通过无人机与机器人浅谈机械自动化的发展

摘要：机械自动化已成为现代制造业生产的重要组成部分，深入到我们生活中的方方面面。当前机械制造与自动化也与微电子技术、计算机技术和信息处理技术密切结合，在许多领域都有新的突破。以无人机和机器人为例，探讨机械设计制造及自动化的前景和发展。

关键词：机器人；无人机；自动化系统；机械自动化

引言：

机械自动化技术是将机械技术与电子信息技术融合产生的新型技术，它使机器设备在无人或少人的情况下，按照预先规划好的过程，经过机器的自行判断、处理、操作，实现预定的目标。早期的机械自动化技术还主要局限在汽车生产中的自动加工、零件的自动传送，这时期的自动化技术更倾向于“自动装置”。随后1960年左右，电子计算机开始介入自动化的控制，信息的收集、处理的效率大大增加。但是在实际生产应用中，主要是局部的自动化，各个自动化的设备独立应用。近些年，控制逐渐变得更自动、智能，通过多种传感器收集到丰富的信息，由主控计算机将整个生产加工系统的信息统一收集，进行计算、模拟、调整，然后对各个区域统一调度，使各个区域工作更加协调、高效。实现真正意义上利于生产发展的机械设备的自动化。

一、机械自动化技术发展现状

无人机与机器人是现代机械自动化研究与应用领域的前沿。以下通过无人机和机器人一探现在机械自动化的发展现状。

1.美国消费电子协会公布的数据显示，到2018年，预计全球无人機市场规模将会攀升到至少10亿美元[1]。无人机是无人驾驶飞机的简称，是利用远程通讯技术遥控操纵或者利用自备的程序控制装置实现自动操纵的不载人飞机。无人机是个复杂的设备，主要包括无人机机体、动力系统、飞行控制系统、无线电遥控系统、遥感设备控制系统等[2]，关于无人机的设计控制需要多学科多领域的知识的应用。无人机的结构设计，以现在的四旋翼为例，需要良好的通用机械设计功底。而无人机的“无人”离不开各种自动化技术的支持，比如机械自动化、电气自动化等，无人机的正常飞行需要确定飞行轨迹、按照轨迹飞行的自动驾驶，而这些步骤需要机械自动化中的导航、制导与控制，随后根据无人机的状态与环境进行调整需要自动数据采集处理与自动控制技术。随着现在计算机编程技术的发展，在无人机的控制方面出现了PID控制、模糊控制、最优控制等，现在无人机已不再仅仅是某些领域的专属设备，不仅能够用于电影拍摄，综艺节目航拍，测绘、高空喷洒农药、新闻报道、抗险救灾，甚至可以用于普通民众自拍，制造浪漫惊喜。

2.机器人的制造离不开机械自动化技术的发展，可以说机器人是机械自动化技术发展到一定程度应运而生的产物。机器人根据应用领域主要包括工业机器人、家用机器人等[3]。现在以便捷的移动通信技术为媒介，以层出不穷功能各异的新材料为载体，以生物质能源等绿色新能源为基础，工业将变得以“数字智能化制造”为核心，所谓的数字智能化的中心就是工业机器人。目前机器人广泛用于制造业的焊接、组装搬运等，可以24小时不间断工作，可以实现定期自检维修，不仅能够解放大量的重复劳动的生产力，还可以保证产品的一致性、稳定性，降低产品的废品率，提高生产效率，加强了生产安全。现在机器人还可以用于生物医学领域，比如现在应用越来越广泛的手术机器人，通过图像传感器等收集病人的身体信息，然后由医生设计手术方案，对机器人进行程序的预设以及指令的下达，由手术机器人完成一些由于病灶位置过深导致的难度大的精细的操作，避免了人力导致的失误，有助于病人术后的愈合。现在我国机器人自动化产业尚处于起步阶段，机器人制造的软硬件技术还不够成熟，机器人的智能程度还不够高，但是仅仅这样，人们也能管中窥豹可见一斑，一窥机器人市场规模的宏大，前景的广阔。

二、机械自动化技术现存问题

1.相关政策还需完善：现在无论是机器人还是无人机的应用都涉及到道德伦理等多方面问题，无人机与机器人的应用都需要法律法规的引导，而机械自动化技术的研究也需要相关政策的激励使其更好发展。

2.缺少行业高端人才。随着时代的发展，科技的进步，机械自动化行业也对人才提出了更高更全面的要求，不仅仅要掌握机械制造、物理力学、机械工程相关专业知识，还要熟悉计算机应用技术、计算机网络技术、人工智能技术、移动通信技术等多领域知识的复合型人才，以及能够熟练运用理论的实践型人才。

3.缺乏自主创新。国内的研究尚处于初级阶段，科研环境也有些急功近利，科研、实验容易陷入追求快速发表论文的恶性环境中，而缺少对核心技术、核心零件的钻研开发。现在很多机械自动化的企业仍然使用国外的技术，而应用国外技术开发产品投入市场又加剧了国外技术对国内市场的入侵，形成恶性循环。所以我国的机械自动化需要加大科研力度，实现核心技术研究的突破。

三、机械自动化技术发展前景

1.柔性化：由计算机数值控制生产系统的运作，只要改变程序指令就可以改变生产过程，这种系统能够轻松根据生产对象的不同而改变生产过程，使得机械自动化系统更柔性，更方便，能够更高效的利用生产设备。

2.智能化：未来随着网络技术、人工智能技术的发展，未来的机器人等将更智能，向自我学习、自我决策的方向发展。

3.集成化：随着微电子技术的发展，可以看到现在计算机更新换代越来越快，计算机越来越轻越来越薄，包括移动终端、智能穿戴设备，都越来越小，而功能不减反增，越来越强大。这正是未来机械自动化技术的发展趋势。首先现在传感器所能收集到的信息还比较单一，少有能够集成收集多种信息的传感器，其次现在的单片机的发展还不足以支持机器人等完成更复杂的操作。相信随着微电子技术的应用，未来机械自动化设备会变得更轻更薄，更集成。

结语：

现在的机械自动化行业集机械、通信、电子、人工智能、计算机为一体，随着自动控制理论的发展，智能控制研究的进步，数学建模的优化，未来机械自动化行业的发展将更加突飞猛进，应用将会越来越广泛。

参考文献：

[1]方捷新.无人机技术发展和市场应用现状[J].现代电影技术，2015（12）：40-41.

[2]崔红霞，孙杰，林宗坚.无人机遥感设备的自动化控制系统[J].测绘科学，2004，29（1）：47-49.

[3]运怡兵.创新科技路共圆中国梦——记著名机器人与机械自动化专家黄庆九博士[J].创新时代，2015（1）：27-32.

作者简介：刘天辰（2000.03.06）男，汉族，江西省南昌市人，高中学历。endprint