工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用

【摘要】? ? 伴隨著經(jīng)濟(jì)迅速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人就是在工業(yè)領(lǐng)域中具備自由度的機(jī)械裝置。其通過本身良好的控制力完成多項(xiàng)功能，能夠提前設(shè)置好程序，再展開各類工業(yè)生產(chǎn)活動。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)迅速的發(fā)展對于制造業(yè)而言，有著重大的意義。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)代替了生產(chǎn)力，更大程度地推動了工業(yè)實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)，保證了質(zhì)量，并使得人力資源成本得到了節(jié)省，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)收益。本文對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了研究，并分析了工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)設(shè)計及機(jī)器人在電氣控制中的應(yīng)用，以供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 工業(yè)機(jī)器人? ? 電氣控制? ? 應(yīng)用研究

引言：

當(dāng)前，在我國工業(yè)自動化水平發(fā)展中，機(jī)器人技術(shù)的運(yùn)用顯得尤為重要。對機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行充分的了解，將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢更大程度地發(fā)揮出來，是非常有意義的。有效的運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是電氣自動化控制的技術(shù)支撐，并能夠避免電氣設(shè)備操作帶給人員的傷害，不但減輕了人力以及物力的投入，又保證了工作質(zhì)量。因此在電氣業(yè)發(fā)展中，若想促進(jìn)自動化的進(jìn)步就必須將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)有效地利用起來。

一、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概述

針對工業(yè)機(jī)器人來講，就是在工業(yè)領(lǐng)域中采用多關(guān)節(jié)機(jī)械手，也就是具備高自由度的機(jī)械設(shè)備完成操作，其能夠達(dá)到自動執(zhí)行工作的目的，能夠通過本身的動力和控制力完成各項(xiàng)功能。在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時，就是利用計算機(jī)技術(shù)來模擬人腦，讓機(jī)械手做出與人相似的行為，進(jìn)而完成各項(xiàng)操作。將工業(yè)機(jī)器人有效地運(yùn)用于工業(yè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效的工作，并能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行的敏捷度，能夠更大程度地提高機(jī)械設(shè)備自動化水平[1]。

二、工業(yè)機(jī)器人核心制造技術(shù)

在制造工業(yè)機(jī)器人的過程中，必須依托于核心技術(shù)：第一，靈活操作技術(shù)。靈活操作技術(shù)也就是機(jī)械臂和機(jī)械手。針對感知、控制性、高精度展開重要的技術(shù)研發(fā)，采用多樣化傳感器、獨(dú)立關(guān)節(jié)等，達(dá)到人手級別的觸覺感知效果。機(jī)械臂能夠擁有靈活的動力功能，因此可以在生產(chǎn)加工中展開靈活的作業(yè)。對于驅(qū)動器及其創(chuàng)新，改進(jìn)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使得工業(yè)機(jī)器人能夠達(dá)到高精度。第二，感知系統(tǒng)，體現(xiàn)為機(jī)械人能夠?qū)?nèi)部信息和環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為其能夠理解的信息以及數(shù)據(jù)。與此同時，通過傳感器發(fā)揮作用，使得工業(yè)機(jī)器人能夠更加有效的感知速度和力等，還可以達(dá)到對視覺進(jìn)行感知。其在對視覺進(jìn)行感知的過程中主要依托于視覺伺服系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)把視覺信息轉(zhuǎn)化為反饋信息，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)器人狀態(tài)和位置的目的。第三，運(yùn)行規(guī)劃。為讓工作機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高效的工作，使其在有限的時間內(nèi)迅速完成工作，就需要科學(xué)的對其實(shí)施運(yùn)動規(guī)劃。在運(yùn)動規(guī)劃中還包含著軌跡規(guī)劃，也就是縮短機(jī)器人關(guān)節(jié)在空間中的移動時間。路徑規(guī)劃就是消除路徑中的障礙物，在使得路徑距離減小。并在此基礎(chǔ)上添加時間序列信息，就能夠更好的規(guī)劃機(jī)器人的運(yùn)行速度，進(jìn)而對光滑性和速度進(jìn)行合理的控制。規(guī)劃關(guān)節(jié)空間路徑，其相較于操作空間路徑規(guī)劃存在著更大的優(yōu)勢。對關(guān)節(jié)路徑實(shí)施規(guī)劃，能夠更好地消除空間中的奇異性問題，還可以省去正運(yùn)動學(xué)以及逆運(yùn)動學(xué)的計算。第四，在線參數(shù)自整定技術(shù)。目前，伺服系統(tǒng)都擁有此項(xiàng)功能，能夠?qū)I(yè)機(jī)器人的參數(shù)進(jìn)行識別，具體表現(xiàn)為PID參數(shù)自整定、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動慣量等。完善有關(guān)辨識算法，可以通過伺服驅(qū)動器來辨別工況，進(jìn)而達(dá)到對智能化參數(shù)進(jìn)行控制的目的。

