自動(dòng)化視域下搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

張強(qiáng) 潘振東 陶承虎 曹振波

摘? ?要：目前，我國(guó)很多行業(yè)都開(kāi)始采用自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備，尤其是對(duì)于物流、電氣等行業(yè)，自動(dòng)化的搬運(yùn)機(jī)器人更是起到了提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全的作用。PLC技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人自動(dòng)化的重要技術(shù)，在控制系統(tǒng)中有著十分廣泛的應(yīng)用。在機(jī)器人設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，甚至有設(shè)計(jì)單位已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)出達(dá)到智能化水平的搬運(yùn)機(jī)器人。并且，搬運(yùn)機(jī)器人也逐漸往微型化的方向發(fā)展。這些搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，真正促進(jìn)了我國(guó)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化? 搬運(yùn)機(jī)器人? 控制系統(tǒng)? PLC? 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（a）-0072-02

對(duì)于搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，包括控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。同時(shí)，想要真正保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，還需要開(kāi)展系統(tǒng)可靠性檢驗(yàn)試驗(yàn)、系統(tǒng)安全性檢驗(yàn)試驗(yàn)、軟件測(cè)試等工作，從而明確系統(tǒng)的實(shí)際情況，明確設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題和缺陷，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化和調(diào)整。這樣，才能真正做好自動(dòng)化的搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。本文也從以上幾個(gè)方面進(jìn)行討論和研究，以期為后續(xù)機(jī)器人設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1? 搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容概述

1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人主要功能的重要組成部分，所以該部分內(nèi)容處于設(shè)計(jì)工作中的首要位置。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要明確機(jī)器人的工作流程，一般采用PLC技術(shù)，目前系統(tǒng)中還會(huì)融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時(shí)還會(huì)廣泛應(yīng)用可編程控制器，這樣能夠更好地完成機(jī)器人多組運(yùn)行功能的集成化控制。在這一設(shè)計(jì)理念的指引下，機(jī)器人的靈活性得到了有效的提升，并且能夠進(jìn)一步縮小機(jī)器人的體積。同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，PLC技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，并且也十分成熟，因此在自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)中PCL技術(shù)的應(yīng)用具有很高的可行性。在成本控制方面，PLC技術(shù)的應(yīng)用也有很好的表現(xiàn)[1]。

1.2 傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳感系統(tǒng)是機(jī)器人確定搬運(yùn)物品位置、形狀、目的地位置等信息的重要元件，同時(shí)也起到為機(jī)器人及操作人員提供工作環(huán)境數(shù)據(jù)的作用。因此，傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有同樣重要的作用。一般來(lái)說(shuō)，需要在機(jī)器人中安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭，保證能夠獲取到第一手的圖像信息。為此還需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人工智能技術(shù)的配合，對(duì)于某些行業(yè)的機(jī)器人需要采用雷達(dá)、紅外等探測(cè)技術(shù)，從而組成傳感系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)搬運(yùn)機(jī)器人我們發(fā)現(xiàn)，具有傳感系統(tǒng)的機(jī)器人，其自動(dòng)化水平以及智能化水平更高，并且能夠更準(zhǔn)確地完成搬運(yùn)工作[2]。

1.3 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械硬件部分的設(shè)計(jì)以及硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是搬運(yùn)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的兩大組成部分。其中硬件部分包括機(jī)械手臂、軸承結(jié)構(gòu)、承重結(jié)構(gòu)等等，硬件控制系統(tǒng)則包括傳感器、網(wǎng)絡(luò)線路等等。

1.4 探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中多運(yùn)用紅外探測(cè)技術(shù)，必要的情況下會(huì)使用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)或者超聲波探測(cè)技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，并且這些技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有較為理想的可行性[3]。

1.5 安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于搬運(yùn)機(jī)器人所搬運(yùn)的物品有可能是體積較大、重量較大的物品，因此其工作過(guò)程具有一定的危險(xiǎn)性，因此需要根據(jù)機(jī)器人具體的工作環(huán)境完成安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。由于機(jī)器人作業(yè)過(guò)程、環(huán)境、設(shè)計(jì)邏輯都相對(duì)復(fù)雜，所以一般在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)將安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為外部安全設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分。其中外部安全設(shè)計(jì)包括減少機(jī)器人外觀棱角、尖角，避免運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生不必要的碰撞。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)則包括機(jī)器人本身的避障功能、速度控制功能以及裝置穩(wěn)定性監(jiān)控功能[4]。

1.6 定位系統(tǒng)控制

物品的搬運(yùn)往往涉及到裝卸、避障、回歸、運(yùn)行等定位工作，因此定位系統(tǒng)則需要完成以上內(nèi)容。定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平對(duì)于機(jī)器人的靈活性有著直接的影響。一般來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)部分主要涉及到具有觸發(fā)性的探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，另外還包括固定定位地區(qū)設(shè)定以及系統(tǒng)內(nèi)部地圖置入等設(shè)計(jì)內(nèi)容[5]。

1.7 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量決定著系統(tǒng)功率輸出的穩(wěn)定性以及機(jī)器人的續(xù)航能力，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，安全問(wèn)題是動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要關(guān)注的問(wèn)題，而電力則是常見(jiàn)的動(dòng)力源。因此，一般機(jī)器人設(shè)計(jì)分為動(dòng)力傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，鋰電池、鉛酸電池為常用的供電電源。

2? 保證機(jī)器人設(shè)計(jì)成果質(zhì)量的重要試驗(yàn)

系統(tǒng)可靠性檢測(cè)試驗(yàn)的內(nèi)容主要包括動(dòng)力傳輸測(cè)試、硬件相應(yīng)現(xiàn)狀測(cè)試以及構(gòu)件配合狀態(tài)測(cè)試等內(nèi)容。同時(shí)測(cè)試的方式也分為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，其中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試更能展示出機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)水平以及電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

系統(tǒng)安全性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)則主要包括在機(jī)器人前進(jìn)路線中設(shè)置障礙物，從而明確其反應(yīng)情況，并對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行評(píng)估，另外也需要對(duì)機(jī)器人的緊急制動(dòng)功能進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還包括電器系統(tǒng)測(cè)試等內(nèi)容，從而明確機(jī)器人電器安全性、系統(tǒng)能耗等參數(shù)。

軟件測(cè)試則主要明確在超負(fù)荷狀態(tài)下元件的運(yùn)行情況，并進(jìn)一步對(duì)軟件本身進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，進(jìn)而降低其事故率，進(jìn)一步提升軟件控制功能的穩(wěn)定性。

在很多試驗(yàn)中還包括擴(kuò)展性及兼容性試驗(yàn)，這是因?yàn)樵诤芏嗥髽I(yè)應(yīng)用過(guò)程中，往往需要機(jī)器人配合其他系統(tǒng)完成具體的工作，所以就需要讓機(jī)器人能夠兼容其他設(shè)備或者軟件，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制與智能化控制，并促進(jìn)企業(yè)整體自動(dòng)化水平的提升。一般會(huì)對(duì)基礎(chǔ)協(xié)議支持、接口支持等內(nèi)容進(jìn)行檢查。

3? 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的提升，對(duì)于搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)，不僅僅有很多先進(jìn)的控制系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際工作中去，還有很多先進(jìn)的金屬材料、合成材料、有機(jī)材料的運(yùn)用，所以為了進(jìn)一步提升機(jī)器人的智能化以及自動(dòng)化水平，就需要設(shè)計(jì)人員在了解具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，著重關(guān)注機(jī)器人材料技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，以達(dá)到提升機(jī)器人功能及穩(wěn)定性的作用。

參考文獻(xiàn)

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