工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用

任輩杰

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

1 工業(yè)機(jī)器人的特征

工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要表現(xiàn)形式為多關(guān)節(jié)機(jī)械手和多自由度的機(jī)械裝置，在自身動力能源和控制能力的幫助下，能夠自動完成各種機(jī)械產(chǎn)品制造、工業(yè)加工等生產(chǎn)活動，工業(yè)機(jī)器人的這種特性使其在電子行業(yè)、物流及化工等領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合后，使其能夠按照命令完成各項(xiàng)操作，應(yīng)用原理主要是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)使其能夠模擬人的大腦，讓機(jī)械手根據(jù)各項(xiàng)命令做出與人類相似的活動[1]。為了更好發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，需要了解工業(yè)機(jī)器人的特征。

（1）擬人化。工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)和人類結(jié)構(gòu)異曲同工，能夠像人類一樣從事行走、轉(zhuǎn)腰、手抓等活動。工業(yè)機(jī)器人在模擬人類的各項(xiàng)行為時主要通過計(jì)算機(jī)操控系統(tǒng)完成，機(jī)器人只需接收并執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)布的各項(xiàng)指令，按照指令開展各項(xiàng)操作。例如，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人接收到移動和抓取命令時，就會完成相應(yīng)的操作?，F(xiàn)階段的智能化機(jī)器人是在多功能生物傳感器的幫助下，擁有像人類一樣的視覺、語音等功能，進(jìn)一步提升了工業(yè)機(jī)器人對環(huán)境的適應(yīng)能力[2]。

（2）可編程性。工業(yè)機(jī)器人在制造過程中，可根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)和實(shí)際環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的編程設(shè)計(jì)，這樣能夠滿足小批量多品種均衡高效率行業(yè)的生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)柔性化的啟動。需要指出的是工業(yè)機(jī)器人的硬件條件保持不變，這些功能是通過對軟件進(jìn)行多功能編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，既能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的靈活性和高效率，還能大幅度降低生產(chǎn)投入。

（3）適用性廣?，F(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，除了有特殊要求專門設(shè)計(jì)的機(jī)器人，一般的工業(yè)機(jī)器人通用性非常強(qiáng)，并能體現(xiàn)良好的應(yīng)用效果。工業(yè)機(jī)器人與各類傳感器的深度融合，能夠賦予機(jī)器人更多的功能，比如圖像識別能力和語言能力等都得到了明顯改善，這樣能夠擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用空間，滿足工業(yè)生產(chǎn)的多樣化要求。

2 工業(yè)機(jī)器人的制造

2.1 靈活操作技術(shù)

靈活操作技術(shù)主要體現(xiàn)在機(jī)械臂和機(jī)械手的運(yùn)用上。為進(jìn)一步展現(xiàn)靈活操作技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，應(yīng)重點(diǎn)在感知、控制、精度等方面進(jìn)行研究，借助多功能傳感器和獨(dú)立關(guān)節(jié)等的靈活運(yùn)用，確保工業(yè)機(jī)器人的靈活操作技術(shù)具有人手的感知功能，機(jī)械臂具備運(yùn)用自如的靈活動力功能，在實(shí)際應(yīng)用時能夠收放自如，利用創(chuàng)新驅(qū)動器，完善機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，讓工業(yè)機(jī)器人的精度實(shí)現(xiàn)新的突破[3]。

2.2 感知系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人能夠整合內(nèi)部信息和環(huán)境信息，將其轉(zhuǎn)換成便于自身理解與識別的數(shù)據(jù)信息，這一過程需借助感知系統(tǒng)完成。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)離不開傳感器的幫助，在多樣化傳感器的作用下，工業(yè)機(jī)器人的感知速度和感知能力都得了進(jìn)一步提升，并具有了視覺感知能力。視覺感知功能是以視覺伺服系統(tǒng)為核心實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)將機(jī)器人感知到的視覺信息反饋給相關(guān)人員，工作人員可以以機(jī)器人的感知狀態(tài)為依據(jù)對其運(yùn)行狀態(tài)和位置做出優(yōu)化調(diào)整[4]。

2.3 運(yùn)動規(guī)劃

為了不斷提升工業(yè)機(jī)器人的工作效率，使其在有限的工作時間內(nèi)高質(zhì)量地完成更多工作任務(wù)，需要對機(jī)器人的運(yùn)動進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃。對機(jī)器人的運(yùn)動路徑和順序進(jìn)行規(guī)劃，盡量做到縮短運(yùn)動路徑而不重復(fù)。運(yùn)行軌跡的規(guī)劃是盡量減少機(jī)器人關(guān)節(jié)的空間移動范圍，路徑規(guī)劃就是幫助機(jī)器人解決路線活動范圍內(nèi)的一切障礙物，最大限度地減少其路線距離。時間規(guī)劃是在運(yùn)行軌跡和路徑規(guī)劃好后應(yīng)添加時間信息，讓機(jī)器人能夠在既定的時間內(nèi)、按規(guī)劃的路線開展各項(xiàng)操作，這樣就能控制機(jī)器人的運(yùn)行速度，保持其運(yùn)動的流暢性。

3 機(jī)器人自動沖壓線系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)