三、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展以及技術(shù)特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人發(fā)展方向以及技術(shù)特點(diǎn)包含如下幾點(diǎn)。第一，工業(yè)機(jī)器人不斷的柔性化以及精密化。在對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行研發(fā)并應(yīng)用時，其包含著眾多的技術(shù)。為促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)快速的發(fā)展，采用有效的技術(shù)檢測使得工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化管理。在管理中，保證工業(yè)機(jī)器人的質(zhì)量以及產(chǎn)量。此外，當(dāng)下國家提倡可持續(xù)性發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人也在環(huán)保方面不斷地完善，其屬于工業(yè)機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢。第二，工業(yè)機(jī)器人具備自動化整套的裝備，在生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)品不斷地實(shí)現(xiàn)精細(xì)化。隨著工業(yè)機(jī)器人不斷地實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化以及自動化。日本機(jī)械學(xué)針對工業(yè)機(jī)器人展開了充分的研究，從中可知，工業(yè)機(jī)器人會逐漸達(dá)到更高的精度。然后在對新材料進(jìn)行研發(fā)以及應(yīng)用，從而使其本身的重量減輕。

四、工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用

（一）工業(yè)機(jī)器人集中操控系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人中的集中控制系統(tǒng)，就是采用一套計算機(jī)來集中控制工業(yè)生產(chǎn)，該系統(tǒng)構(gòu)造比較簡單，并且應(yīng)用成本不高，操作起來也比較容易，采用工業(yè)機(jī)器人對集中控制的各項(xiàng)功能進(jìn)行操作，包含多種控制卡、標(biāo)準(zhǔn)的串口、PCI插槽，存在著明顯的開放性。通過集中控制系統(tǒng)能夠更好地收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行研究，使得總體性能更加協(xié)調(diào)。可是值得關(guān)注的是，其也有著不完善，例如其出現(xiàn)問題，會造成大范圍的影響，并且缺乏靈活性[2]。

（二）機(jī)器人控制系統(tǒng)

對于控制方面而言，是通過兩級處理器完成組合，可以更好地控制主從系統(tǒng)，在這個過程中，主控制系統(tǒng)能夠處理更多的問題，體現(xiàn)為對控制系統(tǒng)指令進(jìn)行管理、坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)的診斷等，其在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)作中充當(dāng)管家，可以有效地保護(hù)自動化程序。在控制系統(tǒng)中對機(jī)器人的指令動作加以控制，就是控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)。對于主從控制系統(tǒng)來講，其具備極強(qiáng)的實(shí)效性，能夠讓工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

（三）機(jī)器人分散控制系統(tǒng)

