工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其在電氣控制領(lǐng)域的應(yīng)用

肖 瀟

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江寧分院,江蘇 南京 211100)

0 引言

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展給技術(shù)領(lǐng)域注入了新的活力,對(duì)于各領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用[1]。尤其是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域的應(yīng)用,既可以優(yōu)化電氣設(shè)備的系統(tǒng),又使其更加智能化、簡(jiǎn)單化,同時(shí)也使得電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)更加有保障,提高其安全性和可靠性。另外,由于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用,一些需要人工作業(yè)的電氣設(shè)備操作由工業(yè)機(jī)器人代替,減少了對(duì)于人員的傷害,在人力和物力方面實(shí)現(xiàn)以最少的投入,獲得最大的產(chǎn)出[2-3]。

1 工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)的主要組成部分由控制計(jì)算機(jī)、示教盒、電動(dòng)機(jī)等構(gòu)件組成,其中最主要的部分為控制計(jì)算機(jī)部分,其主要由微型機(jī)、微處理器構(gòu)成,是工業(yè)機(jī)器人成功完成作業(yè)的基礎(chǔ)保障。在對(duì)工業(yè)機(jī)器人工作軌跡和工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定操作時(shí),需要通過(guò)示教盒來(lái)完成,示教盒中包含獨(dú)立的 CPU 處理中心和存儲(chǔ)單元,可以完成與控制計(jì)算機(jī)之間的信息傳遞。電動(dòng)機(jī)則是工業(yè)機(jī)器人完成動(dòng)能操作的重要組成,主要由步進(jìn)電機(jī)、直流或交流伺服電機(jī)構(gòu)成。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成,有集中操控系統(tǒng)、主從控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、機(jī)器人核心控制器、智能編碼器等。工業(yè)機(jī)器人的集中操控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、容易實(shí)現(xiàn),只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)便可對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行集中控制。另外,工業(yè)機(jī)器人的集中操控系統(tǒng)還具有開(kāi)放性、便捷性、協(xié)調(diào)性好等特點(diǎn),但是其靈活性稍有不足。主從控制系統(tǒng)則是工業(yè)機(jī)器人完成坐標(biāo)變換、運(yùn)動(dòng)軌跡生成、高效管理等控制工作的管家和自動(dòng)維護(hù)程序,主要控制工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),例如擺臂、屈膝等等動(dòng)作。分散控制系統(tǒng)主要工作是將核心控制系統(tǒng)劃分為不同的模塊,同時(shí)為其分配不同的任務(wù),實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間工作的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。分散系統(tǒng)中不同控制對(duì)象和設(shè)備之間的信息交互主要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn),因此其實(shí)時(shí)性較好,可擴(kuò)展性較強(qiáng)。工業(yè)機(jī)器人的核心控制器是有效保證其按照指令完成作業(yè)的關(guān)鍵構(gòu)件,是保障其正常工作的關(guān)鍵。核心控制器可以與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信,使得工業(yè)機(jī)器人在作業(yè)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)多功能操作,有效提高機(jī)器人的工作效率。核心控制器對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的控制主要有并行控制和串行控制,因此在工作過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)高效合作。智能編碼器則主要有直線型、旋轉(zhuǎn)式、增量式、絕對(duì)式4種類(lèi)型,主要作用是對(duì)檢測(cè)控制對(duì)象的位置信息并實(shí)施控制。不同類(lèi)型的編碼器有各自的特點(diǎn),例如,旋轉(zhuǎn)式編碼器由發(fā)射器、碼盤(pán)、檢測(cè)組織等元件構(gòu)成,發(fā)射器指的是光源,碼盤(pán)指的是光柵盤(pán),而檢測(cè)組織指的是電路板。絕對(duì)式編碼器主要通過(guò)刻線碼道來(lái)運(yùn)行,刻線編碼過(guò)程中依照2線、4線、8線、16線的次序方式進(jìn)行,讀碼方式為二進(jìn)制代碼的方式,因此,光碼盤(pán)機(jī)械位置編碼一般不易受到外界電信號(hào)的干擾。增量式編碼器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、成本較低、精準(zhǔn)度較高。

2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用分析

2.1 電氣控制方面

電氣設(shè)備的控制依賴于較強(qiáng)的專業(yè)和技術(shù),在電氣領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位,是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。隨著各領(lǐng)域技術(shù)的智能化以及自動(dòng)化的發(fā)展,電氣領(lǐng)域自動(dòng)化技術(shù)在設(shè)備中的應(yīng)用成為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵,自動(dòng)化設(shè)備的研究和應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)電氣領(lǐng)域的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)化和智能化技術(shù)不斷發(fā)展的背景下,電氣控制也在不斷向著智能化方向發(fā)展,實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動(dòng)化和智能化控制,保證其運(yùn)行的最佳狀態(tài),對(duì)于提高其工作質(zhì)量和工作效率、降低勞動(dòng)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

