電氣工程自動(dòng)化視角下的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)

王濤

摘 要：隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研究工作起步較晚，因而整體的創(chuàng)新技術(shù)水平還處于比較落后的地步，但是隨著現(xiàn)如今機(jī)器人設(shè)計(jì)和研究領(lǐng)域的逐漸發(fā)展，我國(guó)這方面的技術(shù)還有很大的晉升空間。機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展，促使眾多高校不斷開展一些關(guān)于機(jī)器人的研究工作，國(guó)內(nèi)外也越來越重視機(jī)器人的交流和展示，針對(duì)機(jī)器人而進(jìn)行的各項(xiàng)比賽也逐漸增多。

關(guān)鍵詞：電氣工程;自動(dòng)化;產(chǎn)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)

引 言

機(jī)器人的不斷研究創(chuàng)造是時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，是為了滿足人們更多需要而必然要進(jìn)行的一項(xiàng)科學(xué)研究。目前，國(guó)外很多國(guó)家在機(jī)器人設(shè)計(jì)領(lǐng)域已有很多成功例子，其機(jī)器人具備的技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)技術(shù)無法比擬的。但是，時(shí)下我國(guó)很多高校開展機(jī)器人設(shè)計(jì)研究以及社會(huì)上的機(jī)器人比賽活動(dòng)等，讓越來越多的人對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)有更多的認(rèn)識(shí)，給機(jī)器人設(shè)計(jì)的不斷創(chuàng)新創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)能夠給機(jī)器人設(shè)計(jì)提供一個(gè)良好的技術(shù)支持。本文主要分析機(jī)器人設(shè)計(jì)中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用情況，旨在讓我國(guó)的機(jī)器人設(shè)計(jì)快速跟上國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造出具有世界領(lǐng)先水平的機(jī)器人。

一、對(duì)機(jī)器人的相關(guān)概述

機(jī)器人，是科技不斷發(fā)展和人類文明不斷發(fā)展的產(chǎn)物，機(jī)器人的設(shè)計(jì)以及研發(fā)實(shí)際上是時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物，也能夠從很大程度上證明機(jī)器人的創(chuàng)造是能夠滿足人們生產(chǎn)以及生活利益的。因此，機(jī)器人的創(chuàng)造以及研發(fā)是一項(xiàng)必要的科學(xué)研究項(xiàng)目。現(xiàn)如今國(guó)外有很多機(jī)器人創(chuàng)造成功的實(shí)例，在創(chuàng)造過程中他們所使用的先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)是我國(guó)無法比擬的，但是隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)如今有很多的高端設(shè)計(jì)研究方式正在投入應(yīng)用，對(duì)機(jī)器人的新的認(rèn)識(shí)也為今后機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供很優(yōu)越的條件。機(jī)器人正在朝著高度的人性化方向發(fā)展，通過機(jī)器人內(nèi)部裝備設(shè)計(jì)的不斷更新而讓機(jī)器人擁有一定的思維，從而能夠自動(dòng)的操作，進(jìn)行工作。那么目前的機(jī)器人發(fā)展不再是簡(jiǎn)單地由機(jī)械設(shè)備組成，而是模仿人類思維與模樣接近的具有人類相同思維的產(chǎn)物。

二、電氣工程自動(dòng)化視角下的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)

（一）新生代電氣自動(dòng)化技術(shù)。電氣自動(dòng)化技術(shù)是近些年興起且發(fā)展迅速的新型技術(shù)之一，且在電氣自動(dòng)化技術(shù)不斷升級(jí)應(yīng)用的過程中，信息技術(shù)也在不斷發(fā)展，由此不斷催生出各種新型的電氣自動(dòng)化技術(shù)，包括高精度運(yùn)動(dòng)控制、模塊化與嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、高可靠性實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)仿真技術(shù)等。將其應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，則能夠滿足不同產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需求。面對(duì)更高的控制精度要求以及更加簡(jiǎn)化與智能化的控制流程要求，在應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，要注重對(duì)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的核心部件與電氣自動(dòng)化技術(shù)連接在一起，包括伺服電機(jī)、控制器等，同時(shí)要注重對(duì)服務(wù)型機(jī)器人的研發(fā)，確保產(chǎn)業(yè)機(jī)器人整體發(fā)展水平較高。

（二）提高機(jī)器人工作的精度?，F(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)器人能夠進(jìn)行相關(guān)信息的分析工作，從而能夠有效代替人類進(jìn)行相關(guān)對(duì)象的識(shí)別工作，同時(shí)還能夠及時(shí)地將這些識(shí)別信息進(jìn)行反饋，對(duì)于提高機(jī)器人工作的精度具有重要意義。機(jī)器人的組裝只是機(jī)器人能夠正常投入使用的一個(gè)前提，想要機(jī)器人真正自如地進(jìn)行工作，需要在其內(nèi)部安裝一定的驅(qū)動(dòng)裝置，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，能夠在機(jī)器人的內(nèi)部設(shè)置一些指定信號(hào)，當(dāng)機(jī)器人接收到之后，就能夠進(jìn)行下一步的工作。除了少量機(jī)器人能夠根據(jù)已經(jīng)事先編排好的程序自動(dòng)動(dòng)作之外，大部分的還需要人為進(jìn)行操作。因而將電氣工程及其自動(dòng)化有效應(yīng)用到其中，能夠起到良好的作用和效果。電氣工程及其自動(dòng)化自身的優(yōu)勢(shì)和功能較多，能夠?yàn)闄C(jī)器人的設(shè)計(jì)工作提供重要的參考和輔助作用。

