机械臂工业生产自动化现状分析

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摘要：工业机械臂作为一种仿生机电设备，具有工作空间大、可控性强等优势，已经成为工业自动化发展的主要技术手段。展开对机械臂的工业生产自动化的现状分析有助于普及和提升机械臂的工业生产自动化技术。对此本文对机械臂的发展现状展开论述分析，提出机械臂的工业生产自动化发展存在的不足，结合工业机械臂的结构和性能以及在行业各个环节的具体应用分析，以期能够有效推动工业机械臂的进一步发展。

关键词：机械臂；工业生产；自动化；现状

引言

社会经济的进一步发展，社会各行业实现了信息化、智能化、精细化发展，传统的人工操作已经不能够满足生产制造需求了。而人工智能技术的发展，将机器人技术应用于现代工业中，代替人工操作流程，展开自动化生产。当前应用最为广泛的自动化机械装置当属机械臂，它不仅仅在工业生产领域拥有巨大的应用空间，在娱乐服务、医疗行业、军事等领域都能够广泛应用到。利用工业机械臂一方面可以操纵机械构件模仿人类的手臂和脑力功能，完成各种作业的自动控制，完成作业要求；另一方面是工业机械臂技术应用逐渐普及化，采用机械臂生产制造效率和质量远远高于人工操作，因此具有较高的经济效益。总之，机械臂的工业生产自动化已经成为一个新的高新技术产业。

1机械臂概述

1.1机械臂概述

工业机械臂是一种仿生机电设备，能够通过借助人工智能技术，模拟展开人手动作来改变物体的位姿达到生产加工的效果。如，工业机械臂可以完成搬运、焊接等工作，还可以实现人机交互技术，应用到一些劳动密集型的生产行业中。一般来说，机械臂由五个空间定位的自由度和一个用来夹持物体的自由度组成。

1.2工业机械臂的结构设计

工业机械臂是一个费力杠杆结构，其硬件设施主要由回转部、大臂、小臂以及腕部组成。回转部控制机械臂的回转运动，循环展开作业；大臂和小臂主要是配合实现机械臂在空间位置上的移动。如，前后、上下等位置控制；而腕部则是实现俯仰轴和摆动动作。不论是在哪一个行业生产流程中，机械臂的四个结构部件相互配合都能够完成作业流程轨迹。组成大小臂、回转部和腕部都是由计算机系统控制软件和各种硬件部件所组成的。而一整套的机械臂还需要有舵机、PLC、电源等机电设备。硬件设施确保工业机械臂能够完成各种作业加工动作；而机械臂的软件设施则是确保机械臂系统能够按照既定的工业生产设计标准，展开精准化的自动化加工。工业机械臂如图1所示。

1.2.1大小臂的结构设计工业机械臂的大小臂都是平衡缸、电动缸和大臂梁等硬件组成，大小臂均组建成平行四边形框架结构形式，在大小臂的电动缸上均安装有机电系统，其能够通过离合器带动驱动推杆的角度变化，实现机械臂的水平和竖直方向的移动。

1.2.2机械回转部结构设计回转部结构主要由伺服电机、涡轮、涡杆、回转支撑、回转轴等零部件组成。在作业中，回转部的2台伺服电机同时运行，带动涡杆进行旋转运动，使得同涡杆链接的机械机体可以实现回转作业。工业机械臂的回转部结构可传递扭矩大小情况直接影响着工业机械臂的作业效率和精准度。

1.2.3机械臂腕部结构设计腕部是由涡轮涡杆传动副、支撑杆、4台伺服电机、输出法兰等部门组成。在机械臂作业中，需要展开摆轴和俯仰动作，从而完成一些重复性的工业作业。如，同一个位置的焊接工艺。因此腕部结构就依靠差动原理，通过计算机控制软件，将差动输入单元进行布置设计，达到控制两侧涡轮做出摆轴和俯仰轴的动作。

1.2.4机械臂的可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器是确保机械臂的各个加工步骤都能够严格按照设计所展开的关键。在机械臂的加工中，电机功率等必须控制在限定范围内，机械臂的当前状态必须是稳定和谐的，否认容易导致工业机械臂发生故障，引起自动化加工效率低下。对此PLC技术可以发挥自主决策和控制能力，实现机械臂和工业自动化加工系统的信息沟通连接。

1.2.5舵机控制器的设计舵机控制器是控制机械臂各种机械设备动作的电子装置，一般是由单片机、角度传感器等器件组成。其中单片机发挥着信息核心的作用，其能够接收外界的加工指令，并且对于机械臂的各个结构部件和相应的电气设备进行控制和指令下达，从而完成高效作业。

2基于机械臂的工业生产自动化应用现状

2.1机械臂的工业生产自动化应用

事实上，各行业基于机械臂的工业生产自动化发展并不仅仅是依靠于单个的机械臂所展开的，同时工业机械臂的作业对象也不仅仅是只有一种形式。因此基于机械臂的工业生产自动化应用在性能等方面逐渐优化，满足各种自动化生产线的作业需求。

