基于嵌入式系统的工业机器人研究与运用

基于嵌入式系统的工业机器人研究与运用

黄振

 山东技师学院 250200

摘要：近年来，机器人被越来越多的应用于制造业，其中最重要的一个领域就是“装配式”。在工业化生产过程中，对柔性作业的要求越来越高。在装配式机器人过程中，能够同时完成装配、点焊等工作，而且可以实现自动搬运生产工作。因此，在制造业中广泛应用这种具有柔性功能的智能装备。由于其柔性作用与操作过程，能够根据产品的需要完成各种复杂动作并最终产品达到最佳状态。在工厂车间里这种智能装备可以为人提供帮助而且可以改善工人劳动环境和产品质量从而达到最佳生产状态。因此，本文对我国目前应用较多的工业机器人种类进行介绍。

关键词：嵌入式系统；工业机器人；研究分析

近年来，随着经济发展、人民生活水平的提高和对生活质量的要求不断提高，智能装备在现代工业中得到广泛应用。目前，在我国工业化进程中，工业机器人已广泛应用于纺织、机械、电子、汽车、制药、食品、塑料、冶金、军工等领域。其中，工业机器人是最具发展前景与潜力的工业机器人应用领域。

1.工业机器人

1.1工作原理

装配式机器人是利用工业机器人进行装配的过程，将各种零部件进行自动组装、装配或者搬运，使产品达到最佳状态。这种机器人是一种高精度以及灵活性比较强的智能机器人，具有较高的精度和速度以及出色的灵活性等特点。装配式机器人具有很多优点，主要有:（1）减少了生产劳动力，提高生产效率。（2）实现装配自动化和控制智能化。（3）提高生产安全系数。（4）可重复使用。（5）可适应多种作业环境。（6）可自动搬运生产过程中所需要移动物体。（7）自动化程度高。（8）节省人工成本。装配式机器人具有一定的柔性作用与操作过程，但是这种柔性工作过程需要一定机械加工工艺作为基础。装配式机器人可以灵活地适应各种作业环境，根据工作需要或其需要完成不同任务从而达到最佳状态。装配式机器人在其使用过程中需要以不同种类机器人为对象进行研究与开发.因此在使用时必须要掌握机器人技术规律和研究方向。

1.2目前主要类型

目前，工业机器人主要分为：控制系统、执行机构三大类，其中控制系统主要包括传感器、控制器、控制单元等；执行机构主要包括摆线针轮减速器、伺服电机等；执行机构还包括伺服电机、减速器、伺服驱动器、电机控制器等。经过分析不难发现，目前机器人主要以运动驱动和运动控制为两大类。总体来说，目前应用较多、应用较为广泛且应用效果较好的有：自动搬运机器人、无人搬运机器人、装配式机器人等。

2.工业机器人的研究与应用

目前，国外已形成工业机器人自主研发与制造技术和先进应用技术并行的发展格局。比如，美国在机器人领域已形成了从研发生产到销售服务一条龙的产业链。日本机器人行业协会和机器人公司正在积极努力，通过加强合作、加强整合、大力推广等方式，来促进企业间的合作与交流，增强对工业机器人产业发展的信心。我国在研发生产工业机器人领域也取得了一定的进展，已有一些自主知识产权的高性能工业机器人在我国工业生产中开始应用。比如：汽车制造业：日本丰田公司开发的3轴汽车机器人 AIRMAN (又称 Kaija)是日本第一台三轴运动机械手；汽车零部件制造厂商：日立公司生产了国内第一款自主知识产权的数控机床；日本三洋机械（中国）有限公司研发了世界上第一台自主知识产权的大型液压抓斗。目前，我国已成功研制出五轴多功能、智能化、高精度、可移动和高速度的焊接机械手。

2.1柔性机器人的应用

柔性机器人的概念是近几年发展起来的。所谓柔性机器人是指能够根据环境或者是生产的需求，灵活地改变机器人的关节位置、数量以及形状以适应环境或生产需要，是机器人系统中重要的组成部分，广泛应用于各行业中。柔性机器人主要包括四个基本部分：①自主运动控制器。②关节伺服电机。③机械手臂。④控制器和机械手臂接口。其中第一部分是基础元件包括减速机、伺服电机、控制器和机械手臂接口等。其中减速机是机器人不可或缺的部分；伺服电机是机器人得以正常运行和使用不可缺少的机械零件；控制器是机器人系统中最核心的部分，它既是机器人活动的执行器也是机器人控制系统。此外还有大量其他部件如机器人臂杆、机械臂、减速机、驱动器等。机器人系统软件(PROFIBUS);机器人模块(SDB)、嵌入式系统；机器人核心技术等。

