智能机器人在工业制造中的自动化应用与优化.pdf

技术与创新 技术与创新 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料94摘要：智能机器人是一种能够模拟人类行为和智能的机器人系统，可以通过感知、决策和执行来完成各种工业任务，智能机器人的应用可以大幅提高工业生产的效率和质量，已成为工业制造领域中不可或缺的重要技术。基于此，文章深入分析了智能机器人在工业制造中应用的意义，探讨了智能机器人在工业制造中的自动化应用，提出了相应的优化路径，并展望了智能机器人在工业制造中的发展趋势。通过研究，可以更好地了解智能机器人在工业制造中的自动化应用与优化，并为实际生产提供有益的借鉴和指导。关键词：智能机器人；工业制造；智能控制技术分类号：TP242.2；TH16智能机器人拥有感知、自学及决策的能力，科技迭代飞速，智能机器人已在工业制造领域广泛应用，智能机器人按照预设程序与算法执行，独立完成各项职责，以提高产值与品质。工业生产领域中智能机器人的应用与优化，已经成为当前社会重点关注的焦点1。1 智能机器人在工业制造中应用的意义科技的持续进步加快了智能机器人应用的不断拓展，为工业制造领域带来了巨大的改变和机遇。通过利用智能机器人实现生产自动化，企业能够实现更高效、更精确、更可靠的生产过程，从而提升工作效率、降低生产成本和优化产品品质。首先，智能机器人具备高效处理任务的能力。相比人类劳动力，智能机器人能够以更高的速度完成重复性、烦琐的任务，并且具备卓越的准确性和一致性，这不仅能减轻工人的劳动压力，还能大幅度缩短生产周期，提升生产效率。其次，智能机器人的应用能够显著降低生产成本。虽然智能机器人的初期投资较高，但长期运行和维护成本相对较低，智能机器人能够在不间断的工作环境中高效运行，并且在生产过程中减少了人为错误和资源浪费，从而节约了成本。此外，智能机器人的应用还能降低次品比例，减少了因次品而造成的材料和能源浪费，进一步降低生产成本。最后，智能机器人的应用推动了产品质量的提升。智能机器人在操作和执行生产任务时具有高精度和一致性，可以准确无误地完成各项工作。智能助手还能实时监控和评估生产数据，及时发现潜在的问题，并快速采取措施进行解决，保证产品的一致性和稳定性。通过智能机器人的应用，企业能够提高产品的质量标准，满足客户的需求，增强市场竞争力。2 智能机器人在工业制造中的自动化应用2.1 装配方面得益于自动化和智能化手段，机器人在工业制造中可以轻松实现产品的组装和集成等各种任务。智能机器人依靠视觉和力传感器实时掌握产品的状况，包括位置和受力情况，从而确保装配精度和产品质量。在智能机器人中，视觉传感器是一个重要的配置，视觉传感器相当于机器人的视觉神经，通过观察生产中的物品，通过相关算法分析推测出产品的生产程序、生产工艺和形状特征等，通过对这些内容进行观察和分析，智能机器人可以实现对产品的精准组装。而智能机器人的力传感器可以感知外部力量的大小和方向，在生产过程中对实际应用的力量进行监测。智能机器人可以根据产品的特征使用相应的力量，确保装配过程中不会因过度用力而造成产品损坏，通过视觉传感器和力传感器提供的实时信息，智能机器人可以建立具有自我调节功能的控制回路，并根据获取的信息调整动作和操作，实现精确的装配和拼接2。智能机器人具有自主学习和进步的能力，在对工业产品进行组装和计算的过程中，智能机器人可以不智能机器人在工业制造中的自动化应用与优化史书源太原学院，山西 太原 030032文章编号：2096-3092（2024）02-0094-03作者简介：史书源，男，本科，研究方向为智能科学与技术。造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 技术与创新技术与创新95断优化算法，提高自身与产品生产的适配性。通过不断学习和进步，智能机器人可以提高装配的效率和质量，适应不断变化的生产需求3。2.2 焊接方面集成到焊接过程中的智能机械臂可显著优化焊接效果，确保焊接的精度和效率。