机电一体化技术在工业机器人的运用 本文关键词：机器人，机电一体化，工业，技术
机电一体化技术在工业机器人的运用 本文简介：摘要：社会的进步离不开科技的发展，当下，我国取得了诸多成就，很大的功劳来源于机械生产的普及。智能化和自动化是机械发展的主要方向，相关专家预测，在未来，人类越来越多的工作将会被机器人取代，低创新、高重复流程的工作是最先被取缔的一部分，工业机器人领域的快速发展和机电一体化技术的快速成熟就是这种社会趋势的
机电一体化技术在工业机器人的运用 本文内容：
摘要：社会的进步离不开科技的发展，当下，我国取得了诸多成就，很大的功劳来源于机械生产的普及。智能化和自动化是机械发展的主要方向，相关专家预测，在未来，人类越来越多的工作将会被机器人取代，低创新、高重复流程的工作是最先被取缔的一部分，工业机器人领域的快速发展和机电一体化技术的快速成熟就是这种社会趋势的理论支持，文章对此展开了探究。
关键词：机电一体化；工业机器人；智能化；自动化技术
机电一体化专业在我国开设的时长已经接近二十年，这在我国教育起步较晚的国情下来说已经算是一个老牌专业，机电一体化专业又被市场称为机械电子专业，它的主要研究方向是计算机技术、信息技术、机械技术、电子技术、控制技术、光学技术等技术，它在我国的工业应用非常广泛，小到电子玩具，大到机电产品，包括家电、汽车、轮船、飞机、军工、机器人等都建立在机电一体化专业的基础上。在科技飞速发展的当下，其发展开始向智能化、模块化、网络化、微型化、系统化等方向靠近，而一个集该领域的尖端科技于一体的技术就是工业机器人技术，近年来，工业机器人专业已经开始脱离了机电一体化专业领域发展成为了一个独立的领域，但是在技术理念上，两者是基本一致的[1]。
1基于机电一体化技术的工业机器人现状
机电一体化技术作为我国工业的基本技术支持，它具有不可替代的发展意义，而工业机器人又是其中的新生力量，将引领机电一体化向更智能，更高端的方向前进，其发展前景和重要意义毋庸置疑，尤其是作为一个依靠工业迅速腾飞的社会主义大国，更有必要加紧对于该领域的重点发展，以保证我国在国力上的强大，为此，国家对此付诸了高度关注，并对该领域的研发投入了大量的政策扶持[2]。在“十二五”发展规划中，我国提出了将工业大国发展为工业强国的核心理念，在发展模式上，逐步转变了传统的粗放式发展模式，向现代集约型环保性的方向发展，在该政策支持下，我国的产业升级步伐明显加快，在学校出现了以工业机器人为代表的一系列的现代专业的开设，而在工厂，工业机器人的应用更广，科技发展更快，这为我国现代化进程提供了强大的动力。如今，我国在工业机器人领域取得了较好的成绩，在某些关键技术上也实现了突破，但是相比西方的老牌资本主义国家而言，发展历史太短，经验不足导致在发展中还存在很多的不足，比如整体核心技术较为缺乏，在该方面往往受制于人，在某些领域的制造工艺方面的精度不足，无法为现代化的智能化建设提供足够的基础设备支持，比如高精密减速机、高效伺服电动机、智能化控制器等关键部件都比较缺乏，还有就是针对工业机器人技术本身建立起来的相关系统更加不足，比如基于模块化和可重构的工业机器人的机构设计，基于实时系统和高速通信总线的高性能开放式控制系统。在高速、负载工作环境下的工业机器人优化设计，高精度工业机器人的运动规划和伺服控制，还有工业机器人的三维仿真技术、生产线集成技术和基于工业机器人建立的远程故障技术和修复技术等，还需要足够的经验进行总结改进。由此看来，我国在工业机器人的发展道路上还任重而道远[3]。
2工业机器人的整体设计方案及要点
基于现代机电一体化发展的工业机器人依赖于实际的生产需求建设，它本身可以实现快速测试，在投入使用后可进行快速生产，工业机器人的应用模式决定了它将成为一种发展最快的机电一体化智能技术，在这种大趋势下，遵循已有的设计方案进行流程设计可以较好地完成技术的实现和更新[4]。
