清洁机器人运动路径控制研究

清洁机器人运动路径控制研究

马也

杭州安先机器人技术有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：随着社会的快速发展，先进的机器设备对于提高劳动生产率和产品质量都起到巨大的促进作用。并且机器人的应用领域不断扩大，各式各样为人类服务的工具也被逐渐创造出来。在我们生活中，扫地机器人、早教机器人、无人机等一些机器都已是大众所知。而这些机器可以作为科学技术的产物，可以更好地解决人的重复劳动，从而提高劳动效率和精确度。但是，大多机器普遍存在于家庭、农业、办公等一些地方，相对教育服务方面有所不足。例如，在我们的校园生活中，由于环境卫生方面上的不足，教室地面脏乱，课桌不整齐，多会影响学习。智能教室管家机器人会对课桌不整齐、教室地面垃圾的现象进行处理。

关键词：清洁机器人；运动路径；控制研究

引言

工业机器人被称为“制造业皇冠顶端的明珠”，逐渐从传统的电子电气领域扩展到各行各业的智能制造系统中，并成为智能制造系统中的典型装备，如图1所示，2012—2020年国内工业机器人整体市场产量变化呈现稳步增长模式（数据来源：国家统计局和前瞻产业研究院）。然而，工业机器人故障及精度退化问题突出，不仅严重影响工业机器人的生产效率，给企业带来经济损失，甚至会导致安全事故，例如：2015年美国、德国汽车制造工厂工业机器人致死工人事件、2018年美国亚马逊仓库机器人误将喷雾罐刺穿致使多人送医等等。因此，工业机器人故障诊断与健康预测技术研究目前已经成为研究热点。

1工业机器人技术概述

机器人应用到工业领域会使用更多的智能化的机械，它们可以自由执行各类生产制造任务，靠电动来实现对各类设备的智能操控。另外，根据后台的计算机终端发出的指令来操作设备，这些计算机的设备就会像人脑一样发出各类指令信息，进而去完成整个操作过程，会实现整体生产制造智能化自动化，使制造工作效率变得更高，系统运作更加灵活，也更加稳定，会进一步提高各类设备的运行效率。机器人会包含主体控制核心系统和驱动等多个部分组成，机器人主体包含了基座和执行部位，如机器人的臂部、腕部和手部，有些机器人还会行走，因此还有行驶的功能。很多机器人都会有4个左右的运动自由度，其中在机器人的腕部就会有3个运动自由度，另外在机器人内部的启动装置中会有传动设备和动力设备，来促使机器人运转。在机器人的核心控制系统，通过输入一定的程序指令，来操作机器人各个部位的运作。目前，机器人可以根据腕类型，划分为直角坐标系和圆柱坐标系，其中直角坐标就是在直角坐标的三个方向移动，圆柱形则可以上升、下降、回转以及伸缩。在一些工业制造企业内部，还会有关节型的机器人，这类机器人有很多的转动关节，可以根据下发的指令去转动，来实现生产操作。机器人是比较精密智能，而且在机器人中有大量的软件。通过应用软件控制系统的方式，来实现对各个部件的灵活操控。自动控制系统可以对机器人做好管理控制调度，以此来实现各项生产作业有序推进，提高产品生产质量，降低整个产品生产的成本。另外，机器人设备也能够减少对能源的消耗，以及对外界环境的污染，随着当前我国高科技迅速的发展，在机器人中，会使用更多自动化的装备，这些装备可以使产品生产制造工作变得更加精细，更加柔性，实现数字化生产、智能化生产、网络化生产。

2产业机器人的特点

先进的产业机器人将整合精密、智能、软件应用的开发等各种发展中的制造技术。并通过对生产途中各个步骤实时监测、控制、优化、调度以及决策可以较快实现产量的增加，产品品质的快速提高，产品生产成本的减少，资源浪费的减少。技术的稳步提高，产业机器人将拥有精准加工和制造的自动化机器的整体技术特点，是从电力机器和计算机的跟踪开发中派生出来的新时代的生产工具。这是实现数字、智能、自动生产的重要方法。先进的技术产业机器人将精确度、柔软性、知性、软件应用开发和其他高度精密的制造技术相结合。通过对过程进行检测、控制、优化、调度、分级管理和决策，来增加输出、较少质量和原材料使用、降低资源消耗和工业自动化水平减少对环境的破坏。其具有精细加工、灵活生产的技术特性。他们是新一代生产工具，在动力机器和电脑后，可以扩展人们的体力和智力。是实现自动化、生产数字化、网络和智能的首要方式。

3工业机器人技术在电气自动化过程中的应用

3.1在电气设备中的应用

在电气设备当中使用工业机器人技术，能够有效地促进电气工程向着自动化以及智能化方向发展，从而提高产品质量。在具体应用中，首先电气系统设备在工作期间的技术性能要求较高，工业机器人技术能够借助相关编程语言、传感技术、PLC技术等基本元素，从最基本状态上简化电气自动化变频、组态等各环节，从而提升控制过程的便捷性。例如，电气工程设计脚本中所涉及的语句，和abb机器人当中的编程语句就有着共同之处，对此可利用此特征展开电气工程运行控制，提升管理过程稳定性。其次，工业机器人ROS系统能够针对电气设备系统运行参数进行计算，这样可以提升电气设备的控制能力以及电气设备的调节水平，提升电气设备的性能，并且在一定程度上还能够延长电器设备的使用寿命。最后，工业机器人技术在电气设备的日常操作过程当中，也发挥着很大作用，该技术的顺利融入，能够有效地简化电气系统。同时还可以针对检测以及维护的各项工作进行研究，及时检修潜在故障，从而延长整个电气系统使用控制周期，降低控制失效问题发生概率。

