電氣工程自動化視角下的產(chǎn)業(yè)機器人設計

陸寧

摘要：現(xiàn)如今，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，電氣工程及其自動化技術(shù)也在備受社會各界的關注，其自動化技術(shù)可以說是隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷形成質(zhì)的飛躍。電氣工程及其自動化技術(shù)對于當前機器人的設計也產(chǎn)生了十分重要的影響，不管是人們的日常生活，還是工作、生產(chǎn)等方面，都通過自動化技術(shù)的應用而被人們廣泛地認識，同時也正是因為機器人理念的產(chǎn)生，使得自動化技術(shù)能夠引用其中。

關鍵詞：電氣工程自動化;產(chǎn)業(yè)機器人;設計

引言

近幾年來，很多高校都開展了對機器人的研究，機器人實驗室為在校學生提供了資源、技術(shù)以及自由發(fā)揮進行創(chuàng)新創(chuàng)造的機會，而國內(nèi)外越來越多的機器人比賽也為機器人愛好者提供了交流與展示的平臺。我國的機器人創(chuàng)新技術(shù)水平相比于美國、日本、俄國及一些歐洲國家仍有很大差距，而所涉及到的技術(shù)領域也同樣落后于這些國家。不過，近幾年來的技術(shù)高速發(fā)展說明了我國的實力仍有很大發(fā)展空間。機器人的設計研究涉及到諸多領域，在本文中主要介紹電氣工程及其自動化領域?qū)C器人設計的相關應用。

1電氣工程及其自動化概念

電氣工程及其自動化是一門學科，這門學科包括多個技術(shù)領域，涉及面非常廣，從計算機、電機電子以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息控制技術(shù)，甚至還包括多種電力和機電技術(shù)結(jié)合成為一個整體的技術(shù)，這些不同領域的技術(shù)一同構(gòu)成電氣工程及其自動化學科。由于是一個工程型又帶有自動化功能形式的學科，其具有的特點就包含工程中的強力學以及網(wǎng)絡信息中的軟件學特點，形成一種強弱結(jié)合的形式。這個學科的課程包括電氣知識和網(wǎng)絡信息技術(shù)知識，具體有：網(wǎng)絡信息技術(shù)、儀器檢測和控制技術(shù)、電子和電路技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)等強力學和軟件學技術(shù)相互結(jié)合的課程形式。這個綜合性學科主要教給學生的是各種工程和電氣以及計算機方面的知識，畢業(yè)學員一般均掌握包括計算機軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡信息技術(shù)以及儀器實驗分析技術(shù)等多方面的技術(shù)，在社會工作中能夠適應多個領域的工作要求。電氣工程及其自動化學科的最主要課程為電氣和計算機工程，因此在進行實驗和具體實踐時，這個兩門課程是最主要的測驗對象。通過設置不同等級的專業(yè)實驗教學訓練平臺，讓學生在掌握基礎的技術(shù)能力的同時根據(jù)自身的條件去挑戰(zhàn)更高的技術(shù)實驗。使學生除了掌握基礎的電機技術(shù)、電力電學技術(shù)以及計算機硬件技術(shù)之外還能夠掌握如線路綜合設計技術(shù)、高級計算機軟件管理技術(shù)以及CPLD技術(shù)等綜合性相對比較強的技術(shù)，在實際工作中能夠解決更多難題和滿足更多需求。電氣工程及其自動化在社會中的使用領域主要有：水力電力領域、信息處理領域、電力線路設計領域、各種變壓器設計領域以及與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P的各種監(jiān)控設備（如交通攝像監(jiān)控、小區(qū)攝像監(jiān)控）、機器自動化設備（例如電梯、安全門）、網(wǎng)絡通信設備（如電子郵件、網(wǎng)絡條件軟件）以及智能控制設備（如樓道聲控開關燈）等方面，這些軍事電氣工程及其自動化學科在實際的運用，具有廣泛性和多面性。

2電氣工程及其自動化技術(shù)在機器人設計中的應用

2.1搭建行業(yè)開放式資源平臺

機器人行業(yè)的發(fā)展規(guī)模在不斷擴大，針對產(chǎn)業(yè)機器人的發(fā)展，設計人員要關注搭建行業(yè)開放式資源共享平臺，要以行業(yè)協(xié)會、學會以及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為基石，對上述第三方機構(gòu)加強協(xié)調(diào)，搭建交流平臺，拓寬產(chǎn)業(yè)機器人的開發(fā)渠道和技術(shù)研究渠道，真正的推動機器人行業(yè)在產(chǎn)品、人才、資源、技術(shù)等方面的流動。各個省市可以舉辦機器人競賽和挑戰(zhàn)賽等，激發(fā)愛好者的興趣，并提供可交流經(jīng)驗的競技平臺，以儲備產(chǎn)業(yè)發(fā)展人才，形成科學的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

