业机器人的传感系统分为外部传感器模块和内部传感器模块两部分，对提高机器人的智能化水平和动作能力具有重要的支撑作用。同时，还可以获取一些人类难以感知的信息，用于生产过程的调整和管理，从而更好地避免各种异常的发生。2.2.3环境交流系统环境通信系统也是工业机器人的重要子系统之一，主要完成外部设备与机器人之间的连接。在系统的支持下，机器人和外部设备可以组成一个单元来实现特定的功能。在工业机器人的应用过程中，多个外部设备可以与机器人组成一个功能单元来执行装配、焊接等任务，或者多个机器人可以组成一个具有特定功能的复杂单元来完成各种特定任务。2.2.4驱动系统驱动系统负责为机器人的机械机构提供动力。由于各类机器人的动力源不同，它们之间的驱动和传输方式存在明显差异。目前，工业机器人的驱动系统主要有机械、电气、气动和液压。2.2.5控制系统控制系统是机器人体系结构的重要组成部分。它可以根据特定的工作指令和传感器发送的信号完成各种预设功能或动作。控制系统可分为人工智能控制系统、自适应控制系统和程序控制系统。此外，根据控制运动形式，有连续轨迹控制和点控制。2.2.6人机交互系统人机交互系统主要用于操作者完成机器人的各种操作，并通过计算机终端、显示器和程序设置等部分实现人与机器人的有效交互，以确保机器人能够顺利完成各种动作。2.2工业机器人的分类从传统实践来看，工业机器人的分类主要基于关键技术的发展和承载能力水平。根据关键技术特征，工业机器人通常分为三代：智能机器人、教学与再现工业机器人和离线编程机器人。不断更新的工业机器人可以带来更多功能的丰富和优化，从而为人们的生产和生活提供更优质的服务。根据工业机器人的工作能力，可分为超大型机器人、大型机器人、中型机器人、小型机器人和微型机器人。在使用过程中，必须正确分析工作中要承受的最大标称重量，然后根据手册中规定的最大负载力选择合适的机器人型号，以避免资源浪费或机器损坏。在国家高度重视智能机器人研发的背景下，工业机器人即将迎来更多的好政策和发展机遇，这也将为智能机器人的推广应用带来巨大的发展空间，为各个领域和行业的发展注入新的动力。在研究和开发工业机器人时，应关注其基本属性，如分析和应用范围、关键核心技术、最大工作负载能力等，作为划分的参考依据。如果以应用领域作为划分工业机器人的依据，不难发现，工业机器人广泛应用于社会经济生活等诸多领域，如医疗、采矿、装卸等。它在军事领域的应用更加广泛，可以代替士兵在战场上完成一些危险的军事任务。3工业机器人的应用3.1工业机器人技术在汽车生产中的应用一般来说，工业机器人在汽车生产中扮演着穿衣工人、操作员和焊工的角色。主要用于焊接、涂胶、电弧焊、喷涂等。如图所示，机器人在汽车生产和应用中占据着不同的生产环节：弧焊占16%，点焊占15%，装配占22%，喷漆、冲压和铸造分别占3%。由此可见，工业机器人在汽车生产中起着不可或缺的作用。3.1.1焊接机器人长期以来，焊接工作往往采用手工教学，增加了工人的劳动强度，焊接质量参差不齐，严重依赖人的经验，不能适应汽车制造业的快速发展。焊接机器人可以很好地解决这些问题。它能准确、稳定地执行焊接动作，并将误差降至最低。焊接机器人主要分为点焊和电弧焊。点焊机器人安装面积小，工作空间大。能很好地控制焊接点的精度，保证工作过程中焊接节点的质量；弧焊机器人的过程比较复杂，分为起弧、焊接、熄弧等步骤。但是，设置程序后，这些步骤可以自动完成，以实现高效、准确的焊接。随着机器学习和控制技术的发展，焊接自动化正朝着完全自主的方向发展。焊接机器人可以利用视觉传感器独立找到焊缝起始位置、电弧跟踪和自动送丝，从而实现精确高效的焊接。图片来源：百度百科图1焊接机器人3.1.2搬运机器人在汽车生产工序完成后，搬运就显得十分重要。搬运机器人能够根据预先设定的程序进行准确地定位并搬运，且不会出现零部件受损、搬运位置不够精确等情况。根据工件的形状和种类不同，搬运机器人末端可以安装不同的执行器进行搬运，大大节省了人力成本。图片来源：百度百科图2搬运机器人3.1.3装配机器人在传统的汽车生产线中，人们通常负责装配工作。