機電一體化在工業(yè)機器人中應用
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機電一體化實際上是機械系統(tǒng)和電子電路系統(tǒng)的有機組合，因此又稱為機械電子學。從原理來講，就是依靠電子電路實現(xiàn)對機械設備的控制，這一組合模式有著巨大的吸引力，在工業(yè)領域有著巨大的應用價值。而隨著信息科學的發(fā)展，智能化設備也逐漸融入機電一體化中，逐漸形成了一種新的應用體系，其最大的優(yōu)勢就是不僅實現(xiàn)了機械設備的自動化運轉，還在運轉過程中有了智能化的判斷和控制。智能化、電子電路控制、機械動作，形成了模擬人的行為模式，將其廣泛應用于工業(yè)制造過程中，稱之為工業(yè)機器人。
1工業(yè)機器人的運用要求
1.1機械零部件的制造精度
目前工業(yè)機器人的應用領域主要是在生產(chǎn)制造業(yè)中，且基本都是室內(nèi)環(huán)境中，設備體積不大。為此，要求工業(yè)機器人的運轉部件必須制造精度極高。這主要是工業(yè)機器人在運轉過程中其機械構建必須按照規(guī)定的位置行跡運轉，出現(xiàn)偏差，則一方面可能造成運動軌跡無法達到標準位置，從而使得制造品達不到技術要求；另一方面有可能造成機械零部件的損耗加大，甚至發(fā)生工業(yè)機器人的機械故障。并且越是靠近機械末端運動位置，由于誤差累積作用，會使其偏差越大，這將使得上述危害更加嚴重。因此，工業(yè)機器人的運轉要求機械零部件的精度達到相關標準。
1.2傳動系統(tǒng)的精準度
傳統(tǒng)系統(tǒng)的運轉精度與零部件的制造精準類似，并且其造成的影響也基本一致，但作用原理和控制難度不同，傳動系統(tǒng)的精度控制更加不易。當前較為常見的工業(yè)機器人分為直線運動工業(yè)機器人，屬于直上直下控制通常用于上下料；旋轉工業(yè)機器人，主要適用于旋轉加工的動作類型。其中直線運轉工業(yè)機器人，控制難度主要在于電機運轉的減速器精度，決定了產(chǎn)品生產(chǎn)的精度要求；而旋轉工業(yè)機器人一般都是六軸設計，對其精度要求可想而知，當?shù)谝惠S發(fā)生輕微的誤差，將會在末端放大，對其傳動精度的要求不僅在于減速器方面，還有各種齒輪組件的嚙合程度上，這種誤差都會在工業(yè)機器人運轉的末端被無限放大。為此，對工業(yè)機器人的精準度要求極高，目前受限于我國的科技發(fā)展，減速器等設備主要依靠進口，如日本的串聯(lián)工業(yè)機器人所采用減速器。
1.3裝配精度
在保證了機械零部件的制造精度和傳統(tǒng)系統(tǒng)的精度后，要對工業(yè)機器人進行裝配。而裝配的精度取決于兩個方面，一方面是設計的合理性，即使所有的零部件制造精度以及傳動設備的精準度都滿足了要求，但由于設計時對工業(yè)機器人動作指標未考慮允許的微小誤差累積作用，也將造成動作軌跡的變形。例如傳動系統(tǒng)的制造精度只能滿足四軸運轉工業(yè)機器人，但設計時未考慮零部件的誤差累積作用要求裝配六軸工業(yè)機器人，顯然累積誤差將會造成末端軌跡的誤差超標；另一方面是裝配時的操作工藝問題，這很好理解，沒有按照精準的裝配工藝進行操作，誤差的累積作用將會造成機械末端動作軌跡誤差擴大。
1.4精度保持能力
即使確保工業(yè)機器人的零部件制造精度、傳動系統(tǒng)精準度以及裝配的精度，在工業(yè)機器人的長期運轉過程中，仍舊有可能產(chǎn)生誤差。因此，要有一定的精度保持能力。在長期運動過程中誤差的增加主要是零部件的磨損、老化作用。特別是一些重復性動作的工業(yè)機器人，其誤差的增大主要是鏈條等傳統(tǒng)系統(tǒng)的誤差過大，即使保持了運動過程中的軌跡精準度，也很難保持定位點的精準度。為此，要確保精度保持能力更強，一方面要提高零部件的材料性能以及更高的制造精度，包括提高傳動系統(tǒng)的精準度和裝配精度的要求；另一方面要實時檢測，定期檢測及維護，對工業(yè)機器人實行壽命管理。
2.1運動軌跡的檢測
運用機電一體化中的電子檢測技術對工業(yè)機器人運動過程中的軌跡實時進行監(jiān)測，對發(fā)現(xiàn)的問題進行統(tǒng)計分析，確保其運動的精確性。通過上文已強調(diào)了精準性對于工業(yè)機器人的重要性，為此，通過對電機上安裝編碼器，對轉速進行檢測，而對于直線運動，則可以采用限位止釘對其定位點的精度確認。通過傳感器等電子檢測手段傳輸至控制單元，對誤差級別進行分析判斷，從而保證了工業(yè)機器人系統(tǒng)的精確性。
