社會經濟的進一步發展，社會各行業實現了信息化、智能化、精細化發展，傳統的人工操作已經不能夠滿足生產制造需求了。而人工智能技術的發展，將機器人技術應用于現代工業中，代替人工操作流程，展開自動化生產。當前應用最為廣泛的自動化機械裝置當屬機械臂，它不僅僅在工業生產領域擁有巨大的應用空間，在娛樂服務、醫療行業、軍事等領域都能夠廣泛應用到。利用工業機械臂一方面可以操縱機械構件模仿人類的手臂和腦力功能，完成各種作業的自動控制，完成作業要求;另一方面是工業機械臂技術應用逐漸普及化，采用機械臂生產制造效率和質量遠遠高于人工操作，因此具有較高的經濟效益。總之，機械臂的工業生產自動化已經成為一個新的高新技術產業。

　　1機械臂概述

　　1.1機械臂概述

　　工業機械臂是一種仿生機電設備，能夠通過借助人工智能技術，模擬展開人手動作來改變物體的位姿達到生產加工的效果。如，工業機械臂可以完成搬運、焊接等工作，還可以實現人機交互技術，應用到一些勞動密集型的生產行業中。一般來說，機械臂由五個空間定位的自由度和一個用來夾持物體的自由度組成。

　　1.2工業機械臂的結構設計

　　工業機械臂是一個費力杠桿結構，其硬件設施主要由回轉部、大臂、小臂以及腕部組成。回轉部控制機械臂的回轉運動，循環展開作業;大臂和小臂主要是配合實現機械臂在空間位置上的移動。如，前后、上下等位置控制;而腕部則是實現俯仰軸和擺動動作。不論是在哪一個行業生產流程中，機械臂的四個結構部件相互配合都能夠完成作業流程軌跡。組成大小臂、回轉部和腕部都是由計算機系統控制軟件和各種硬件部件所組成的。而一整套的機械臂還需要有舵機、PLC、電源等機電設備。硬件設施確保工業機械臂能夠完成各種作業加工動作;而機械臂的軟件設施則是確保機械臂系統能夠按照既定的工業生產設計標準，展開精準化的自動化加工。工業機械臂如圖1所示。

　　1.2.1大小臂的結構設計工業機械臂的大小臂都是平衡缸、電動缸和大臂梁等硬件組成，大小臂均組建成平行四邊形框架結構形式，在大小臂的電動缸上均安裝有機電系統，其能夠通過離合器帶動驅動推桿的角度變化，實現機械臂的水平和豎直方向的移動。

　　1.2.2機械回轉部結構設計回轉部結構主要由伺服電機、渦輪、渦桿、回轉支撐、回轉軸等零部件組成。在作業中，回轉部的2臺伺服電機同時運行，帶動渦桿進行旋轉運動，使得同渦桿鏈接的機械機體可以實現回轉作業。工業機械臂的回轉部結構可傳遞扭矩大小情況直接影響著工業機械臂的作業效率和精準度。

　　1.2.3機械臂腕部結構設計腕部是由渦輪渦桿傳動副、支撐桿、4臺伺服電機、輸出法蘭等部門組成。在機械臂作業中，需要展開擺軸和俯仰動作，從而完成一些重復性的工業作業。如，同一個位置的焊接工藝。因此腕部結構就依靠差動原理，通過計算機控制軟件，將差動輸入單元進行布置設計，達到控制兩側渦輪做出擺軸和俯仰軸的動作。

　　1.2.4機械臂的可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器是確保機械臂的各個加工步驟都能夠嚴格按照設計所展開的關鍵。在機械臂的加工中，電機功率等必須控制在限定范圍內，機械臂的當前狀態必須是穩定和諧的，否認容易導致工業機械臂發生故障，引起自動化加工效率低下。對此PLC技術可以發揮自主決策和控制能力，實現機械臂和工業自動化加工系統的信息溝通連接。

　　1.2.5舵機控制器的設計舵機控制器是控制機械臂各種機械設備動作的電子裝置，一般是由單片機、角度傳感器等器件組成。其中單片機發揮著信息核心的作用，其能夠接收外界的加工指令，并且對于機械臂的各個結構部件和相應的電氣設備進行控制和指令下達，從而完成高效作業。

　　2基于機械臂的工業生產自動化應用現狀

　　2.1機械臂的工業生產自動化應用

　　事實上，各行業基于機械臂的工業生產自動化發展并不僅僅是依靠于單個的機械臂所展開的，同時工業機械臂的作業對象也不僅僅是只有一種形式。因此基于機械臂的工業生產自動化應用在性能等方面逐漸優化，滿足各種自動化生產線的作業需求。

　　2.1.1機械臂在組合裝配環節中的應用在工業生產中，組合裝配環節具有重復性高、操作技術簡單等特點，在此過程中往往需要大量的人工進行重復性的高質量的操作。隨著我國人口紅利的消失，在各行業的組合裝配環節中逐漸采用工業機械臂來代替人工操作。當前在組合裝配環節中，機械臂可以實現同工件的交互，通過直角坐標系定位的方式，將裝配線上傳送來的工件，進行位置、坐標和方向的調整，確保能夠實現組合裝配能夠精準高效地展開。