2.2科學進行硬件和軟件系統(tǒng)設計

（1）硬件系統(tǒng)設計。對產(chǎn)業(yè)機器人進行設計，設計人員基于生產(chǎn)要求應對伺服電機進行科學選擇，考慮到便于維護和易于實現(xiàn)智能化這兩個要求，應選用直流伺服電機。直流伺服電機的精度由電機后端編碼器控制，能夠更加低速和平穩(wěn)的運行，具有較強的過載能力。DSP傳輸控制信號，電機執(zhí)行，并由閉環(huán)控制進行精準定位，在電機編碼器反饋信號采樣的基礎上，驅(qū)動器可以快速響應。其次，要合理的選用和設計控制器，控制器中應包括單片微控制器、DSP數(shù)字信號處理器、PLC可編程邏輯控制器、工業(yè)控制計算機等，同時要在電氣自動化技術(shù)的支持下使用控制算法，形成控制信號后可對控制對象進行精準控制。設計人員要根據(jù)產(chǎn)業(yè)機器人的自身特點以及產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實際要求，科學的選擇DSP控制器。對繼電器進行設計，要從操作安全性以及抗干擾性、靈敏度等方面進行把控，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刂菩盘栞斔偷捷斎攵?，從而有效控制大電流負載驅(qū)動。（2）軟件系統(tǒng)設計。在設計產(chǎn)業(yè)機器人的過程中，要將產(chǎn)業(yè)機器人的軟件設計作為要點之一。設計人員要從上層開發(fā)環(huán)節(jié)、驅(qū)動程序以及底層控制程序三個方面進行科學設計。上層開發(fā)設計的目的在于提供測試控制器，基于此，用戶可以在滿足控制要求的軟件平臺上進行操作。在開發(fā)驅(qū)動時，則要考慮到控制器的抗干擾性，要從提高在不同網(wǎng)絡下的適應性角度出發(fā)進行設計。在進行底層設計時，設計人員則要以伺服驅(qū)動的運動功能為基礎，并借助C語言進行編程開發(fā)，為整個控制系統(tǒng)提供可靠支撐。設計人員要依托于傳感器的狀態(tài)值自動切換無刷電機和電路電壓，并且可以借助相關算法提高對電機位置以及電機速度的控制精度。在電氣自動化技術(shù)和PLC控制系統(tǒng)的幫助下，可以實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)機器人運行過程中可能出現(xiàn)的軟件故障的監(jiān)測和診斷，主要包括CAN的通信故障和功率器件的過載故障等。設計人員應選用更加高效的C編譯器，提高兼容性，同時要借助CCS推出的軟件集成開發(fā)技術(shù)，更加科學的開展設計工作。

2.3全面優(yōu)化設計細節(jié)

從提高產(chǎn)業(yè)機器人工作效率和工作質(zhì)量的角度出發(fā)，設計人員要結(jié)合設計要求對設計細節(jié)進行優(yōu)化。要借助電氣自動化技術(shù)和操作平臺對已經(jīng)完成設計的產(chǎn)業(yè)機器人進行試運行，并找出基礎結(jié)構(gòu)中可優(yōu)化設計的細節(jié)。以采茶機器人的優(yōu)化設計為例，設計人員可以將機械結(jié)構(gòu)改為懸臂梁式，即對傳統(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軸相互獨立的結(jié)構(gòu)，并將左Z軸與右Z軸設置在兩Y軸上。在進行滑臺設計時，則要從有效控制三軸運行的角度出發(fā)進行設計，實現(xiàn)對有效運行行程、長度、最大速度以及重復定位精度等參數(shù)的控制。設計采摘爪手時，設計人員要提高其自動化和智能化程度，要使用推拉式電磁鐵，電磁吸力可以幫助制動，同時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)動鉸鏈間可以實現(xiàn)高效配合，從而提高作業(yè)效率。基于此，設計人員在進行產(chǎn)業(yè)機器人設計時，必須依托于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實踐要求，對產(chǎn)業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)細節(jié)進行優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定且易于操作。

結(jié)語

從以上分析內(nèi)容可知，在機器人設計中加入電氣工程及其自動化專業(yè)技術(shù)能夠使機器人設計更加順利，其擁有的功能會相對比較多且符合現(xiàn)代的技術(shù)水平。但，同樣的，機器人設計是一個比較復雜的研究工程，其中涉及到的技術(shù)類型多樣，僅僅依靠電氣工程機器自動化專業(yè)技術(shù)根本無法滿足人類對高度人性化機器人的要求。因此，只有不斷的研究多種技術(shù)，才能使機器人真正成為人類工作和生活的好助手。

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