工业机器人在自动化领域的运用路径探讨

柏绍刚

（四川省宜宾普拉斯包装材料有限公司，四川宜宾 644000）

0.引言

目前，工业机器人虽在我国自动化领域得到了广泛应用，但因可供参考的应用资料和案例较少、起步较晚，与发达国家相比还存在较大的差距。所以，在我国科技水平和经济水平高速发展的关键时期，工业企业必须牢牢抓住这一优势，积极探究强化工业机器人在自动化领域应用质量的有效对策，促使工业产业逐渐向自动化、智能化方向转型升级。由此，深入探讨工业机器人在自动化领域的应用路径，已成为新时期摆在工业行业面前一项亟待解决的重大难题。

1.自动化领域中工业机器人的相关概述

1.1 工业机器人的概念

当前，机器人作为社会各界热议不断的重要话题，其主要指工业自动化领域中可以重复编程、自动控制的多功能机械手。一般而言，机器人主要包含军用机器人、空间机器人、水下机器人、服务机器人、工业机器人、农业机器人以及娱乐机器人，其中工业机器人具有较高的自由度，可以按照预先编程的设计程序完成相应的执行命令。通过将工业机器人广泛应用于自动化领域，既可以有效提升工业行业的生产效率和生产质量，还对工业行业可持续发展起到一定的推动作用。因此，在具体的实践过程中，工业生产企业可以充分利用工业机器人本身的技术优势，降低一线工作人员的操作难度和任务量，不断提升工业生产整体效率，最终实现工业生产企业经济效益和社会效益的最大化。

1.2 工业机器人的构成

通常情况下，工业机器人基本由机械部分、传感部分、控制部分和驱动系统构成，其中控制部分是整个机器人的核心构成要素。在我国，大多数工业生产企业所运用的工业机器人多为关节型机械结构，简言之，机器人的各个关节都可以独立完成基础性操作，且受计算机办公软件的全面控制。并且，一个完善的工业机器人系统大都由传送带、示教器和外围系统控制柜组成，而控制系统主要包含操作系统与驱动系统两部分，在此前提下，驱动系统又可以划分为传输装置与动力机构[1]。另外，在自动化领域中，机器人主要控制装置包括计算机、示教盒、传感器接口、轴控制器以及相关辅助装置。因此，操作人员可以借助计算机设备发送指令或调度各项程序的方式，保证各项设备的独立运行，最终实现人机之间的良好交互。

1.3 工业机器人控制系统特征

（1）学科知识交叉性较强。在具体的操作过程中，机器人控制与动力学知识、机构运动等学科具有密切联系，既可以描述不同坐标系机器人的真实运行状态，也可以结合实际情况，合理选择具有参考价值的运用坐标，不断提升整体运动的顺畅性。（2）操作程序自由度较高。不同于以往的生产模式，机器人操作程序比较简单，灵活性和自由度较高，可以使用多变量控制系统，满足后续的各项协调要求。（3）基于人的意识。工业机器人运行方式是基于人的意识，利用计算机软件或智能化办公设备，对运行系统进行协调和控制，在确保机器人具备智能化功能的同时，全面提升工业企业的自动化控制水准。（4）机器人状态与运动描述属于非线性数学模型。在机器人运行状态与外力发生变动后，不仅会发生参数变化，就连各变量之间也会存在一定的耦合性，这就要求相关人员在应用位置闭环的基础上，适当采用加速度闭环方式来提升机器人的运行效果。（5）动作方式和路径具有多样性。在自动化领域中应用级别较高的工业机器人，可以依托人工智能和计算机技术优势搭建信息数据库，从而更好地实现对后续运营、决策、管理的全过程控制。