2.2检测设备

机器人的检测主要分为两种，一种是常规的工业机器人故障检测，另一种是具有专用检测功能的智能机器人的故障检测。常规机器人故障检测主要包括故障判定、故障排除和故障诊断，它是用于生产过程中进行故障检测，根据检测结果采取相应措施，使生产设备正常运行和人员安全生产。通过判断工件流信息、工件流速、零件尺寸大小和形状尺寸等进行判断。检测完成后即通过编程或使用软件对工件流信息进行修改。智能机器人故障检测属于人工智能领域一个新研究领域，主要包括故障诊断及分类、故障诊断与分类、故障排除及分类、诊断报告自动生成、诊断结果智能应用及诊断结果分析等几个方面。

2.3检测装置

机器人在工业生产中主要是用于机器人本体的焊接工作，为了达到焊接质量精准可靠，需要对焊接机器人进行内部结构和性能上的控制。目前国外有很多基于嵌入式系统的焊接机器人产品，国内市场也涌现出了许多基于嵌入式系统的焊接机器人产品，这些产品均有较高科技含量，其功能各不相同。

2.4视觉识别系统和红外成像系统研制

视觉识别系统的应用广泛，在自动化生产中，可实现多人同时完成高精度地点、线及面检测，并且可以检测出所需设备位置信息，因此该系统具有很高的应用价值。本系统主要包括一个红外相机和一个红外成像系统。红外相机用于检测周围环境温度和光线变化，并获取检测到的环境数据，通过光电信号检测环境中目标与环境间距离变化和物体之间相对运动来判断目标位置，同时将信息传输给红外相机。红外成像系统用于检测和识别环境中的各种目标，包括图像质量和分辨率要求比较高的物体之间复杂、高对比度或低对比度下检测到的物体。红外成像系统利用红外辐射原理设计出了一种新型光敏元件作为探测器来进行探测器测量辐射光强度和波长信息并进行信号处理；利用图像处理技术建立起了复杂、多帧图像特征之间相互映射关系；利用自适应滤波特性对图像进行滤波处理后得到图像信息；利用红外摄像头采集光波能量并通过光敏元件控制其移动与运动。系统功能包括多种不同目标检测方法以及图像处理软件两部分。其中多帧图像特征与目标检测方法结合可获得较高的图像特征与定位精度。

2.5移动服务机器人设计与应用方案

移动服务机器人(ROV)是以服务为导向，具备主动识别并控制服务对象的能力，能为客户提供现场服务、辅助服务等，它可以帮助人们在复杂环境下获得安全放心的生活质量。目前以美国、日本、德国等国家为代表，已形成了较为成熟稳定规范的服务机器人产业体系，成为了国家经济发展中十分重要、备受关注的新兴产业。随着计算机软硬件技术与制造业结合日益紧密、机器人制造与工业技术融合不断加深，机器人在制造业中得到更加广泛应用并取得巨大成功。

结束语：

综上所述，随着计算机技术和通信技术的不断进步，基于嵌入式的信息系统的开发已成为软件开发的主流方法之一。作为一种高性能、高可靠、低成本、智能化的信息系统，嵌入式技术和计算机技术的发展为软件开发带来了无限可能。与其他软件开发技术相比，嵌入式技术具有高度的可扩展性和可定制性、速度快、成本低、性能好等特点。现代嵌入式技术的快速成熟为计算机开发人员提供了更多的选择。嵌入式技术除了作为信息系统开发工具以外，也成为信息技术中重要角色。信息系统开发人员必须要有较高的嵌入式系统设计水平和开发能力，充分利用信息技术提供出高质量的系统方案。随着智能制造等技术的不断进步和工业互联网时代到来，嵌入式技术已经逐渐成为众多领域技术发展最快的一种方式。

参考文献：
[1] 彭超. 基于嵌入式的智能小车的研究和设计[D]. 武汉理工大学, 2013.

[2] 钱哲宇. 自动焊接机器人控制系统的研究与设计[J]. 电子乐园, 2020(9):4.