2.2 電氣日常操作

電氣設(shè)備日常操作中如果發(fā)生意外事故,勢(shì)必會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的效率帶來(lái)影響,更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生,威脅生命財(cái)產(chǎn)安全。電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用不僅可以避免人工操作意外的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的自動(dòng)化管理,還可以減少成本,節(jié)省人力物力。而對(duì)于更為復(fù)雜的電氣設(shè)備系統(tǒng),工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用,使得電氣設(shè)備的日常操作流程更加簡(jiǎn)單化,在操作過(guò)程中應(yīng)用簡(jiǎn)單的工具,例如鼠標(biāo)等,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)等構(gòu)件的控制。另外,在應(yīng)用過(guò)程中,還可以根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求對(duì)設(shè)備的勵(lì)磁電流進(jìn)行合理調(diào)整。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)可以在電氣日常操作中收集電氣設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息,為電氣設(shè)備的日常管理提供支持,便于操作人員根據(jù)其所反饋的數(shù)據(jù)信息及時(shí)進(jìn)行設(shè)備調(diào)整,提高電氣設(shè)備工作效率。

2.3 故障診斷方面

由于外界環(huán)境因素或者人為因素的干擾,電氣設(shè)備在日常運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生異常變化,故障現(xiàn)象呈現(xiàn)出多樣性,人工故障診斷和定位勢(shì)必要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間,使整個(gè)電氣系統(tǒng)難以正常工作,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了解決人工故障診斷和定位耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題,應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù),可以改變傳統(tǒng)的依賴于人的感官來(lái)感知電氣設(shè)備異常的診斷方法,通過(guò)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)時(shí)收集、分析、存儲(chǔ)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息,例如電氣設(shè)備的電壓、電流、功率、溫度等運(yùn)行參數(shù),進(jìn)一步根據(jù)異常參數(shù)信息確定電氣設(shè)備的故障類(lèi)型和發(fā)生故障的位置。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了電氣設(shè)備故障診斷的流程,也為故障定位提供了更為準(zhǔn)確、可靠的信息。

2.4 電氣設(shè)備應(yīng)用

在電氣設(shè)備的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了滿足電氣設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn),要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際需要,結(jié)合工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn),進(jìn)一步確定其設(shè)計(jì)重點(diǎn)和方向。一般來(lái)說(shuō),電氣設(shè)備的系統(tǒng)都較為復(fù)雜,涉及機(jī)械控制、設(shè)備管理、傳感器與檢測(cè)等多門(mén)學(xué)科技術(shù),因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行算法的設(shè)置,模擬計(jì)算電氣設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行中的各種參數(shù),進(jìn)一步優(yōu)化控制系統(tǒng),保障電氣設(shè)備高效運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè),及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息,一旦運(yùn)行異常便會(huì)主動(dòng)切斷電氣設(shè)備開(kāi)關(guān),并發(fā)出警報(bào),保障電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行,減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

2.5 應(yīng)用實(shí)例分析

在汽車(chē)生產(chǎn)的焊接工作中,人工作業(yè)由于要考慮物料重量的問(wèn)題,需要消耗大量人力物力,工業(yè)機(jī)器人可以承載人所不能承受的重力,快速完成焊接工作,減少不必要的人力消耗,促進(jìn)汽車(chē)生產(chǎn)工作的安全、迅速完成。面對(duì)煩瑣的裝配任務(wù),工業(yè)機(jī)器人可以利用其自身的傳感設(shè)備,精確感知對(duì)象,并做出精確判斷,保證裝配工作順利、高效完成。在材料的搬運(yùn)過(guò)程中,尤其是對(duì)于過(guò)重材料的搬運(yùn),人工作業(yè)完成難度較大,工業(yè)機(jī)器人則可以減輕人工作業(yè)難度,完成碼垛、上下垛、抓取零件和卸貨等定向操作。綜上可知工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣設(shè)備控制領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)揮著舉足輕重的作用,有助于高效、快速完成生產(chǎn)等重要工作。

3 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人的工作效率較高、應(yīng)用安全穩(wěn)定、生產(chǎn)精度高、操作失誤率低,因此在各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)在各領(lǐng)域都得到了較為廣泛的應(yīng)用。電氣控制領(lǐng)域中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備日常操作、故障診斷定位等流程的簡(jiǎn)化等,不僅有效提高生產(chǎn)效率,促進(jìn)電氣控制領(lǐng)域的智能化、自動(dòng)化發(fā)展,還有助于經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng),提高產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)然,目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用還不夠成熟,還需要設(shè)計(jì)者和研究者不斷地進(jìn)行完善。