2.1设计前的基础技术支持研究
依赖于机电一体化发展的工业机器人是一门复杂的综合性学科，在进行设计时，往往需要对相关的底层技术进行研究，确保工业机器人项目实现的可行性，通过对于底层技术的研究，可以很好地确定工业机器人的研究成本、技术走向以及能发挥的极限作用，在基础技术上主要如下：1）工业机器人的感知和传感技术。要实现机器人的基础功能，必须要有感知和传感技术作为基础支撑，它实现两个基础功能，一是能接受指令，对外界做出反应，二是能解析指令，调动自身展开行动，这两项功能直接决定了机器人的智能性和结构的复杂性。在可预见的将来，高科技的工业机器人不但能参与高效生产，还能进行流程的管理和控制，在发展到更高端层次时，还能对自我行为进行复核和改良，以减少生产中的不确定性，在植入了感知和传感技术后，工业机器人才能被称为真正的工业机器人[5]。2）工业机器人的人机交互技术。以人类意识对机器人进行主导，参与机器人的执行决策，才能让工业机器人按照人类的需求方向进行生产建设，这就需要建立人与机器人交互的窗口，也就是交互技术的实现。在最基础的工业机器人的交互技术建设中，其交互方式可能仅仅是通过键盘输入一些简单的指令，如今，该交互逐渐开始向语音及交互的高级交互方式发展，再到后来，可能发展为通过人的表情、体温变化等方式就能实现交互，在数据传输上，也可以使用更加高级的全浸入式图形化环境、三维全息环境建模、真实三维虚拟现实装置进行多方位的高效数据传输。交互方式的建立，是为了实现人机的协调性，保证机器能发挥预定的价值，这是人机交互技术的关键所在。3）工业机器人的自主导航技术。用于工业生产的工业机器人在传统的模式下最开始可能只是一个固定的机械臂，但是在工业机器人的发展阶段中，这样的定点模式必然会被逐渐取缔，而确定机器人怎么去某个位置，这又需要自主导航技术，当下，平面自主导航技术的基本应用已经实现，但是在未来，发展三维导航，优化导航路径，对错误路径进行避让和重新规划都是需要研发的内容，该技术的实现对于工厂内部的工业机器人的执行生产能力都有重要的引导作用，它将会成为未来工业机器人发展的核心技术之一。
2.2工业机器人整体设计
在完成基础技术可行性的研究后，第一步设计就是工业机器人的整体结构设计，一般来说，工业机器人的整体系统设计分为执行系统、驱动系统、控制系统等几部分主要系统模块，而每一个系统都负责特定的功能，在整体设计的过程中，就要对大方向进行规划，比如执行系统的指令执行方式的选择，动力系统的驱动模式的选择，控制系统的软件编程功能的思想，而且该过程不仅要关注各个系统本身的功能实现，还要关注系统之间的指令传播和协调关系，保证各个系统能在特定的环境下通过指令配合完成特定的生产功能[6]。
2.3设计数据分析
工业机器人是一门尖端的学科，在过程实现中必然涉及到不小的资金投入，在企业方面，认真规划其价值和成本问题是保证企业可持续发展的重要前提。在设计上，需要根据需求进行详细的数据分析，其中首要的就是分析工业机器人的实现价值，估算工业机器人投入使用后是否能切实帮助企业实现生产效率的提升，如果其成本还在人工成本之上，那么这样的设计就失去了设计的意义，它不符合以机械取代人类实现高效发展的理念，然后才是在该基础上进行详细的设计数据的分析，比如要生产的机器人的数量，机器人的体型大小、内部功率、关节数设计、布局的实现方式等，这些数据都是数据分析中要进行重点探讨的内容[7-8]。
2.4伺服控制系统
伺服控制系统是工业机器人设计的重点部分，它的主要功能是将人为输入的信号指令通过伺服控制系统转化为机械的位移、转角和速度等相关信息，而通过闭环控制系统的设计能更好地感受电流型号的大小、强弱，从而实现更小的误差设计，但采用开环设计的伺服控制系统就没有这样的功能，通过伺服控制系统的设计和优化，可以让工业机器人反应更快，执行更迅速更有效的功能，所以也就显得更加敏捷高效。
