谢小园1 张素洁2
武汉铁路职业技术学院 湖北武汉 430200
摘要：在现代社会的各个领域，机器人的应用已经相当普遍。早在20世纪末，机器人的概念就被提出，并在21世纪得以实现。如今，机器人已经广泛存在于人类的生产和生活中，从最常见的家庭清扫机器人到可用于工业领域自动识别和分类的智能机器人，再到用于重工业领域的重型智能机器人等，都已经从最初的人类想象中蜕变出来，它对现有的生产阶段，已经产生的应用领域有很大的影响。为了更好地理解和加深对工业机器人和自动化控制的理解，更好地发展和研究工业机器人技术，本文从工业机器人控制系统方面对机器人的自动化控制进行了探讨，介绍了工业机器人的控制方式以及工业机器人的不同应用场景。
关键词：智能制造；工业机器人；新技术；应用；发展现状
1工业机器人控制系统的结构与功能
1.1工业机器人控制系统结构
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三部分组成。主体分为手、臂和腕。手的自由度为4-7，手腕的自由度为2-3，手臂的自由度为4-5。驱动系统主要包括传动装置和动力机构，控制系统主要包括控制驱动系统和操作系统。工业机器人控制系统的结构包括五个方面：从根本上讲，机器人控制与动力学和机构力学密切相关。在不同的坐标系下，机器人能够准确地描述机器人的手和脚的状态。根据具体需要选择参考坐标系，实现坐标转换；即使是最简单的机器人，也要装配3-5个自成一体的机器人，复杂机器人的自由度是几十度，每个自由度都有一个协调的伺服机构，形成一个多变量控制系统；独立的伺服系统由计算机协调控制，保证机器人能够按照人的意志，并能给机器相应的工作内容；机器人运动状态的描述是一个非线性的数学模型，在外力和状态不变的情况下，机器人的参数也会发生变化，而且不同变量之间也存在耦合。因此，只有位置闭环不能达到目标，还应选择加速度或速度闭环；机器人的动作通常是通过不同的路径和方式完成的，因此会出现“优化”问题。先进的机器人可以通过人工智能进行控制，计算机可以建立扩展的信息库。通过信息库可以实现控制决策、操作和管理的目的。
1.2工业机器人控制系统功能
工业机器人控制系统的功能如下：运动控制功能。能有效控制机器人终端控制设备的速度、位置和加速度；示教再现功能。工业机器人控制系统通过手柄或示教盒实现示教功能。机器人可以通过一定的方法向机器人传授运动速度、动作顺序、位置等相关信息。操作过程由机器人记忆装置自动记录在存储器中。当需要再次执行操作时，只需重放内存内容。
2工业机器人控制系统的特点
2.1机器人运动过程中参考对象的选择不同于人类的感官选择
机器人本身缺乏探索外部环境和集中处理信息的能力。因此，无论机器人是否完成任何任务，它都会根据计算机程序员的编程程序选择运动基准，并严格遵循规则，按照程序员预设的运动坐标进行轨迹运动，并按照编程的路线进行日常工作。这意味着为了使机器人完成任务，必须事先对机器人的操作线和动作轨迹进行编程。
2.2机器人设置程序不固定
在机器人的日常任务中，在系统允许的情况下，为机器人设置一定的自由度和自主空间，帮助机器人完成自己的日常工作。机器人在执行一定的日常工作时，通过对机器人的自由裁量设置，可以更好地完成和实现除给定工作以外的其他非设定任务，从而有效地避免了机器人程序的不固定，提高了机器人的自动化和智能化。
2.3机器人自身的特点决定了其缺乏与外界交流的能力和方法
这是机器人和人类之间最根本的区别，所以当我们分配机器人时，没有办法像人类那样相互交流。机器人与人的通信问题主要通过计算机代码和编程语言来实现。
通过计算机编码，任务和作业指令通过计算机编码发送给机器人。该机器人能使人类的工作要求更加明确，从而更好地完成人类需要机器人完成的任务。最重要的任务是实现人与机器人之间的通信，最终实现对机器人的全面理解和精细控制。
3工业机器人技术在自动化控制领域中的应用
3.1工业机器人传感与仿真技术
工业机器人为了实现对环境的感知、适应环境、准确自由地操作，需要高性能的传感器以及各种传感器之间的协调。由于每个传感器都有其特定的功能，单用一个传感器很难获得完整的信息数据。智能机器人需要同时配备多个传感器来满足数据采集的需要。目前，多传感器融合技术已成为智能机器人研究领域的关键技术之一。通过系统仿真，机器人可以提前对执行指令所要求的具体动作进行仿真演示，得到动作结果。经过模拟修正后，可以在实际运行前对缺陷进行修正。通过仿真，可以缩短生产周期，避免不必要的返工，从而降低生产成本，提高生产效率。在智能制造中，多传感器融合技术和仿真技术的应用可以使控制系统像人脑一样指挥整个机器人的动作。
3.2工业机器人与大数据、云计算技术的融合
在工业机器人的实际应用中，大数据与云计算技术的融合，可以实时监控生产制造全过程，提前发现问题，规避风险；还可以加强对客户反馈信息的处理，优化产品和服务。“大数据+云计算+机器人”的结合，可以促进机器人自动化生产企业的信息化升级，优化整个产品研发生产周期，增强企业对市场形势的准确把握。同时，大数据和云计算技术的应用有利于整个装备制造业的优化升级，为传统制造向智能制造和云制造信息化转型提供有力支撑。未来，在智能制造环境下，工业机器人技术将与大数据、云计算技术深度融合。
3.3工业机器人（DCS）双重安全检测功能
工业机器人一直被认为是高精度、高速度、高自动化的设备，但不可否认的是还存在一些安全隐患。由于历史的发展和技术的原因，在机器人的发展过程中，没有很好地考虑到机器人和人工作的安全问题。因此，出于安全考虑，大多数工厂通常使用栅栏等屏障将机器人与工人有效隔离。随着劳动力成本的增加和新兴产业的特殊需求，对工业生产提出了新的要求。如计算机、通信、消费电子、医药、物流、食品加工等行业产品种类多、体积小，对经营者的灵活性要求高。然而，当传统机器人应用于类似行业时，很难以低成本满足行业的需求。因此，操作人员与机器人分工协作的思想应运而生。操作者负责对触觉、柔韧性要求较高的工艺。机器人利用其快速、准确的特点负责重复性工作，从而合理、圆满地解决工业生产中的难题。但人与机器人之间的交互需要拆除人与机器人之间的围栏、安全门等安全防护设施，否则无法达到预期的目的。此时，需要额外的技术来确保机器人和人类能够安全地在同一区域工作，即要求机器人具有安全合作的特性。
结语
系统地介绍了工业机器人技术在自动化生产中应用的控制方式和控制系统。虽然机器人技术在我们的生活中还没有普及，但人们已经认识到机器人在工业生产中的优势，其应用范围非常广泛。无论是工业生产还是日常生活都可以用机器人来代替。机器人技术是一门应用广泛、研究活跃的现代技术。机器人技术的应用是衡量一个国家工业化水平的标志之一。工业机器人技术广泛应用于自动化生产中，为工业生产提供了更多的效益。因此，未来工业机器人技术应进一步发展。相信通过科学家们的共同努力，工业机器人技术在未来能够得到更好的发展。
参考文献
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