2.1.1机械臂在组合装配环节中的应用在工业生产中，组合装配环节具有重复性高、操作技术简单等特点，在此过程中往往需要大量的人工进行重复性的高质量的操作。随着我国人口红利的消失，在各行业的组合装配环节中逐渐采用工业机械臂来代替人工操作。当前在组合装配环节中，机械臂可以实现同工件的交互，通过直角坐标系定位的方式，将装配线上传送来的工件，进行位置、坐标和方向的调整，确保能够实现组合装配能够精准高效地展开。

2.1.2机械臂在加工生产环节中的应用社会工业化程度的进一步发展，一些新材料、新工艺等的发展促使一些特殊加工行业的诞生。如，热加工行业的发展。在这些特殊的生产加工线上，传统的人工生产加工的危险性变高。如此根据生产加工环节所需要的特殊条件，在不同的机械臂上加装不同的功能模块，能够满足各种行业领域的加工生产需求。如，在热加工行业中，有一些加工步骤需要在温度较高的环境下操作，而下一个加工步骤需要在正常温度下展开。对此，工业机械臂能够发挥同其他机械臂的交互操作，完成多台机械臂协同加工的方式，在机械臂和机械臂的交互加工中，需要统一生产加工线上的机械设备都采用同一套的空间坐标标准，如此才能够确保加工的质量性。

2.2机械臂的在工业生产信息处理自动化方面的应用

工业生产自动化中不仅仅是利用机械替代人手臂的操作，更是利用信息技术来替代人脑，协调每一个生产加工环节，完成对工业生产的质量控制。对此在工业机械臂的自动化应用中，其还可以实现对生产线的信息处理和控制。

2.2.1机械臂在工业生产线数据管理的应用在工业生产自动化发展中，一件产品的生产加工并不是随心所欲的，而是要求能够根据人工的设计方案，按照一定的参数标准加工设计而言。对此，机械臂中的PLC控制软件正是发挥着信息处理的作用。一方面是在加工开始之前，PLC控制器能够接收到产品加工生产的空间坐标和时间信息等相关指令。之后，机械臂的数据中心就是将机械臂的每一个操作工部的空间坐标、加工时间以及相应的次序确定下来，将这些信息下发到各个机械节点上，使得工业生产线上的每一个机械臂都能够各司其职，完成生产加工。

2.2.2机械臂在工业生产线实时控制中的应用不论是人还是机械设备，用得久了总会出现故障等。因此在工业生产自动化中机械臂的应用需要能够做好实时控制，避免因为某一个流水线的故障导致整条生产线崩溃，影响工业生产效率和质量。对此机械臂中的PLC控制器可以实现对实时的加工统计，对于机械臂的功耗控制等，甚至可以通过对机械臂的各个构件的使用情况的判断，及时有效地将信息传递给数据中心，以便对机械臂提出下一步的加工指令。如，在机械臂的机电设备中安装有故障报警功能，当自身出现部件故障时，可以发出警报，相关故障信息数据也会传递给数据中心，由数据中心的技术人员进行分析，完成故障的排查和维护管理。最大限度地控制好事故的危害性，将损失最小化。

3基于机械臂的工业生产自动化应用未来趋势

总之，工业生产自动化发展已经成为大势所趋，机械臂在工业生产自动化中的应用还不够全面、科学，这主要是因为我国关于工业机器人的发展起步较晚，当前的机械臂运动控制系统设计还不够智能化、信息化。目前我国已经正式将工业机器人列为科技发挥着那计划中，要求能够大力发展工业机器人，满足各行业对于工业机器人的应用需求。而影响工业机器人的应用效率的根本就是要求掌握好机械臂运动控制系统的核心设计技术。通过建立起开放式结构的工业机械臂运动控制系统的软硬件平台，让机械臂运动系统操作更加简单，精准度和可靠性更加高。同时还要求借此降低机械臂的系统的成本造价，让越来越多的传统工业能够导入机械臂系统，实现自动化生产转型升级。在现在乃至是未来的一段时间内，在人工智能、计算机科学、传感器技术等相关技术的创新支持下，机械臂控制系统在工业生产自动化中的应用将会得到更进一步的发展。

4结束语

随着工业社会的发展，工业机器人所扮演着角色越来越重要。当前在产业转型升级的当口，劳动密集型、技术密集型的行业必须实现生产自动化发展，提高生产效率和生产质量。在此背景下自动化生产得到进一步发展。随着工业自动化的升级，各行业将会出现各种形式的自动化生产线，实现产业转型升级，提高产业生产效率和生产质量。当前机械臂的工业生产自动化应用尚处于起步阶段，在我国的工业生产自动化中，机械臂的应用仍旧存在明显的技术短板，未来随着机器人技术、人工智能等专业理论和技术的进一步发展，实现全智能、柔性化的工业机械臂自动化生产顺理成章。

参考文献：

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作者：杨乾熙 单位：南阳农业职业学院