通过激光传感器和摄像头的集成，智能机器人具备了实时识别焊点属性的技能，设备可根据焊接要求自动完成焊接过程。一方面，激光传感器可以准确捕捉焊点的尺寸和形状，通过发射激光束并分析激光反照率数据，准确定位焊点的方向和属性。智能机器人依靠这些数据对焊接仪器的布局和操作进行微调，以确保焊接仪器和焊接间隙的准确定位。另一方面，摄像头有助于实时监控生产过程，在摄像头的捕捉范围内，可呈现焊接接头的图像，深入探究焊接接头的形状和质量，并利用图像处理技术进行综合分析。智能机器人可根据分析结果采取行动，优化焊接条件以提高焊接质量，并掌握焊接速度和电流。在激光传感器和摄像头的协同作用下，智能机器人可以助力精密焊接领域，准确获取焊点的实时信息和形状，摄像头可同步监控焊接过程并评估焊接效果。机器人智能可实时调整这些数据，以达到预设的焊接效果。此外，智能机器人可以在高温、有毒、高压等复杂环境下进行焊接，减轻焊接工人的压力，避免焊接工人受到危险。2.3 喷涂方面智能机器人在喷涂领域表现卓越，可根据喷涂要求独立完成喷涂作业。通过激光传感器和颜色检测器，智能机器人能够实时监控喷涂面积和颜色，从而确保喷涂的平衡和效率。首先，激光传感器帮助智能机器人准确把握喷涂场景。激光传感器辅助环境扫描功能，精确定位的三维地图为机器人提供喷涂区域和表面形状的精确导航，优化喷涂的精度和准确性。其次，颜色感知器得以实时监控，保障智能机器人涂料颜色的精确度。颜色探测器可精准测量涂抹物体的色泽，进而将这些数据输送至对应的人工智能助手，颜色传感器所提供的数据将用来调控智能机器人喷涂参数，确保涂层色泽的一致性。最后，智能机器人能根据需求自动调整喷涂方案。通过喷涂设备接口，智能机器人能够获取喷涂相关参数，比如涉及喷涂速度、喷涂厚度等，根据设定条件进行自主操作，优化喷涂动作参数，以达成优异的喷涂效果，大幅提升喷涂效率，优化人工操作，减轻失误与波动。智能机器人依靠激光传感器和颜色传感器实时观察喷洒区域和喷洒过程中的颜色变化，从而确保喷洒过程均衡高效。3 智能机器人在工业制造中的应用优化路径3.1 提高机器人的精度智能机器人在工业制造中的自动化应用领域已经形成一定的应用习惯，为了促进工业制造中的自动化应用领域更加科学，相关人员应当对智能机器人的精度进行提升。（1）使用更加精确的传感器。传感器作为环境感知的关键部件，是机器人领域的关键，精度高、性能稳定的传感器能有效提升机器人的目标物体识别能力。（2）对智能机器人的算法进行优化。机器人的动作精度受到其控制算法的限制。通过算法优化，机器人运动控制和路径规划的精度有望得到提高，比如使用更精确的运动学模型和路径规划策略来实现更精确的装配和焊接。（3）对智能机器人进行详细校准。随着时间的推移和使用频率的增加，机器人的精度可能会逐渐失衡，定期对机器人进行精密调整有助于消除偏差并确保其精度。校准过程包括传感器调整、机械结构优化和控制参数配置。（4）提高智能机器人的刚性。重构机器人架构是一种切实可行的途径，通过优质物料选用及机器人关节设计的优化，实现性能提升，优化机器人整体刚度。（5）引入反馈控制。采用力、力矩或位置反馈控制策略，动态控制机器人行为，以保持精度和稳定性，比如在装配过程中仔细控制零件的强度和方位，动态调整机器人的力矩和位置，确保装配精度稳如磐石。3.2 提高智能机器人的速度通过优化动作规划算法、优化硬件架构、并行化运动规划和控制过程，以及应用强化学习和深度学习技术，可以有效提高智能机器人在工业制造中的速度和生产效率，推动智能机器人的发展，实现更高效的生产自动化。（1）通过优化运动规划算法，可以加快运动效率，使机器人能够在较短的时间内完成更多的任务。例如，采用快速规划算法，如 RRT（Rapidly-exploring Ran-技术与创新 技术与创新 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料96dom Trees）或 RRT*（Rapidly-exploring Random Trees Star），快速找到可行路径，提高机器人的工作速度。