（三）機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)掌握。裝置、拼接、驅(qū)動(dòng)之后的機(jī)器人都需要經(jīng)過自身的程序編排才可以投入最后的自動(dòng)動(dòng)作控制中，但是大多數(shù)的機(jī)器人還都是由人工進(jìn)行操作，人工操作不僅降低了效率，也沒有從根本上讓機(jī)器人發(fā)揮職能，所以對(duì)機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)掌握是很有必要的。當(dāng)前機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)主要就是集中式的，也就是說通過一個(gè)中心監(jiān)控裝置對(duì)所有的機(jī)器人進(jìn)行整體控制，其中這個(gè)中心裝置是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。這也就證明電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計(jì)過程中也參與了監(jiān)控系統(tǒng)，通過微機(jī)這個(gè)中心裝置，對(duì)所有的機(jī)器人進(jìn)行整體控制，所以將自動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，也可以對(duì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)控制工作。

（四）PLC控制系統(tǒng)。在電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中，PLC控制系統(tǒng)是標(biāo)志性的自動(dòng)化控制技術(shù)的集合控制形式，PLC又稱為可編程邏輯控制器，與工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有較高的適應(yīng)性，在數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的支持下，能夠更加可靠與高效的開展工作，且能夠更加快速的進(jìn)行編程。和計(jì)算機(jī)類似，PLC控制系統(tǒng)中主要包括中央處理器、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備接口等組件，工作流程則為采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。在PLC系統(tǒng)的支持下，可以幫助產(chǎn)業(yè)機(jī)器人在實(shí)際的運(yùn)作過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的點(diǎn)位控制、智能控制、力矩控制和軌跡連續(xù)控制。PLC控制系統(tǒng)要加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)機(jī)器人控制器之間的連接，要形成智能化的控制路徑，以提高機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力和學(xué)習(xí)能力，并確保產(chǎn)業(yè)機(jī)器人能夠穩(wěn)定、高效的完成工作。

（五）硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員基于生產(chǎn)要求應(yīng)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行科學(xué)選擇，考慮到便于維護(hù)和易于實(shí)現(xiàn)智能化這兩個(gè)要求，應(yīng)選用直流伺服電機(jī)。直流伺服電機(jī)的精度由電機(jī)后端編碼器控制，能夠更加低速和平穩(wěn)的運(yùn)行，具有較強(qiáng)的過載能力。DSP傳輸控制信號(hào)，電機(jī)執(zhí)行，并由閉環(huán)控制進(jìn)行精準(zhǔn)定位，在電機(jī)編碼器反饋信號(hào)采樣的基礎(chǔ)上，驅(qū)動(dòng)器可以快速響應(yīng)。其次，要合理的選用和設(shè)計(jì)控制器，控制器中應(yīng)包括單片微控制器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、PLC可編程邏輯控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等，同時(shí)要在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下使用控制算法，形成控制信號(hào)后可對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行精準(zhǔn)控制。設(shè)計(jì)人員要根據(jù)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的自身特點(diǎn)以及產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際要求，科學(xué)的選擇DSP控制器。對(duì)繼電器進(jìn)行設(shè)計(jì)，要從操作安全性以及抗干擾性、靈敏度等方面進(jìn)行把控，可選擇固態(tài)繼電器，其組成部分包括分離電子器和微電子電路等?？梢詫⒖刂菩盘?hào)輸送到輸入端，從而有效控制大電流負(fù)載驅(qū)動(dòng)。

（六）全面優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。從提高產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工作效率和工作質(zhì)量的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合設(shè)計(jì)要求對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。要借助電氣自動(dòng)化技術(shù)和操作平臺(tái)對(duì)已經(jīng)完成設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行試運(yùn)行，并找出基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中可優(yōu)化設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。以采茶機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)人員可以將機(jī)械結(jié)構(gòu)改為懸臂梁式，即對(duì)傳統(tǒng)的Z軸改為與Y軸平行的結(jié)構(gòu)改變成左Y軸與右Y軸相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，并將左Z軸與右Z軸設(shè)置在兩Y軸上。在進(jìn)行滑臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，則要從有效控制三軸運(yùn)行的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)有效運(yùn)行行程、長(zhǎng)度、最大速度以及重復(fù)定位精度等參數(shù)的控制。設(shè)計(jì)采摘爪手時(shí)，設(shè)計(jì)人員要提高其自動(dòng)化和智能化程度，要使用推拉式電磁鐵，電磁吸力可以幫助制動(dòng)，同時(shí)彈簧彈力可以幫助歸位，此外，在微型軸承的作用下，固定銷、轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈間可以實(shí)現(xiàn)高效配合，從而提高作業(yè)效率。

結(jié) 語

在機(jī)器人設(shè)計(jì)中加入電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)能夠使機(jī)器人設(shè)計(jì)更加順利，其擁有的功能會(huì)相對(duì)比較多且符合現(xiàn)代的技術(shù)水平。但，同樣的，機(jī)器人設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的研究工程，其中涉及到的技術(shù)類型多樣，僅僅依靠電氣工程機(jī)器自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)根本無法滿足人類對(duì)高度人性化機(jī)器人的要求。因此，只有不斷的研究多種技術(shù)，才能使機(jī)器人真正成為人類工作和生活的好助手。

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