2.工业机器人在自动化领域的主要功能及控制方式

2.1 工业机器人的主要功能

伴随着科学技术的不断提升，工业机器人功能逐渐向多元化方向转变，其中最为基础的功能就是示教再现与运动控制，其中示教再现功能主要指操作人员可以将工业机器人的运行速度、位置以及其他相关信息数据上传至控制系统之中，并利用该系统对各类参数、资料进行存储。在此基础上，通过工作人员编辑机器人动作代码的方式提前预设相应的操作指令，然后通过指令进行有序操作，以此来达到工业机器人示教再现功能的充分发挥。而运动控制功能既可以保持工业机器人的不同形态与移动速度，也可以通过计算周边信息的方式设定运动路线，进一步完善机器人整体控制模式。此外，工业机器人还具备自动反馈的功能。在机器人控制系统的运行过程中，其形态、姿势、位置会随着运行路线进行调整和变动，进而对后期工作的有序开展造成影响[2]。对此，可以根据工业机器人运行时的实际状态和具体位置，做好相应的动态化信息反馈，并将其及时反馈到主系统之中，一来帮助管理层及时掌握整个系统的运行状态，制定切实可行的管理策略；二来可以高效共享各类有价值的信息，达到不断提升整体运行效果的目的。

2.2 工业机器人的控制方式

（1）智能控制方式。当前，智能控制方式作为应用最为广泛的一种形式，主要指在工业机器人运行过程中，利用传感器全面接收周边环境信息，并将其实时发送到控制系统之中，待经过一系列分析、研究后传送具体的操作指令及决策方案，这种控制方式不仅有利于体现工业机器人的自动化运行与智能化控制优势，还可以有效提升工业机器人对周边环境的适应能力。（2）点位控制方式。点位控制是工业机器人在自动化控制中的另一种常见方式，主要指在应用执行器的过程中，对工业机器人末端执行器或部分节点进行全面控制，同时采用优化控制模式的方法，使工业机器人可以在特定位置上快速、精准地完成各项操作，不断提升机器人运动的稳定性和连续性，有效避免对后续控制的不良影响。（3）连续轨迹控制方式。相较于以上的2种控制方式而言，连续轨迹控制方式虽同样是对工业机器人末端执行器进行操作，但这种方式需要借助执行器来判断工业机器人的实时运动轨迹、速度和位置，确保工业机器人可以根据不同的任务类型，精准、连续地完成相应的操作步骤，从而更好地满足多样化的生产需求。（4）触觉控制方式。工业机器人在自动化领域的运用过程中，既要充分意识到提升机器人运行效率的必要性，又要注意到机器人运行的安全性和准确性，在此基础上，以触觉方式接触周边环境，并完成相应的操作步骤，尽可能达到自动化控制的理想目标。

3.工业机器人在自动化领域的具体运用路径

3.1 汽车制造行业的运用

（1）汽车喷涂方面。工业机器人在汽车制造喷涂方面的运用基本以喷漆、涂胶为主，在实践中，利用汽车车身材料本身的物理属性和化学属性，根据车体厚度与形状，对汽车减震、密封位置以及外观进行涂胶和喷漆，以此来保证车身漆面的均匀及光滑。例如，在实践中，汽车制造企业可以按照提前预设的控制指令，使用工业机器人对挡风玻璃进行涂胶处理，待涂胶工序完成后再安装车窗玻璃，确保粘贴部位的牢固性和密封性。（2）零件搬运方面。由于汽车制造行业所涉及的部件性能、形态、安装方式存在较大的差异，而应用不同型号的工业机器人，可以按照预先设定的指令，准确、快速地定位不同零件的安装位置，并依据规范的操作标准与施工流程，选择恰当位置抓取零件，最大限度地减少零件搬运环节中的损伤程度。（3）点焊与弧焊方面。在汽车生产过程中，点焊技术是保证汽车制造质量的核心构成要素。所以，汽车制造产业必须灵活运用工业机器人，根据不同安装要求和标准将焊接操作精准度控制在0.25mm的区间范围内，有效防范因焊接不规范所引起的安全问题。同时，还可以利用工业机器人开展点位控制、直线插补、圆弧插补等操作，从而更好地满足新时期的汽车制造需求[3]。此外，在对汽车部件进行焊接的过程中，由于汽车内部结构较为复杂、空间比较狭小，若采用人工焊接的方式，不仅会使操作人员面临着较大的危险隐患，还难以保障焊接的整体质量，而运用工业机器人开展焊接工作，可以借助计算机软件和智能化控制系统，达到全面提升焊接工作精准性和安全性的目的。