將核心控制系統(tǒng)劃分成模塊，再進(jìn)行分析，并對各個模塊分配控制任務(wù)，通過總系統(tǒng)完成分工，使得子系統(tǒng)相互間能夠達(dá)到有效的協(xié)調(diào)，進(jìn)而達(dá)到控制目標(biāo)。對于分散控制系統(tǒng)來講，子系統(tǒng)本身的控制器包含著不同的機(jī)械設(shè)備以及控制對象，針對信息數(shù)據(jù)主要依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此，其具備著良好的拓展性。

（四）機(jī)器人中的核心控制器

核心控制器在工業(yè)機(jī)器人中屬于重要構(gòu)件，能夠讓機(jī)器人更好的接受指令以及執(zhí)行，其在機(jī)器人的整體運(yùn)行中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。對于機(jī)器人核心控制器而言，必須具備網(wǎng)絡(luò)通信作為支持，可以在很大程度提升其工作效率以及質(zhì)量。有限的利用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)能夠更好地推動工業(yè)生產(chǎn)。對于控制器，機(jī)器人包含并行以及串行，并行的主要作用是對機(jī)器人操作中的控制算法進(jìn)行有效的處理，串行則能夠控制算法的串性體系。通常來講，機(jī)器人的核心控制器能夠促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)效性和人機(jī)作業(yè)的高效性，能夠使得機(jī)器人本身的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)更加完善，推動工業(yè)領(lǐng)域更好地實(shí)現(xiàn)自動化。另外，智能編碼也能夠檢測控制對象的真實(shí)方位，有效的運(yùn)用各種類型的編碼器，能夠更好地避免脈沖信號在傳達(dá)過程中受到干擾，推動工業(yè)生產(chǎn)順利開展。

（五）機(jī)器人應(yīng)用于電控系統(tǒng)硬件設(shè)計

對控制器可靠性和配件功能進(jìn)行考量，比如將西門子S7-400當(dāng)作主控制器，與此同時，其是為生產(chǎn)線進(jìn)行供電，電源模塊使用S7-400中的標(biāo)準(zhǔn)模塊。通過太網(wǎng)模塊采用CP443標(biāo)準(zhǔn)模塊，應(yīng)用在生產(chǎn)線PLC主站和從站之間，并利用現(xiàn)場總線完成數(shù)據(jù)通信。將線首主控制柜作為例子來對機(jī)器人的電氣回路的設(shè)計展開研究。此控制柜的主要作用是完成主線PLC和從站PLC以及安全PLC的通信。主控制柜電路設(shè)計包括：生產(chǎn)線動力配電、線首PLC配置、Pilz安全PLC從站配置等。第一，生產(chǎn)線動力配電中具備著380V總電源接線、24V直流電源接線、UPS配電以及控制箱配電等等。第二，關(guān)于照明以及插座系統(tǒng)配電是電源供應(yīng)于線首主控制柜的照明系統(tǒng)，其左邊對控制柜照明系統(tǒng)進(jìn)行電源的供應(yīng)，其右邊對控制柜內(nèi)插座進(jìn)行電源的供應(yīng)。第三，線首主控制柜中的PLC配置，是對自動沖壓線主線進(jìn)行控制，即為工控機(jī)接線、以太網(wǎng)交換機(jī)接線等等。安全PLC配置的作用是對PSS控制器和Universal從站加以合理的配置，PSS控制器和PLC從站利用ProfiBus總線實(shí)現(xiàn)彼此連接，其與Universal從站模塊利用SafetyBus總線實(shí)現(xiàn)連接[3]。

