机器人控制系统的机电一体化研究

谭敏 刘昭琴 吴江

(重庆航天职业技术学院 重庆市 400000）

在新时代的背景下，人工智能成为衡量国家硬实力和软实力的主要标准之一。在21世纪的科技时代背景之下，随着大数据技术、云计算技术、物联网等新兴科技技术的出现，机器人成为机械制造业中的重要工具，在未来机器人也将成为新时代发展主流。在工业时代背景之下，机械制造作为工业生产的发展动力，机电一体化的应用在其中发挥着重要推动作用，机电一体化在机器人控制系统当中符合常态要求也能够推动机器人的创新和发展，基于此，对机器人控制系统中的机电一体化研究有着必要性。

1 机器人控制系统的机电一体化概述

1.1 机电一体化概述

机电一体化涵盖内容和范围十分广泛，其中包含了电子科技技术、机械应用技术等。机电一体化属于现代化信息科技技术中综合性较强的技术，在发展的过程中由微电子技术向机械工业转变，成为科技技术时代背景下工业生产行业中使用最为频繁，也是最为重要的技术之一。机电一体化所涉及到的内容也十分繁杂，涵盖了结构组成要素、感知组成要素等，所以专业人员在进行研究时，对专业人员的专业技能水平要求较高。目前，随着我国机械制造行业的飞速发展，机械一体化在行业中的重要性也逐渐显现，为了推动机械制造业的发展，机器人的制造也十分重要，做好机器人控制系统中的机电一体化能够满足科技技术时代中对机械制造的需求。

1.2 机电一体化发展现状

20世纪80年代初期，我国开始重视机电一体化在机械制造业中的重要性，所以开始研究和应用机电一体化。随着“863计划”的出现，我国成立了专门的机电一体化技术制造小组，对机电控制进入了专项研究阶段。除此之外，国家开始正视机电系统在当时的发展情况，以及对未来发展的展望，所以在各大高校中倡导和鼓励开设相关专业，并且鼓励专业人士对次开展专业研究技术工作，随着研究的深入，我国机电一体化取得了相应的研究成果。但是由于我国的机电一体化起步较晚，所以在发展成熟过程中与西方国家相比较为缓慢，但是随着我国专业人士的研发，相信在未来我国机电一体化控制系统一定能够实现更快、更高的发展高度。

1.3 机器人控制系统中机电一体化的发展趋势

就目前而言，机器人控制系统已将机电一体化进行结合，在以后，机电一体化技术更加成熟之后一定会对机器人控制系统提供更好的帮助。机器人控制系统中的机电一体化技术通过机器人的感知系统、组织系统、行动系统等相关协同作用，通过高精准度的设备对机械制造行业进行监测和生产，从而提高机械制造行业的工作质量。除此之外，利用机电一体化技术系统可以突破传统机械制造设备传感器不清晰和图像传达不清晰等问题。针对机械制造业中出现的问题，结合智能化技术，通过不断优化和提高智能化科技技术，形成高效、有序的制造系统，从而帮助机械制造业实现更高的生产目标。

2 机器人控制系统对机电一体化的要求

2.1 机械零件制造

据悉，现在大多机械制造行业中的企业使用的机器人都属于中小型或者精密型机器人，在此背景下，机械制造行业对机器人的机械零件提出了更高的要求。同时，为了遵循机械制造行业中对机器人的使用要求和基本要求，为了保证零件的精准度，所以要从提高机器人的运动精准度入手。除此之外，若机器人中的电机或者手臂的行为轨迹或者部位精度与设计不符合，那么会直接影响机器人的行动轨迹与生产需求出现偏差，影响了最终使用情况。

2.2 传动系统

据了解发现，现在机械制造行业中使用的机器人所应用的机器人大致由六轴旋转机器人和直线运动机器人。六轴旋转机器人是运用六轴运动，在运动方向类型中属于旋转运动类型，而直线运动机器人主要运用于上料、下料等生产过程。传动系统在机器人控制系统中属于重要组成部分，对机器人的运作、行动的精准度有着直接影响。

2.3 机器人装配

若机器人的装配环节出现问题，那么机器人的末端接受的精准度也会出现偏差，所以在生产和制造机器人的过程中和优化机器人控制系统过程中要遵循行业的要求和需求，对机器人的零件加以分析，避免装配环节出现问题，导致偏差现象的产生。

2.4 机器人精准度与末端负载能力

机械制造行业中使用机器人一般在初始阶段机器人的精准度、速度等性能都较好，但是随着使用时间的增长或者对机器人的养护不到位等原因，机器人的零件逐渐出现磨损现象，到使用后期阶段，机器人的精准度会出现较小的偏差。经过笔者的分析发现有以下两种原因，一是由于机器人中的零件收到磨损，机器人的行走、手臂运动角度出现偏差，若长期反复运作，机器人的在定位上会出现精准度偏差；二是由于机器人的精准度出现偏差往往因为传动链的增加而逐渐扩大，所以机器人末端运动位置和设计时候的位置出现不一致。机器人在工业制造行业中由于生产的产品不同，机器人在实际运作过程中的末端负载能力也有着不同的需求，经了解发现机器人在长期运转过程中末端负载能力会有所下降，并且由于部分企业对机器人的超负荷工作，导致机器人实际工作中超负载导致损坏。基于此，企业应该注重机器人对负载的标准，避免机器人因超负载出现损坏现象。