（2）对智能机器人的硬件进行优化。优化硬件架构和零部件有助于进一步提高机器人的速度，采用更轻便且性能出色的材料，可以减轻机器人的负重和惯性；采用卓越的电机和传感器技术，可以优化机器人的动态表现和应变能力，提高运动速度和精确度。（3）将运动规划和控制的过程并行化。将机器人的行动调度和控制任务划分为多个细分任务，并采用并行计算策略来同时处理数据，以优化机器人的行动效率。例如，设计同步的机器人路径规划、轨迹生成和运动控制，提高运动效率，加快机器人的工作速度。（4）应用强化学习和深度学习技术。利用人工智能领域的强化学习和深度学习技术，机器人可以通过自主学习和优化来提高行动速度，通过多次尝试和优化，机器人可以实现动作编排和控制策略的高效提升，从而使其运动更快捷而高效。3.3 提高机器人的灵活性通过引入感知和决策系统、设计灵活可调节的机械结构、提供灵活的编程和控制接口，以及推动机器人与人类的协作，提高智能机器人在工业制造中的灵活性和适应性，促使智能机器人能够更好地适应不断变化的生产环境，并提供更高效的自动化解决方案。（1）引入感知和决策系统。通过增加机器人的感知器官，如摄像头、激光雷达等设备，使机器人能够更加敏感地感知周围环境的变化。同时，借助机器学习算法，机器人可以根据获得的数据作出相应的行为决策，以应对各种生产需求和适应环境变化。（2）设计灵活可调节的机械结构。机器人的结构部件需要具备一定的变形和适应能力，能够根据各种任务 的需要进行自我调整，设计可延展的柔性杆和关节，使机器人能够适应不同工作场所和部件尺寸的变化。（3）提供灵活的编程和控制接口。为机器人提供简单、灵活的编程和控制通道，使其能够轻松地进行任务编程和控制参数的优化，如采用图形化编程工具和自然语言处理技术，降低使用门槛，使非专业人员也能够轻松地与机器人进行交互和控制，提高机器人的灵活性和可操作性。（4）推动机器人与人类的协作。将机器人打造成能够与人类高效协作的工具，通过传感器融合和路径规划等技术，实现机器人与人类的紧密配合，让机器人能够更加灵活地应对各种变化和任务需求，进一步提升其应用的灵活性。4 智能机器人在工业制造中的发展趋势未来，智能机器人的发展趋势将更加偏向于人机协作、智能化和互联互通，这些发展趋势将推动工业生产向更高效、更安全和更智能的方向发展，为各行业带来全新的生产方式和管理模式。传统机器人往往独立工作，但随着机器人技术的进步，机器人将能够与人类在同一工作空间中进行安全的协作，更多与人类进行协作和共存。例如，机器人可以与工人共同完成重复、危险或烦琐的任务，从而提高生产效率并保障工人的安全。未来的机器人将不再仅仅独立处理任务，而是与人类共享办公空间，安全地开展合作，机器人将可以处理一些烦琐、高风险或乏味的任务，从而有效守护人力资源，提高生产效率。同时，未来机器人的智能化将更加深入，依赖于大数据和互联网的互联互通，机器人将能够与云平台和其他机器人进行实时交互，依靠大数据和人工智能技术进行实时分析和决策，从而更好地应对复杂的生产环境，实现生产和管理的智能化迭代。5 结束语智能机器人在工业制造中的自动化应用和优化已经取得了显著的进展，随着科技的发展和创新的推动，智能机器人正逐渐成为改善生产效率、提高产品质量和降低生产成本的关键因素。通过不断地创新和发展，智能机器人可以为工业制造带来更高效、更精确和更安全的生产方式，为了实现智能机器人在工业制造中的广泛应用，还需要继续解决技术和成本上的挑战，同时注重人机协作和安全性等方面的研究，为智能机器人的进一步发展提供有力的支持和保障。参考文献1 柳满昌,董成龙,刘静,等.一种自适应多功能智能管道机器人设计J.机械设计,2023,40(增刊2):82-87.2 郑嘉贤.智能制造领域中工业机器人技术的应用J.造纸装备及材料,2023,52(11):25-27.3 陈仁祥,张雁峰,杨黎霞,等.工业机器人在航空制造领域的应用与发展趋势J.航空制造技术,2023,66(22):22-32.