工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的運(yùn)用分析

于彤

（1.濱州渤?；钊邢薰?，山東 濱州 256600；2.山東省發(fā)動(dòng)機(jī)活塞摩擦副重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256600）

工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到眾多領(lǐng)域中，例如工業(yè)生產(chǎn)、航空航天等，對(duì)于特殊生產(chǎn)環(huán)境有著更高的適應(yīng)性。就工業(yè)機(jī)器人的電氣控制應(yīng)用進(jìn)行分析，需要了解其結(jié)構(gòu)組成，總結(jié)其分類(lèi)情況，判斷可應(yīng)用方向，并做好電氣控制系統(tǒng)各部分研究設(shè)計(jì)，以此來(lái)保證工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以全面發(fā)揮。

1 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)分析

工業(yè)機(jī)器人主要面向于工業(yè)領(lǐng)域中多關(guān)節(jié)機(jī)械手以及多自由度機(jī)械裝置，通過(guò)PLC 控制技術(shù)可以自動(dòng)執(zhí)行各設(shè)定動(dòng)作，通過(guò)自身動(dòng)力以及控制能力來(lái)完成各種基礎(chǔ)功能的一種機(jī)器。簡(jiǎn)單來(lái)講，工業(yè)機(jī)器人各執(zhí)行動(dòng)作的完成，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為支持，根據(jù)生產(chǎn)需求發(fā)出類(lèi)似人類(lèi)的行為指令，有序的完成各項(xiàng)動(dòng)作操作。常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人如直角坐標(biāo)機(jī)器人、Delta 機(jī)器人、SCARA 機(jī)器人、4 自由度標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人以及6 自由度標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人等，可完成搬運(yùn)、焊接、噴漆、切割測(cè)量等操作。以搬運(yùn)機(jī)器人為例，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制，完善行動(dòng)、多傳感器控制以及自動(dòng)導(dǎo)航等功能，目前該類(lèi)機(jī)器人已經(jīng)在速度、可靠性以及精度等方面取得了顯著的研究效果?？蓾M(mǎn)足食品、電子、醫(yī)藥等企業(yè)生產(chǎn)中柔性搬運(yùn)、輸送等要求，尤其是在快遞行業(yè)中的應(yīng)用，可作為主要的物品分揀運(yùn)輸工具。工業(yè)機(jī)器人組成包括主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)三部分。主體包括機(jī)座與執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分，如臀部、手部、腕部，部分機(jī)器人還設(shè)計(jì)有行走機(jī)構(gòu)。目前所設(shè)計(jì)應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人多數(shù)具有3～6 個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，且腕部基本上會(huì)存在1～3 個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為動(dòng)力裝置與傳動(dòng)裝置，負(fù)責(zé)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以完成設(shè)定的動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)為核心部分，以設(shè)定好的程序?yàn)橐罁?jù)，針對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并控制其可靠執(zhí)行。

2 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

從機(jī)械結(jié)構(gòu)角度分析，工業(yè)機(jī)器人可分為并聯(lián)式與串聯(lián)式兩種。并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的一個(gè)軸處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其他軸的坐標(biāo)原點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生變化，而串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的軸與軸之間則存在著相互影響。前期大部分的工業(yè)機(jī)器人多是采用的串聯(lián)方式，在技術(shù)不斷更新的情況下，逐漸以并聯(lián)方式居多，可以更好的來(lái)解決串聯(lián)式存在的不足。并聯(lián)設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人剛度更大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，應(yīng)用過(guò)程中除了可以承受更大負(fù)荷以外，生產(chǎn)精度也更高。

2.2 感知系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人是通過(guò)視覺(jué)伺服系統(tǒng)來(lái)完成感知，通過(guò)伺服系統(tǒng)的反饋，來(lái)為機(jī)器人提供位置狀態(tài)調(diào)整依據(jù)。同時(shí)，通過(guò)視覺(jué)伺服系統(tǒng)還可以在工件識(shí)別、產(chǎn)品包裝以及質(zhì)量檢測(cè)等方面做進(jìn)一步的優(yōu)化，提高整體生產(chǎn)質(zhì)量。工業(yè)機(jī)器人感知系統(tǒng)共分為外部傳感器模塊與內(nèi)部傳感器模塊兩部分，對(duì)于提高機(jī)器人智能化水平和行動(dòng)能力具有重要支持。同時(shí)還可以獲取部分人類(lèi)難以感受到的信息，用于生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)整與管理，更好的避免各種異常情況的發(fā)生。

2.3 環(huán)境交流系統(tǒng)

機(jī)器人-環(huán)境交流系統(tǒng)也是工業(yè)機(jī)器人的重要子系統(tǒng)之一，主要完成外部設(shè)備與機(jī)器人之間的聯(lián)系。在系統(tǒng)的支持下，可以將機(jī)器人與外部設(shè)備組成實(shí)現(xiàn)特定功能的單元。工業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用過(guò)程中，多個(gè)外部設(shè)備可以與機(jī)器人組成一個(gè)功能單元，實(shí)現(xiàn)裝配、焊接等任務(wù)的執(zhí)行，或者是由多臺(tái)機(jī)器人共同組成特定功能的復(fù)雜單元，負(fù)責(zé)完成各種特定工作。