3.2机器人中的核心控制器

核心控制器是工业机器人的核心构件，机器人能够进行各项指令操作，需要工作人员能够熟练、正确地控制核心控制器，从而让机器人按照实际使用要求完成各项任务。核心控制器能够正常地发挥作用，离不开网络通信技术的支撑，以网络通信技术为基础构建信息共享、互联互通的交流网，能够有效提升整个系统的运行效率。核心控制器包含并行和串行两种方式，并行方式的作用是处理机器人操作时的控制算法，而串行方式可以控制算法的串行体系。一般情况下，机器人的核心控制器能够实现人机的高效协同作业，提升工业生产的实效性，能够进一步完善机器人的性能，不断提升工业的自动化水平。

3.3在新生代电气自动化技术的应用

利用电气自动化技术，工业机器人能够在保持原来的优势的同时，还能够加强其自身的学习和自主创新能力，能够很好地代替操作员来完成所有的目标，从而避免出现偏差或失误。利用电子自动化技术，可以构建模块化、嵌入式的控制系统以及高精度的控制系统，使工业机器人的性能得到进一步的提升，对现有的工业机器人系统进行了优化与调整，并在其中加入了网络通讯、模拟等功能，从而提升工业机器人的工作效率。在此基础上，通过对现有技术的进一步完善，形成具有原创性的、具有自主知识产权的新型工艺软件，加速工业机器人作业进程。

3.4产业机器人的技术革新应用

传统的产业机器人多从事单调、重复性较高的工作，引进电气自动化技术后，可加强其运行稳定、精确定位、复杂装配等功能，实现传感系统的升级。比如，提升产业机器人的触觉传感能力，使之接触物体时更加敏感，灵巧性和能动性更好；强化视觉传感功能，通过对周边环境的温感、光感、体感等因素综合分析，辨别自身位置。根据实际使用需求，加装声呐、红外、蓝牙、GPS卫星定位等技术，使产业机器人突破传统限制，为人类社会提供医疗手术、货物配送或救援定位等服务支持。通过电气自动化技术对产业机器人进行系统编程，还能充分发挥机器人内部的各种元器件的组合效果，跳出传统加工制造的思维限制，实现技术革新。

3.5应用于精密零部件制造

产业机器人与电气自动化技术联合应用，可保障精密零部件的加工质量，提升制造业的现有加工水平。电气自动化的使用能辅助产业机器人由简单加工逐步走向深度研制，开发全数字开放式控制系统，能正确测量零部件的大小、规格等数据，实现精密零部件的批量生产。而且，二者的作用是相互的，产业机器人也能在制造期间通过前端反馈，完善电气自动化技术的数据库，在研发和制造过程中逐步提升行业水平。

3.6产业机器人电气自动化技术的硬件和软件系统设计

优化产业机器人电气自动化技术的硬件系统设计。为了能够充分发挥出产业机器人电气自动化技术的应用价值，科学选择伺服电机是非常有必要的。由于产业机器人的实际生产活动需要，在选择伺服电机时不仅需要关注智能化的实现难度，还需要关注后续的维护难度，结合当前伺服电机的技术水平，在选择伺服电机时应当用直流伺服电机为主。直流伺服电机内部装载的后端编码器控制能够拓宽产业机器人的过载能力，在电气自动化技术的扶持下确保产业机械人能够以更加低速和平稳的状态运行，有效地延长产业机器人的使用寿命。此外，设计人员还应当结合产业机器人的生产需要选择DSP数字信号处理器，电气自动化技术通过抓取DSP传输控制信号实现算法的有效控制，设计人员能够结合产业生产的实际要求通过电气自动化技术发送相关指令，而电气自动化技术根据指令的需要对控制对象进行精准控制，从而保障产业机器人生产活动秩序。优化产业机器人电气自动化技术的软件系统设计。产业机器人电气自动化技术的软件系统设计需要关注两个方面的内容，分别是上层开发环节以及驱动程序底层控制程序。在上层开发环节下，设计人员在优化产业机器人电气自动化技术的软件系统时需要关注电气自动化技术的抗干扰性，提高电气自动化技术在不同网络下的适应性。产业机器人大多应用于复杂的生产环境中，因此，电气自动化技术的抗干扰性能够保障各项指令迅速地传达至产业机器人中，实现生产的有效调度。在驱动程序下，设计人员需要关注产业机器人对于可能出现的软件故障的监测和诊断的自适应性能力，在优化电气自动化技术时应选用更加高效的C编译器，确保电气自动化技术的兼容性以及智能化水平，从而满足产业机器人自检需要。

3.7用于电气设备的日常使用中

电气设备与人们的日常生活和工业企业生产制造密切联系，当前生产制造车间内部的电子设备种类繁多，给工作人员带来了更多的设备控制难度。不同类型的设备操作流程不一样，有些大型的设备操作比较复杂，也会增加电力设备控制时间，因此应用机器人技术，实现部分操作的智能化管理，压缩人员工作量，会进一步提供设备操作的效率，缩短操作时间，并减少违规操作出现失误问题。

结语

在新时代发展背景下，需要合理利用工业机器人技术和电气控制技术，加快核心技术的研发进度，保证人员安全，将危险系数降到最低，以满足工业化发展需求。将工业机器人技术运用到电气控制技术中时，也会出现不同的应用问题，要及时进行处理，将问题与数据相结合，快速找到问题的本质原因，再结合实际情况快速解决问题。同时，工业机器人的使用也提高了电气控制过程的工作效率和工作质量，将简单重复单一的工作汇集在一起，以更快完成周期，并且存在危险因素的工作也可以更高效地完成，从而降低安全隐患保障了人员安全。由此可见，工业机器人技术对电气控制技术的影响巨大，如何更好地优化工业机器人技术体系，也是后续发展过程中需要重点关注的内容。

参考文献

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