3基于PLC控制的工业机器人系统设计
PLC技术是指在传统的顺序控制上加入了现代的可编程存储器的设计，作为工业机器人人的核心指挥系统，基于PLC控制技术的工业机器人才会具备一个更加智慧的大脑。从成本来看，PLC的技术难题较少，其应用较为成熟，它是我国当下主流的工业机器人的控制系统，而且在之后的半个世纪内，PLC控制系统将会一直处于高速发展的阶段。人们都知道，大脑直接决定了一个人的行事作风，这对于机器人而言同样如此，在PLC系统的设计选择上，可以从硬件和软件两方面进行关注。
3.1硬件设置
硬件的发展与机电技术的发展水平有着密切的关系，当下的PLC系统的核心控制上，主要采用的核心组件具备这些特点，包括程序容量大（60K）、I/O点数多（4096点），运算处理速度快（0.034μs），存储器可扩展性强（1M），与外部设备通信功能较强（USB接口、RS232接口）等主要特性。在存储器的选择上，给出的要求一般在240K字节程序存储器以上，在实际的生产中，往往还要做出一定的冗余空间预留，以做好机械的升级准备。在信息选择模块上一般采用HMI实现交流，它基于MC协议进行通信与数据传输，具有很好的执行安全性和执行高效性，操作起来较为方便。
3.2软件程序设计
工业机器人的软件程序设计是其重点，它直接在工业机器人的大脑中收发指令，确定工业机器人的功能实现，而在具体的软件编程中，需要根据工业机器人的职能进行编程设计，以现代化轧钢厂的生产流程来看，它在钢卷刚刚完成生产时需要拆捆机器人对钢卷进行自动拆捆，其软件设计的数据就要包含控制卷边和捆带位置的程序，需要执行卷边和坤带流程的程序，还需要处理废料的程序，在完成样品制作后，就会面临取样检测机器人的检查，它的执行方式就是从取样装置中取样完成质检然后将数据反馈到主系统从而实现流程控制，然后是自动贴标签的机器人，它的执行流程很简单，但是如何确定什么时候该贴标签，贴什么样的标签都需要通过软件编程来实现，最后就是将生产完成的钢卷进行调运时使用的无人调运机器人，它采用自动定位，轻装轻卸的技术最大程度地保证了成品钢卷的存储质量，而该过程的执行需要优秀的程序进行控制，因此掌握数量的软件编程知识，也是进军现代工业机器人领域必不可少的技能之一[9-10]。
4结束语
工业机器人领域不仅关系我国的基础工业生产，还是我国科技实力水平的体现，发展高端工业机器人，会为我国在国际上争取足够的话语权。在实际的研发过程中，这需要广大的科研工作者的一致努力，充分认识到当下我国在该领域与西方发达国家之间的差距，奋起直追，鼓励创新，发展属于国家自己的核心技术，是实现大国复兴的必经之路。
参考文献：
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[4]谭民,王硕.机器人技术研究进展[J].自动化学报,2013,39(7):963.
[5]孟明辉,周传德,陈礼彬,等.工业机器人的研发及应用综述[J].上海交通大学学报,2016(增刊1):98.
[6]彭紫朋.浅析机电一体化技术的发展和应用方向[J].机电信息,2019(17):182-183.
[7]胡颖雁.工业机器人中机电一体化技术的应用分析[J].内燃机与配件,2019(11):232-233.
[8]张康明.机电一体化技术在工业机器人中的应用[J].南方农机,2019,50(10):191-192.
[9]曹鸿儒,韩达,王硕.浅析机电一体化的应用方向和发展趋势[J].南方农机,2019,50(5):140.
[10]马永树,王计波.工业4.0背景下的机电一体化技术应用与发展[J].内燃机与配件,2018(19):180-181.
作者：王长林 单位：江苏城市职业学院
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