3.2 橡胶塑料工业的运用

在橡胶塑料工业生产的过程中，由于所涉及的专业化技能要求较高，想要高质量地完成生产任务，必须明确橡胶与塑料在加工技术方面的关联性，并结合具体的考察结果，灵活选用最适合的工业机器人，通过制造耐用度较高、品质精良的成品或半成品不断提升橡胶塑料生产的整体工艺及效率，尤其是在市场环境愈演愈烈的新形势下，橡胶塑料工业企业想要在市场环境中脱颖而出，还应严格按照国家制定的工业生产标准，充分利用工业机器人技术优势，弥补人工无法完成的高强度生产操作，进而为企业创造更高的生产效益。同时，必须加强生产技术的创新、优化力度，及时更新工业机器人系统漏洞，最大限度地防范因系统漏洞、病毒入侵所造成的生产问题。另外，还应借助坐标转换获取精准的运动轨迹数据，通过建立完善的运动结构体系，规范、整合各项运算结果和关键数据，以便为后续管理工作提供准确、可靠的参考依据。或者，将CPU充分融入到控制系统之中，在满足信息交换的基础上，全方位满足实际的运用标准和要求，进一步创造更高的社会效益和经济效益。

3.3 化工生产行业的应用

不同于汽车制造行业与橡胶塑料产业，化工生产过程中难免会因剧烈化学反应而产生易燃、易爆且具有高黏性的危废物品，使整个生产工作具有较强的高危风险和高毒性风险隐患，而将工业机器人广泛应用到实际工作中，不仅可以代替人力劳动承担起高强度的工作压力和高危工作环境，降低安全事故的发生概率，还可以充分利用工业机器人本身的技术优势，采用自动化控制手段灵活应对复杂多变的恶劣环境与生产挑战，全面提升化工生产行业的整体效率，在合理控制各项资源的基础上，创造最佳的经济效益和社会效益。例如，针对部分挥发性较强、容易溢出的有毒气体，很可能会对操作人员的身体健康造成不可挽回的负面影响，而通过使用防雾化原料机器人，借助保温桶底部的除雾箱和水平负压管既可以将碱性溶液储存于除雾箱之中，又能够利用机器人本身的操作惯性把酸雾收集到除雾箱中，减少化学气体对操作人员人身安全的损害。与此同时，由于化工生产园区的区域范围较大、环境较为复杂，仅靠人工很难实现对园区安全的全面覆盖，而通过使用化工安检机器人或巡检机器人可以依据预先设置的监控范围和程序，利用机器人本身所具备的夜间红外探测、人脸识别、易爆颗粒检测、自动化扫描、发电等功能实现对化工生产园区全方位、动态化、智能化的监督与管理[4]。此外，在化工安全事故发生时，也可以利用救援机器人对危险化工事故进行定位与监督，在此基础上，有效识别温度异常和危险气体泄露现象，及时判断事故的破坏程度与发展动态，最大限度地避免危险化工产品对操作人员的二次伤害。

3.4 铸造行业的应用

现如今，我国铸造行业已经逐渐步入到高速发展的关键时期，通过对工业机器人的广泛运用可以在现有生产运营的基础上，为铸造行业提供先进的技术支持，进一步加快铸造行业的创新转型。并且，根据我国铸造行业的整体发展现状来看，铸造行业在技术研发、生产效率方面还面临着诸多挑战。相较于汽车制造行业、橡胶塑料生产行业以及化工生产行业而言，铸造行业所涉及的部门更加广泛、工作内容更加繁琐，对环境、温度等方面的要求比较苛刻，且需要进行持续性、不间断工作，这就使得很多一线工作人员长期处于工作难度与工作强度较大的环境之中，不利于保障一线工作人员的人身健康安全，而工业机器人在铸造行业中的应用，可以充分利用智能化设备和先进技术，将工作人员从粉尘含量较多、噪音较大的生产车间脱离出来，在保证一线基层员工人身健康安全的同时，不断提升整体工作效率与工作质量，进而推动铸造行业的高效化、智能化发展。

4.结语

工业机器人在自动化领域的应用具有不可忽视的现实意义，是新时期推动工业产业可持续发展的必然要求。因此，在未来的发展过程中，相关企业必须紧跟时代发展潮流，全面分析工业机器人在自动化领域的应用原理和需求，并结合自身的实际情况和发展需要，加强对工业机器人的应用力度，在减轻操作人员工作压力和工作量的同时，有效提升工业生产效率和生产质量，促使企业逐渐实现现代化、自动化、智能化建设。