2.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)為機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，因?yàn)楦鞣N類(lèi)型機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源不同，相互間驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方式也就存在明顯差異?，F(xiàn)在所應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要為機(jī)械式、電氣式、氣壓式與液壓式。

2.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)為機(jī)器人架構(gòu)的重要組成部分，可根據(jù)具體工作指示以及傳感器傳輸?shù)男盘?hào)，來(lái)完成各種提前設(shè)定好的功能或動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)可分為人工智能控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)以及程序性控制系統(tǒng)三類(lèi)。另外，按照控制運(yùn)動(dòng)形式劃分，包括的則有連續(xù)軌跡控制與點(diǎn)位控制等類(lèi)型。

2.6 人機(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)主要用于操作人員針對(duì)機(jī)器人完成各項(xiàng)操作，通過(guò)電腦終端、顯示器等部分，來(lái)做到人與機(jī)器人之間的有效互動(dòng)，例如程序設(shè)定，保證機(jī)器人可以順利完成各種動(dòng)作。

3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中應(yīng)用分析

3.1 電氣控制方面

電氣設(shè)備控制具有非常強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性與技術(shù)性特點(diǎn)，可以說(shuō)是電氣領(lǐng)域研究的要點(diǎn)。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)中的主角，并且在電氣行業(yè)的發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用。目前來(lái)看，在計(jì)算機(jī)技術(shù)以及智能化技術(shù)的支持下，電氣控制在不斷的實(shí)現(xiàn)智能化，更靈活機(jī)動(dòng)的完成設(shè)備控制，使其始終維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，提高工作效率，以更低的勞動(dòng)成本和成本來(lái)?yè)Q取更大的效益。

3.2 電氣日常操作

電氣設(shè)備如果操作不當(dāng)，不僅會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響，甚至還會(huì)產(chǎn)生安全事故，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失。為加強(qiáng)對(duì)電氣設(shè)備規(guī)范化操作的管理，各工業(yè)企業(yè)均采取了系列措施，積極應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的自動(dòng)化與智能化管理。面對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜、電氣設(shè)備繁多的情況，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，可以簡(jiǎn)化電氣設(shè)備的操作流程，應(yīng)用鼠標(biāo)與鍵盤(pán)便可完成斷路器與電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的控制，以及還可以根據(jù)需求調(diào)整勵(lì)磁電流。通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)掌握電氣設(shè)備的運(yùn)行情況，根據(jù)所獲得的信息來(lái)為日常管理提供支持，制定科學(xué)可靠的管理方法，有效的來(lái)應(yīng)對(duì)復(fù)雜的日?qǐng)霾僮餍枨?，?jié)省電氣系統(tǒng)控制時(shí)間，保持更高的控制效率。相比以往所用控制方法，在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的支持下，進(jìn)一步減少了人工成本，勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低。

3.3 故障診斷應(yīng)用

電氣設(shè)備運(yùn)行經(jīng)常會(huì)因?yàn)橥獠恳蛩氐母蓴_而產(chǎn)生異常，一旦無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成故障診斷與定位，必定會(huì)影響整個(gè)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)生更大的危害和損失。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用，可以對(duì)設(shè)備的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集與處理，并且在功能逐漸完善的情況下，還可以完成部分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)。這樣就可以通過(guò)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，來(lái)進(jìn)一步簡(jiǎn)化電氣系統(tǒng)故障診斷的過(guò)程，更精準(zhǔn)的定位故障位置，分析判斷故障發(fā)生原因，然后在此基礎(chǔ)上采取有效措施解決應(yīng)對(duì)，確保電氣系統(tǒng)可以及時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)行，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

3.4 電氣設(shè)備應(yīng)用

在實(shí)際生產(chǎn)中要保證電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足自動(dòng)化操作基本要求，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特征進(jìn)行分析，確定其應(yīng)用方向。電氣設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜程度比較高，涉及到諸多的學(xué)科和技能，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)設(shè)置一些算法，針對(duì)電氣設(shè)備系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)電氣設(shè)備控制系統(tǒng)做進(jìn)一步優(yōu)化，提高設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效率。并且，還可以對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為電氣控制提供支持?；诒O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)模擬電氣系統(tǒng)運(yùn)行情況，監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，一旦發(fā)現(xiàn)異常將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，必要時(shí)還會(huì)自主切斷部分電氣設(shè)備，確保設(shè)備處于安全狀態(tài)，以免故障范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，將故障損失控制到最小。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷更新發(fā)展，對(duì)提高電氣控制效率具有重要意義，通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備操作、自動(dòng)控制流程簡(jiǎn)化以及故障診斷等方面的應(yīng)用優(yōu)化，為高效生產(chǎn)提供可靠支持。