　　2.1.2機械臂在加工生產環節中的應用社會工業化程度的進一步發展，一些新材料、新工藝等的發展促使一些特殊加工行業的誕生。如，熱加工行業的發展。在這些特殊的生產加工線上，傳統的人工生產加工的危險性變高。如此根據生產加工環節所需要的特殊條件，在不同的機械臂上加裝不同的功能模塊，能夠滿足各種行業領域的加工生產需求。如，在熱加工行業中，有一些加工步驟需要在溫度較高的環境下操作，而下一個加工步驟需要在正常溫度下展開。對此，工業機械臂能夠發揮同其他機械臂的交互操作，完成多臺機械臂協同加工的方式，在機械臂和機械臂的交互加工中，需要統一生產加工線上的機械設備都采用同一套的空間坐標標準，如此才能夠確保加工的質量性。

　　2.2機械臂的在工業生產信息處理自動化方面的應用

　　工業生產自動化中不僅僅是利用機械替代人手臂的操作，更是利用信息技術來替代人腦，協調每一個生產加工環節，完成對工業生產的質量控制。對此在工業機械臂的自動化應用中，其還可以實現對生產線的信息處理和控制。

　　2.2.1機械臂在工業生產線數據管理的應用在工業生產自動化發展中，一件產品的生產加工并不是隨心所欲的，而是要求能夠根據人工的設計方案，按照一定的參數標準加工設計而言。對此，機械臂中的PLC控制軟件正是發揮著信息處理的作用。一方面是在加工開始之前，PLC控制器能夠接收到產品加工生產的空間坐標和時間信息等相關指令。之后，機械臂的數據中心就是將機械臂的每一個操作工部的空間坐標、加工時間以及相應的次序確定下來，將這些信息下發到各個機械節點上，使得工業生產線上的每一個機械臂都能夠各司其職，完成生產加工。

　　2.2.2機械臂在工業生產線實時控制中的應用不論是人還是機械設備，用得久了總會出現故障等。因此在工業生產自動化中機械臂的應用需要能夠做好實時控制，避免因為某一個流水線的故障導致整條生產線崩潰，影響工業生產效率和質量。對此機械臂中的PLC控制器可以實現對實時的加工統計，對于機械臂的功耗控制等，甚至可以通過對機械臂的各個構件的使用情況的判斷，及時有效地將信息傳遞給數據中心，以便對機械臂提出下一步的加工指令。如，在機械臂的機電設備中安裝有故障報警功能，當自身出現部件故障時，可以發出警報，相關故障信息數據也會傳遞給數據中心，由數據中心的技術人員進行分析，完成故障的排查和維護管理。最大限度地控制好事故的危害性，將損失最小化。

　　3基于機械臂的工業生產自動化應用未來趨勢

　　總之，工業生產自動化發展已經成為大勢所趨，機械臂在工業生產自動化中的應用還不夠全面、科學，這主要是因為我國關于工業機器人的發展起步較晚，當前的機械臂運動控制系統設計還不夠智能化、信息化。目前我國已經正式將工業機器人列為科技發揮著那計劃中，要求能夠大力發展工業機器人，滿足各行業對于工業機器人的應用需求。而影響工業機器人的應用效率的根本就是要求掌握好機械臂運動控制系統的核心設計技術。通過建立起開放式結構的工業機械臂運動控制系統的軟硬件平臺，讓機械臂運動系統操作更加簡單，精準度和可靠性更加高。同時還要求借此降低機械臂的系統的成本造價，讓越來越多的傳統工業能夠導入機械臂系統，實現自動化生產轉型升級。在現在乃至是未來的一段時間內，在人工智能、計算機科學、傳感器技術等相關技術的創新支持下，機械臂控制系統在工業生產自動化中的應用將會得到更進一步的發展。

　　4結束語

　　隨著工業社會的發展，工業機器人所扮演著角色越來越重要。當前在產業轉型升級的當口，勞動密集型、技術密集型的行業必須實現生產自動化發展，提高生產效率和生產質量。在此背景下自動化生產得到進一步發展。隨著工業自動化的升級，各行業將會出現各種形式的自動化生產線，實現產業轉型升級，提高產業生產效率和生產質量。當前機械臂的工業生產自動化應用尚處于起步階段，在我國的工業生產自動化中，機械臂的應用仍舊存在明顯的技術短板，未來隨著機器人技術、人工智能等專業理論和技術的進一步發展，實現全智能、柔性化的工業機械臂自動化生產順理成章。

　　參考文獻：

　　[1]趙建軍.基于機械臂的工業生產自動化[J].河南建材，2020，04：150-151.

　　[2]梁開旭.機械臂拾取裝置的模糊控制仿真研究[J].現代機械，2018，06：19-22.

　　[3]梁禮群.自動化生產線搬運機械手設計研究[J].組合機床與自動化加工技術，2018，04：162-164.

　　[4]谷勇霞，張玉玲，趙杰亮，閻紹澤.柔性機械臂動力學建模理論與實驗研究進展[J].中國機械工程，2016，27(12)：1694-1703.

　　[5]鄭棋棋，湯奇榮，張凌楷，黎杰，謝宗武，劉宏.空間機械臂建模及分析方法綜述[J].載人航天，2017，23(01)：82-97.

　　《機械臂工業生產自動化現狀分析》來源：《內燃機與配件》，作者：楊乾熙