2.2減速器的檢測
工業(yè)機器人的核心模塊是關鍵部分，而其中最核心的技術就是減速器，它有助于實現(xiàn)工業(yè)機器人運動的軌跡保持精確，這包括運動過程中的精確和定位點的精確，每一位置的速度精確等。但在運動過程中也會發(fā)生減速器的故障問題，一般的現(xiàn)象就是減速器會發(fā)生輕微的震動，而通過對震動檢測敏銳的傳感器，將震動數(shù)據(jù)進行收集傳輸?shù)綑z測設備上，對相應的故障級別進行判斷，從而發(fā)出停機維修、減速生產(chǎn)等告警信息，幫助監(jiān)測人員進行控制，且得到的檢測數(shù)據(jù)也為之后技術人員的診斷維修提供了重要的依據(jù)。
2.3工作環(huán)境的管理
當前的工業(yè)機器人主要是實現(xiàn)流水線作業(yè)，屬于精密性工作，因此對環(huán)境的要求非常高，環(huán)境對工業(yè)機器人的影響指標主要表現(xiàn)在溫度、濕度及灰塵因素，溫度的變化會使工業(yè)機器人的精準性降低增加誤差，濕度及灰塵則會加速零部件的磨損及老化，并且導致傳動系統(tǒng)誤差等。為此，要對工業(yè)機器人工作環(huán)境進行有效的監(jiān)測、控制、處置等。而溫濕度傳感器等能夠很好地對環(huán)境進行實時檢測，將信號傳輸給控制設備，控制設備啟動相應的空調(diào)等對溫濕度進行控制，確保環(huán)境條件滿足工業(yè)機器人的工作環(huán)境。
2.4運動軌跡設計
工業(yè)機器人的運動軌跡必須精確，才能確保生產(chǎn)過程達到技術指標。而運動軌跡的設計一般由工控機設計而成，這需要以工業(yè)機器人所能到達的軌跡空間范圍以及動作范圍為基準，根據(jù)制造所要的動作以及軌跡，形成對應的數(shù)據(jù)信息錄入計算機中，通過相應設計軟件生成相應的運動程式和數(shù)據(jù)庫，最終通過驅動器通過運動程式的設定和數(shù)據(jù)庫相應數(shù)據(jù)的支持驅動電機，形成電機組合按照一定的順序、速度、方向進行運轉，實現(xiàn)了機械按照設計軌跡進行運動，最終實現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)制造目的。
2.5智能設計
工業(yè)機器人之所以稱之為機器人，最主要的就是智能部分。對工業(yè)機器人的智能部分是以計算機技術為基礎，加入了電子信息技術、傳感器技術、接口結束等。其中以計算機技術為基礎的電子信息技術，具備了邏輯判斷、程序編譯、存儲分析等，用于收集信息、發(fā)出指令、指令返回等；傳感器技術則主要是對工業(yè)機器人的動作的各項參數(shù)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、產(chǎn)品監(jiān)控等，將數(shù)據(jù)收集傳送給工業(yè)機器人的“大腦”，從而讓工業(yè)機器人做出正確的邏輯判斷，指揮機器人的行為。工業(yè)機器人所具備的智能極大地增強了工業(yè)機器人的適應能力、自動化程度和邏輯判斷能力，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。
3結語
工業(yè)機器人有效運轉的主要條件就是運動軌跡的精準性，這有賴于零部件制造精準、傳動系統(tǒng)精確度、裝配精度以及精度保持能力。圍繞工業(yè)機器人的精準度，機電一體化有著十分重要的作用，如運動軌跡的檢測、減速器的檢測、環(huán)境的檢測等方面，都有著很好的應用；而圍繞工業(yè)機器人的主體制造同樣有著很好的應用，如智能設計、運動軌跡設計這都需要機電一體化全面合理的應用。作者簡介：黃旭（1988-），男，陜西西安人，碩士，陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院工程師，研究方向：機電一體化。
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作者:黃旭 單位:陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院