（六）機(jī)器人應(yīng)用于控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

此機(jī)器人控制軟件采取西門子配套編程軟件Step7進(jìn)行開發(fā)，需要達(dá)成以下功能：第一，達(dá)成現(xiàn)場電氣設(shè)備組態(tài)，對模塊地址以及設(shè)置相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理分配。第二，完成通信模塊的硬件組態(tài)，對其協(xié)議特性進(jìn)行明確。第三，運(yùn)行維護(hù)、故障診斷、文檔整理、性能測試。首先，對電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫中文件進(jìn)行及時的更新。 對于現(xiàn)場總線，需要符合即插即用的標(biāo)準(zhǔn)，利用電子數(shù)據(jù)庫文件展開描述，對電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行合理配置，有效應(yīng)用組態(tài)軟件，把各種的電氣設(shè)備納入相同系統(tǒng)中，與此同時，對于標(biāo)準(zhǔn)庫中不存在的設(shè)備，還需要增加有關(guān)配置文件。其次，對工作站地址進(jìn)行合理分配。為讓各個從站設(shè)備利用總線以及生產(chǎn)線PLC主站實(shí)現(xiàn)通信，必須對自動沖壓系統(tǒng)不同工作站的地址進(jìn)行合理分配。針對某電氣設(shè)備來講，為了使壓機(jī)部分能夠降低總線負(fù)荷，運(yùn)用DP耦合器和主站完成通信，機(jī)器人是利用DSQC667模塊和PLC實(shí)現(xiàn)通信。

（七）機(jī)器人在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

電氣設(shè)備在設(shè)計方面必須與自動化標(biāo)準(zhǔn)相符，在設(shè)計中，需將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)更好的運(yùn)用起來。因?yàn)殡姎庠O(shè)備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其涵蓋的技術(shù)和知識非常廣泛，所以在設(shè)計的過程中，需要借助計算機(jī)來對算法進(jìn)行設(shè)置，在電氣設(shè)備系統(tǒng)中設(shè)置參數(shù)，然后再展開計算，進(jìn)而更加利于對電氣設(shè)備控制系統(tǒng)實(shí)施設(shè)計，使得工作效率實(shí)現(xiàn)了快速的提高。

（八）機(jī)器人在電氣設(shè)備的日常操作過程中的應(yīng)用

電氣業(yè)和人們的生活以及工作有著密切的聯(lián)系，并存在著極為復(fù)雜的電網(wǎng)以及擁有眾多的電氣設(shè)備，在平時的控制工作中也并不簡單。傳統(tǒng)的操作極為復(fù)雜，使得電氣系統(tǒng)控制消耗大量的時間，很難保證工作效率，而將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)有效地應(yīng)用于電氣設(shè)備的日常操作中，不但節(jié)省了時間，又實(shí)現(xiàn)了高效的工作[4]。

（九）機(jī)器人在故障診斷過程中的應(yīng)用

在電氣運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于各種因素而引發(fā)電氣設(shè)備故障，若不能盡快解決故障，就會帶來嚴(yán)重的后果，并面臨著極大的經(jīng)濟(jì)損失。而將機(jī)器人技術(shù)有效的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電氣自動化，使得設(shè)備的應(yīng)用性能逐漸的實(shí)現(xiàn)自動化，利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，讓故障診斷過程更為容易。

三、結(jié)束語

綜上所述，在工業(yè)行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人中的電氣控制系統(tǒng)十分復(fù)雜，其屬于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的重點(diǎn)內(nèi)容，在設(shè)計和研發(fā)中還應(yīng)該進(jìn)一步的系統(tǒng)性研究，從而讓工業(yè)生產(chǎn)逐漸的實(shí)現(xiàn)自動化以及智能化。診斷工業(yè)生產(chǎn)中安全而言，將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于電氣控制中，能夠推動我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，進(jìn)而在經(jīng)濟(jì)全球化的環(huán)境中，擁有著超強(qiáng)的競爭實(shí)力以及占據(jù)著國際地位。

作者單位：王振士? ? 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]洪連輝，趙宇.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)：理論版，2019（12）：1-1.

[2]吳瑩，劉佳陸.PLC控制在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（4）：2-2.

[3]周明龍，馬淑靜.一種改進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人電氣控制柜的設(shè)計[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，v.38;No.169（6）：74-77.

[4]肖慧.科技前沿：應(yīng)用于電氣控制中的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[J].中國航班，2019，（5）：70-71.