工程机械机电一体化及机器人自动化

徐欣然

摘要：本文以工程机械自动化的历史发展进程作为出发点，介绍工程机械机电一体化、机器人自动化国内外发展现状，认识工程机械机电一体化及机器人自动化存在的问题，并简单介绍当下解决工程机械机电一体化及机器人自动化存在的问题的主要方式和方法。

关键词：工程机械；机电一体化；机器人自动化

随着科学技术的发展和进步，我国各项建设工程基本上都实现了机械化，但仍然是以人工操纵和控制为主，这对机械的技术发展、性能和功能而言，具有一定的制约作用。为了工程机械实现高效节能，必须逐步使机械向着自动化和智能化方向发展。如果仅从机械和液压角度来考虑，很难使产品性能有质的飞跃，必须引进具有良好控制性能和信息处理的电子技术来改造工程机械，实现工程机械机电一体化，使工程机械成为有头脑（微机）、有感觉（传感器）、全身布满神经（电线和光导纤维）、有血液（液压）和有手足和骨骼（机构和结构）的机电一体化系统。电子化和机器人自动化是工程机械产品更新换代的发展方向。

一、工程机械自动化的历史发展进程

在石器时代，人类依仗的主要劳动工具是石器、贝壳和动物骨头，运用这些工具能够有效地改进人类生产方式，使得人类能够很好地适应自然和改造自然。随着农耕时代的到来，石器时代的工具逐渐退出时代的舞台，逐渐被农业工具所取代。农业工具的出现标志着文明时代的到来，农业工具是土地产出的关键要素，更是标志着人类进化史上的重要一步，为农业社会的诞生创造了条件。随着资本主义时代的诞生，一共經历了三次工业革命，第一次工业革命是产业革命，使得农业、手工业等传统行业逐步向大机器生产发展，在生产领域和社会关系引起根本性变化；第二次工业革命是工业革命，工业革命是始于十九世纪七十年代，大量工程机械种类和品牌诞生，并迅速发展影响工业社会的发展进程；第三次工业革命是科技革命，科技革命是上个世纪四五十年代产生的，在材料技术、网络技术等领域取得重大突破，极大地提高工程机械的生产效率，更是推动了社会现代化的发展。第三次工业革命也就标志着工程机械逐步融入人们的生活生产中，为了减轻劳动强度，就必须实现工程机械机电一体化及机器人自动化，从而提高工程机械的作业精度和完成高技能作业的能力。

二、工程机械机电一体化、机器人化国内外发展现状

1、国内现状。上世纪九十年代初，我国智能化工程机械技术才刚刚开始，主要是以“863计划”自动化领域首席科学家蒋新松等为领导，进行相关的工程机械机器人化技术的研究工作，先后分别实现了挖掘机机器人化和推土机机器人化，自动导引车等技术开发。同时，我国一些工程机械机电一体化、机器人化的研究实验和研究项目都会与相关企业进行合作，例如清华大学等单位与徐工集团进行了产学研合作，共同完成了“国家863/CIMS机器人化工程机械现代集成制造应用工程”单极和集群自动化的课题研究。2003年1月，柳工以华中科技大学和苏州大学为依托，向国家863/ CIMS自动化领域申请装载机远程服务专家系统与智能化挖掘机及企业信息化工程立项成功。且已经有履带式凿岩台车已经应运于隧道施工中，可以自动控制钻头的钻进速度、回转速度和冲击速度等。

2、国外现状。美国的Cat992C型轮式装载机，装有可视距离内无线电遥控，可在危险地带实施作业。澳大利亚开发的无人驾驶自卸车，实现了在千米以下的坑道施工作业的无人化操纵。德国的利勃海尔公司生产的静液压履带式工业推土机和挖掘机全部实现机电液一体化，通过对发动机转速传感器进行电子控制，最优利用发动机功率，提高了燃油的效率。已经有智能推土机利用GPS实时导引与核实地形坡度，使之能有效的完成任务。

三、工程机械机电一体化及机器人自动化存在的问题

1、由于环境因素，工程机械难于识别作业对象。当下，工程机械的工作主要形式仍是人工操作为主，作业形式是机械围绕作业对象在移动，而作业对象由于环境因素，使得工程机械难于识别作业对象。例如，土质，地形、障碍物和地面等情况，这就要求操作者要对环境进行仔细观察，不断对作业对象和环境进行认识和判断，还要临场发挥，才能很好完成作业。能否顺利和完美地完成作业，很大程度上取决于操作者的经验和技能。在建设施工过程中，由于每个部分的建设施工作业千差万别，这就导致工程机械的操作内容和要求都是不确定的，有些类似于单件生产，难以形成一定的操作规律，不能按设定的顺序进行工作，因此采用工厂的一般自动化技术是很不够的。要求工程机械自身能成为类似驾驶员的感觉、认识和判断能力，成为智能型机械，具有自我适应作业对象和环境变化能力的智能机器人。

2、工作环境和技术因素对工程机械机器人化的挑战。工程机械的工作环境是不固定的，有时处于高温环境之中，有时处于低温环境之中，有时处于强风环境之中，有时处于风沙环境之中等等，往往容易使工程机械的传感器、微机系统等部位出现故障，从而影响工程机械的作业，这对工程机械的控制系统提出了向相应的挑战和要求。工程机械成为智能型机器人需要将电、光、声、化学、生物等学科的多种技术组合起来进行工作装置的自适应性控制的信息处理，需要解决大量的基础技术问题和特殊问题。

四、当下解决工程机械机电一体化及机器人自动化存在的问题的主要方式和方法

我国针对工程机械机电一体化及机器人自动化存在的问题，采取的主要方式和方法是将计算机、机构学、测试技术、自动控制、微电子和多传感器等技术和仿生学、光学等学科理论相融合使用，使各项技术和理论为工程机械机电一体化及机器人自动化服务，进而实现工程机械机电一体化及机器人自动化。同时，加强发展我国制造技术，由硬体向软体转化，使工程机械机电一体化及机器人自动化的发展更加适应时代要求。

五、结语

我国的工程机械机电一体化及机器人自动化正处蓬勃发展的时期，有一些列的问题摆在相关研究者的眼前，只有将这些问题解决了，才能实现工程机械机电一体化及机器人自动化。

参考文献

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[2] 王振龙.机电一体化技术在工程机械中的应用[J].河南科技，2014，04：115-116.

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