机器人在工程机械行业中的应用及关键技术的探讨

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　　[摘要]工程建设行业是现阶段我国经济发展的支柱型产业，如何在保证质量的前提下提高工程建设效率一直都是企业发展所面临的重大课题。近年来，随着计算机技术和科学技术的飞速发展，机器人在工程机械行业中的应用引起了行业的高度重视。文章首先对机器人在工程机械行业中的应用特点进行简要介绍，并在此基础上对其关键技术进行探讨，以此来为日后机器人在工程机械行业中的有效应用提供参考。
　　[关键词]机器人 工程机械行业 应用 关键技术
　　近年来，我国社会经济发展步入了一个全新时期，对工程建筑行业发展也提出了新的要求。在新时期背景下，建筑行业除了要保证自身产品质量外，还要尽可能提升自身的经济效益和社会效益，这样才能够在激烈的市场竞争中占据一席之地。机器人的出现让工程建筑行业的发展达到了这一需求，在工程建筑行业中发挥着不可替代的作用。
　　一、机器人在工程机械行业中的应用特点
　　工业机器人的普及与发展要追溯到上个世纪60年代，因为机器人技术不单单融合了机、电、液、微机处理等技术，而且还加入了先进的人工智能技术、自动控制技术和仿生等学科，可以应用于社会多个领域中，因此，受到了人们的高度重视。自从机器人技术应用以来，成果最为显著的要数制造业，因为制造业环境也其他行业相比相对静止，对于机器人的应用具有良好的可控性和可预测性，并且对机器人没有智能化要求。但在工程施工中的应用则不然，由于工程施工环境复杂、多变，而且具有很强的突发性和不可控因素，如在钻凿炮孔过程中，随时可能遭遇围岩地质、地压突变，以至发生“卡钎”等;铲装时铲齿插入非起爆的矿石裂缝，则会使载荷陡增而发生“失速”或“熄火”等。所以，若想让工业机器人符合工程施工需求，除了要满足工程齐全之外，还要确保能够适应多变的工程施工环境，并对这种变化自动、及时的做出响应，应该具有判断、决策和执行的能力。换句话说，与制造业机械人相比，工程机械机器人要具有智能性。
　　二、工程机械机器人的关键技术
　　（一）适用于工程机械的并联机构即各种基本构型
　　结构简单、刚度大、动态性能好是以并联机构为基础构型的机器人的几大优点，正因为如此，所以现阶段此类机器人在社会发展的多个领域都有应用。就以往并联机构类机器人的运行情况来看，为了将此类机器人的优点最大限度发挥出来，技术人员可以通过更换并联机构末端执行器来进一步对机器人的功能进行优化和完善。所以，将机器人技术应用到工程建设中，工作人员一定要结合工程施工的实际需求，对机器人技术进行深入研究，并在此基础上分析不同类型并联机构的结构、特性，然后将其合理应用到工程建设中，收获最佳应用效果。
　　（二）精度及动态测量
　　在机器人技术应用和发展过程中，精度和动态测量是两个十分重要的指标。同样以并联机构机器人为例，在精度方面，其主要体现在末端执行器的位置误差。研究表明，机器人在应用过程中之所以会出现误差，其原因基本上都是由零部件制造、装配、铰链间隙、伺服控制、载荷及热变形等因素导致的。此外，机器人本身结构、系统特性和作业中振动等因素也是导致误差出现的重要原因。为了提高精度，减小误差，技术人员需要做好两方面的工作：一是对机器人的零部件进行优化，推行专业化、规模化生产，并保证其安装精度，减小铰链间隙;其次是要设置精度测量、反馈和误差修正系统，方便及时发现误差，第一时间采取相应的整改措施，保證机器人技术应用的有效性。
　　（三）工作空间
　　所谓工作空间，主要指的是末端执行器上某一给定参考点可以到达的点的集合。现如今，工作空间已然成为衡量机器人性能的重要指标，尤其对于应用在工程建设中的机器人而言，这一指标是否满足要求至关重要，研究表明，机器人工作空间与机器人的结构构型、结构参数，以及关节变量的允许活动范围密切相关。近年来，为了进一步提升机器人的工作空间，技术人员尝试通过对冗余自由度的调节来达到目标，但实际上，这一方法确实能够将因机器人工作空间小而不能满足作业要求这一问题解决，但若想准确、容易的获取任意一种工程机械中机器人的工作空间，并正确分析工作空间的奇异性等，还存在许多困难，需要技术人员在未来的时间里继续对其进行深入研究。
　　（四）控制系统和控制策略
　　作为工程机器人的控制系统，在设计时，既要为机器人末端执行器完成高精度、高效率的作业实行实时监控，通过所配备的控制系统软、硬件，将执行器的坐标数据及时转换成驱动执行器的控制数据，使之具有智能化、自适应系统变化能力，还要采取有多个控制通路或多种形式控制方式的策略。必须拥有自动、半自动和手工控制等控制方式，以应对各种突发情况下，通过人机交互选择后，仍能完成定位、运移、变位、夹持、送进、退出与检测等各种施工作业的复杂动作，使机器人始终能按照人们所期望的目标保持正常运行和作业。
　　三、结语
　　综上所述，随着我国工程建筑行业发展脚步的不断加快，机器人在工程机械行业中的应用将成为一个必然趋势。就我国目前此方面工作开展的现状来看，仍然存在一些有待解决的问题，这就需要技术人员要从问题本质入手，结合工程机械行业发展的实际需求对机器人技术进行不断更新与完善，切实提高机器人性能，进而将其作用在工程机械行业中的优势最大限度发挥出来，更好的促进我国社会经济的长足发展。
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