浅谈机器人控制的实际应用
一、了解内容掌握知识
什么是机器人？机器人是一种自动的，位置可控的具有编程能力的多功能机
械手。这种机械手有几个轴能够借助于编程操作来处理各种材料、零件、工具和
专用装置，以执行各种任务，也叫做工业机器人操作臂。20世纪60年代——90
年代中期代表性的工业机器人。第一代、第二代机器人（操作机器人）典型的工
作任务：1.定位操作运动，如搬运工作。2.连续轨迹运动，如喷漆、电焊作业。
3.装配作业。典型的作业为将销插入销孔中，其他如灵活操作、回避障碍。20
世纪90年代——本世纪现代仿生机器人。第三代机器人——智能机器人。现代
机器人的研究内容：机器人本体：集成化设计与系统。工作环境及对象：不确定、
智能化程度要求高。控制系统设计难度大。现在机器人特点为：1.像人或人的上
肢，并能模仿人的动作。2.具有治理或感觉与之别能力。3是人造的机器或机械
装置。
运动学控制法具有控制系统结构简单、容易实现实时控制的特点。可适用于
工业生产或日常生活中工作速度不高，结构简单，系统机械惯量较小，容易实现
控制，精度要求较低的机器人。例如：玩具机器人；焊接机器人；搬运机器人等。
工业机器人操作臂的示教控制法是否可进行操作力的示教：（1）机器人的操
作臂的末端操作器，在作业时不受周围作业空间内的物理环境力学的作用限制。
本方法适用于焊接、喷漆等机器人。（2）在约束空间内，操作手末端或操作所抓
握的操作物与环境接触，末端不仅要保持操作的位置与姿态，同时还要满足与环
境接触相互作用力才能顺利完成作业。本方法适用于研磨、打磨、装配等作业，
受与环境接触的约束条件限制。
作为机器人控制基本的运动方程式的动力学具有以下特征：一＼ 拉格朗日
方程式吧机器人操作臂作为一个整体从能量的角度利用拉格朗日出数推导出运
动方程式。不涉及相邻的杆件之间的作用力、力矩关系。二＼牛顿——欧拉法。
关于平动的牛顿运动方程式和回转运动的欧拉法运动方程式。描述构成机器人操
作臂的一个个杆件的运动。这种方法涉及相邻的杆件之间相互作用的礼盒力矩的
关系。机器人是构造学、运动学等控制理论等科学发展水平的综合体现，是当前
国内外研究的热点问题之一，在高校机器人设计活动也已开展起来，我想这种氛
围对我国机器人的研制开发特别以及专业方面的人才培养是具有积极意义的。
二、高精度机器人自动冲压折边系统为化工行业解难
在化工设备领域中，高品质的电解槽虽然价格昂贵，但市场需求量非常大往
往处于供不应求的状态。为此，化工设备生产企业急需更高效的解决方案。09
年2月，我公司设计制造的机器人自动冲压折边系统通过用户验收，并投入生产，
为企业解决了燃眉之急。
镍、钛两种板材作为电解槽的常用板材，具有材质偏软的特点。用户要求针
对镍、钛两种板材，单边正折2次，反折1次，四侧边共折边12次，累计尺寸
误差≤?0.3mm，并且表面不能有压痕。
该项目的技术难点在于：机器人抓取板材配合折边压机工作，如果板材在冲
压过程中受到机器人的拉扯力，则会形成折边角度不够或者误差偏大的情况。为
此，在折边压机的下压过程中，机器人需同步执行上举动作，并保证机器人动作
与压机动作完全协调一致。
为攻克这一难题，我们在仔细分析人工折边工艺的基础上，采用机器人外部
参考点的示教方法，同时对机器人自动折边系统的折边工艺进行调整，配合折边
压机的冲压过程，改进程序点上举动作轨迹，并通过与折边压机的信号通讯，有
效消除了机器人对板材的拉扯力。通过以上方案的改进，机器人自动冲压折边系
统成功地将折边累计误差控制在0.28mm以内，成形美观，质量稳定。
机器人自动折边系统不仅提高了产品质量的稳定性，结合配套的自动供料系
统，取代原始人工作业模式，每班次节省4名操作人员，并可不间断连续生产，
提高了生产效率，为化工设备企业带来了直接的经济效益，。
三、工业机器人“日趋而上” 未来的发展不容置疑
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先
进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上
第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统
（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。
自从20世纪60年代人类制造了第一台工业机器人以来，机器人就显示出了
极强的生命力。经过40年的飞速发展，在工业发达国家，机器人已经广泛应用
于汽车工业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流、
制造业等诸多领域中。
中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，汽车及其零部件
制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和
国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速
度也会进一步提高。
工业机器人作用大。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，
而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原
材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，
工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。
工业机器人发展乐观。工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提
高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条
件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。
在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。
随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器
人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到
诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行
业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，
如无人侦察机（飞行器）、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应
用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。鉴于此，工业机
器人可以说是节约劳动生产力，提高产量的尤物，是人类机械化提高的一个重要
标志，工业机器人的未来发展是十分乐观的。