由于每个工人的水平参差不齐，产量汽车的质量无法保证。装配机器人可以大大提高汽车装配的精度。它主要通过传感器获取周围环境和装配对象的信息，由末端执行器完成装配工作。在一些精度要求严格的装配环节，如挡风玻璃密封涂层等，装配机器人发挥了重要作用，极大地提高了装配效率和质量。图片来源：百度百科图3装配机器人3.1.4喷涂机器人由于汽车制造车间通风不良，涂料中有害气体排放困难。如果工人长时间处于这种环境中，他们的健康将受到严重威胁。喷洒机器人可以避免这种情况。喷涂机器人可以根据不同的体型选择不同的喷涂工具，并按照预定的喷涂程序工作。喷涂机器人的使用不仅可以保护员工的健康和安全，还可以加快喷涂速度，避免工作失误，提高喷涂效率。图片来源：百度百科图4喷涂机器人3.2工业机器人技术在智能焊接中的应用3.2.1智能焊接工作站根据被焊接物体的特点，规划了工业机器人的焊接工艺流程和参数、焊接路径和姿态变化。根据实际焊接过程中的数据进行在线和离线分析，以优化工艺路线。通过仿真和半实物仿真，实现了真正意义上的虚拟制造，快速验证了工业机器人的工艺路径规划。3.2.2焊接工艺中使用的数据算法在焊前准备过程中，焊接过程主要是通过场景信息在数据库中推荐工艺算法，从而将关键参数传递给机器人；焊接前，焊接过程主要通过基于空间和位姿数据的图像和空间定位算法将运动轨迹和位姿建议数据传输给机器人；焊接时，焊接过程主要通过实时的电流、电压图像数据进行电流、电压时间序列的自学习算法，并将实时参数/运动控制传输给机器人；焊接完成后，焊接过程主要通过质量检测数据进行图像质量检测，质量检测算法将整个焊接过程的工艺优化信息传递给机器人。3.2.3智能焊接轨迹规划器在规划工业机器人焊接轨迹时，首先通过交互界面对焊接物体的特征进行可视化三维重建。到达参考轴后，通过交互界面输入坡口和焊道信息等数据，并通过算法库进行机器人的轨迹规划。规划完成后，交互界面通过远程TCP系统向机器人发送指令，从而控制机器人的焊接轨迹操作。3.3工业机器人技术在电气控制中的应用3.3.1电气设备控制可以说，电气控制领域的技术特点非常关键。随着电气自动化技术的不断发展，自动化设备已成为工业生产中的主角，在电气行业的发展中发挥着至关重要的作用。目前，在计算机技术和智能技术的支持下，电气控制正在不断实现智能化，更加灵活地完成设备控制，使其保持最佳运行状态，提高工作效率，以更低的人工成本和成本换取更大的效益。3.3.2电气日常操作电气设备操作不当不仅会影响生产效率，还会产生安全事故和重大经济损失。为了加强对电气设备规范化运行的管理，各工业企业都采取了一系列措施，积极应用电气自动化技术，实现电气设备的自动化、智能化管理。面对复杂的系统和各种电气设备，应用工业机器人技术可以简化电气设备的操作过程。断路器和电动隔离开关的控制可通过鼠标和键盘完成，励磁电流可根据需要进行调节。通过控制系统控制电气设备的运行，根据获取的信息为日常管理提供支持，制定科学可靠的管理方法，有效应对复杂的日常运行要求，节省电气系统的控制时间，保持较高的控制效率。与以往的控制方法相比，在工业机器人技术的支持下，人工成本和劳动强度进一步降低。3.3.3故障诊断应用由于外部因素的干扰，电气设备的运行经常出现异常。一旦故障诊断和定位不能在短时间内完成，就会影响整个电气系统的运行状态，造成更大的危害和损失。工业机器人技术在电气控制中的应用可以采集和处理设备的各种数据信息，也可以在功能逐步完善的情况下完成部分数据的存储。这样，工业机器人技术的应用可以进一步简化电气系统故障诊断过程，更准确地定位故障位置，分析判断故障原因，并在此基础上采取有效措施进行处理，确保电气系统能及时恢复正常运行，满足生产要求。3.3.4电气设备应用分析其电气特性，确定其在工业生产中的基本应用方向。电气设备系统相对复杂，涉及多个学科和技能。可以通过计算机设置一些算法来计算电气设备系统的各种参数，进一步优化电气设备控制系统，提高设备的实际运行效率。此外，它还可以动态监测电