3 机器人控制系统中机电一体化的应用

3.1 电机运动位置监测

在机械制造行业中，机器人在制作和使用过程中对其运动精准度有着极高的要求，基于此，需要对机器人运动轴也作出了高要求。伺服电机是机器人控制系统中点击类型的最基础的点击类型之一，再电机中可以安装编码器，以此达到对电机运动位置监测的功能，但是需要注意的是编码器在进行翻译过程中需要将翻译后所得到的数据即使传送到驱动器当中，以保证电机旋转角度与射击角度与实际所需运动规定角度保持一致。另外，直线运动机器人在实际应用过程中，在对运动精准度调节检测过程中需要及时对机器人运动轨迹的角度进行调整，尤其是在机器人出现行动偏差、手臂摆动位置偏差的时，及时排查机器人控制系统中的故障问题，以此保证机器人的正常运行。

3.2 运动轨迹的规划

机器人运动轨迹的规划是机器人完成作业的前提条件也是重要基础。机器人的运动轨迹具有稳定性和固定性，会根据设计系统中所设定的程序进行运动，但是往往在实际运作过程会因为外在条件受到影响。机器人控制系统中机电一体化的应用之下，为了帮助机器人的运动轨迹达到统一和精准，应该严格按照机器人的运动作业特点，明确定位机器人运动位置，再根据机电系统中所设定的指令，观察机器人的运动情况，将机器人的运动情况、运动量进行及时记录、监测和分析。

3.3 机器人的核心部件测量

从机器人的实际属性而言，机器人在机械制造业中属于精密设备，其运行状态离不开减速器的运用。为了提高机器人实际工作的稳定性、安全性与精准性，需要对机器人的运动稳定做好维护和监测，将机电一体化运用在机器人中轴关节减速器等设备进行运行监测，再通过大数据分析技术对机器人的轴关节震颤频次进行记录并分析，以此监测机器人是否出现运动问题。在实际运作过程中，通过机电一体化技术对机器人轴关节震颤频次进行记录和监测，若出现震颤频次不符合机器人设计等其他要求，那么设计人员需要对此提出问题，并排查控制系统中的问题，并及时分析和解决，以此保证机器人运转的稳定性。

3.4 机器人工业环境控制

为了保证机器人运转的稳定性、精准性和有效性需要机器人对周围工作环境有一个正确的分析。由于机械制造行业中机器人的工作环境有诸多复杂影响因素，并且机器人在运作过程中需要在温度适宜、湿度适宜和电磁信号适宜的环境下进行工作，否则可能会因为温度不合适影响机器人的运作，湿度太高导致机器人零件腐坏或者因为信号干扰而影响了机器人的运动轨迹等情况。面对以上几种情况，研发人员需要对机器人控制系统中机电一体化进行强化，例如通过PLC技术做好对外界环境的控制，实现对机器人工作环境的自动化控制，从外在条件因素避免机器人操作失误或者运作偏差的现象。

3.5 智能制造

机器人在工业制造中具有智能性特点，可以根据设计者设定的目标完成相应的操作。在智能制造过程中将机械、信息技术等学科专业知识加以整合，让机器人在实际运作过程中可以达到工业需求的目标和效果。例如机器人的手臂是模仿了人类手臂，但是由于机器人的手臂缺乏灵活性，导致在实际过程中由于手臂摆动卡顿或者角度未能达到设定目标导致影响了实际工作效果，基于此应该提高电子技术精准度。与此同时，机器人控制系统中机电一体化与自动导航技术进行结合，通过传感器感应技术、电子信息技术等进行操作，不仅能够帮助企业提高生产效率也能保证企业的生产质量。

4 机器人控制系统下机电一体化设计办法

4.1 电子控制代替机械结构控制

生产工业中若使用的机器人是采用的单独机械结构控制机器人的行动轨迹和行为方式，那么机器人的控制方式也是采用一般化的机械控制结构，若机器人采用的是机电一体化的产品设计，那么可以通过电子化电气控制技术对机器人的行动进行操控或者改进，这样不仅能够简化机器人的机械运行步骤，也能改变机器人的整体运行过程，同时也能够完成工业生产的生产目标。首先，通过编码器等控制器件将电子控制与机械控制进行结合，然后通过变速器替代机器人的控制系统中的控制方式。电子控制代替机械结构控制能够提高机器人的运作性能，也能够提高其使用质量，真正符合机电一体化的设计理念。

4.2 电子控制与部分机械结构控制相结合

机器人控制系统中机电一体化的设计部分中占比最为重要的是需要改变传统的产品设计理念，打造出符合现代化运作机器人的设计思路，其实设计原理并没有改变，只是采用了新的设计方法创新了产品，将电子控制与机械控制结合成为一个完整的整体。

4.3 整合控制系统中的功能模块

在实际使用机器人的过程中若发现电子控制系统与机械控制系统未能实现生产目的，那么需要将机器人控制系统中的功能性模块进行整合，构成一个完整的第二系统。在控制系统的设计过程中通过购入伺服模块、电机模块等各类机械模块装置，对装置进行整合，使之成为机电一体化产品，这样不仅节约了设计成本，对于用人单位而言也便于维修和管理。

5 总结

综上所述，机电一体化技术在机器人控制系统中占据着十分重要的位置，也是机器人正常运作的重要基础条件。机器人的出现改变了传统工业生产模式，并且为现代机械制造业提高了生产效率，达到了生产智能化的目标，也实现了现代化工业生产的基本需求，为现代工业生产的创新和变革做出了贡献。在未来的工业发展和机器人发展过程中，研发人员需要加强研发力度，将机电一体化与机器人控制系统进行全面融入，推动机器人的发展和工业行业的发展。