3.1 雙層控制系統(tǒng)方案

使用雙層控制系統(tǒng)能夠?qū)_壓系統(tǒng)與總控制系統(tǒng)分離開來，使沖壓系統(tǒng)作為獨(dú)立的系統(tǒng)而發(fā)揮作用，操作人員以耦合器和通信設(shè)備為紐帶將傳感器和壓縮機(jī)連接為一體，還可以借助以太網(wǎng)的幫助對各設(shè)備進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，另外，利用計(jì)算機(jī)終端控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)系統(tǒng)各個生產(chǎn)線的全面監(jiān)控，這種監(jiān)管形式能夠做到分層控制，借助多樣化的傳感器將各設(shè)備的運(yùn)行動態(tài)及時地反饋到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。分層管理能夠針對不同設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸通信速率，當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，另一側(cè)不受影響仍可繼續(xù)運(yùn)行，保障了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性和穩(wěn)定性，同時也不會因?yàn)榫S修而耽誤生產(chǎn)進(jìn)度[5]。

3.2 安全防護(hù)系統(tǒng)方案

安全防護(hù)系統(tǒng)的有效應(yīng)用能夠?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行創(chuàng)建一個安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，同時還能保障作業(yè)現(xiàn)場和人員的安全。安全防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括軟件和硬件兩個方面，硬件設(shè)計(jì)相較于軟件要簡單些，只需保障安全門的安裝效果達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)即可，而軟件設(shè)計(jì)要相對復(fù)雜一些，需要根據(jù)安全防護(hù)要求對軟件進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，借助功能化軟件的幫助對各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管，并將實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)，管理系統(tǒng)通過對反饋信息的分析整理，判斷各設(shè)備是否處于安全狀態(tài)，以及可能出現(xiàn)的安全隱患，并以此為依據(jù)對各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保障其能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行[6]。

4 工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

4.1 工業(yè)機(jī)器人集中操控系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的核心技術(shù)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行集中管理。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，便于操作，只需簡單的操控按鈕即可操作，讓工業(yè)機(jī)器人代替人工對生產(chǎn)過程的各種功能進(jìn)行集中控制，具有良好的應(yīng)用效果。集中操控系統(tǒng)包含多個功能單元，比如多類型的控制卡、標(biāo)準(zhǔn)的串口、PCI插槽等，這些模塊具有一定的開放性。這些組件共同組成工業(yè)機(jī)器人的集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運(yùn)行時能夠收集各方面的數(shù)據(jù)，達(dá)到統(tǒng)一使用的目的。但是，集中控制系統(tǒng)由于缺乏一定的靈活性，當(dāng)一個組件發(fā)生問題時，就會影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行。

4.2 機(jī)器人控制系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)通過兩級處理器的組合運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)控制功能，使主從系統(tǒng)處于一個協(xié)同作業(yè)的良好狀態(tài)。在開展控制的過程中，主控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)解決各項(xiàng)問題，通過系統(tǒng)指令實(shí)施管理工作、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及系統(tǒng)診斷等操作，在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行過程中以管家的身份對自動化程序進(jìn)行防護(hù)，在控制系統(tǒng)中對機(jī)器人的指令進(jìn)行管理，幫助機(jī)器人更好地調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)運(yùn)行。主從控制系統(tǒng)具有極強(qiáng)的時效性，這樣能夠保障工業(yè)系統(tǒng)高效率地運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.3 機(jī)器人分散控制系統(tǒng)

可將機(jī)器人的核心系統(tǒng)分解成不同的模塊，然后對各個子模塊展開分析，賦予每個子模塊以不同的控制任務(wù)，這一目標(biāo)由總系統(tǒng)來完成，由總系統(tǒng)對各個模塊進(jìn)行分工后，再對其進(jìn)行統(tǒng)一管理，使各個模塊能夠協(xié)調(diào)作業(yè)達(dá)到分散控制，協(xié)調(diào)聯(lián)動的目的。分散控制系統(tǒng)的運(yùn)行管理涉及多個不同的設(shè)備及管理對象，所收集和處理的信息數(shù)據(jù)種類和數(shù)量非常多，此時需利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息處理，所以分散控制系統(tǒng)應(yīng)具有良好的拓展性[7]。

4.4 機(jī)器人中的核心控制器

核心控制器是工業(yè)機(jī)器人的核心構(gòu)件，機(jī)器人能夠進(jìn)行各項(xiàng)指令操作，需要工作人員能夠熟練、正確地控制核心控制器，從而讓機(jī)器人按照實(shí)際使用要求完成各項(xiàng)任務(wù)。核心控制器能夠正常地發(fā)揮作用，離不開網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的支撐，以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建信息共享、互聯(lián)互通的交流網(wǎng)，能夠有效提升整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率。核心控制器包含并行和串行兩種方式，并行方式的作用是處理機(jī)器人操作時期的控制算法，而串行方式可以控制算法的串行體系。一般情況下，機(jī)器人的核心控制器能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)的高效協(xié)同作業(yè)，提升工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)效性，能夠進(jìn)一步完善機(jī)器人的性能，不斷提升工業(yè)的自動化水平。

5 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的具體使用方式

5.1 電氣設(shè)備日常操作

在電氣設(shè)備操控過程中對其精確度具有較高的要求，如果出現(xiàn)操作失誤或違規(guī)操作，不僅會耽誤生產(chǎn)進(jìn)度，還會降低產(chǎn)品精度，引發(fā)安全問題。為確保電氣控制實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理，各工業(yè)企業(yè)紛紛將電氣自動化技術(shù)融入電氣控制管理過程中，讓電氣控制能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自我管理和智能化控制。電氣設(shè)備的類型多樣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行控制，工作人員只需操控鼠標(biāo)和鍵盤即能完成相應(yīng)的操作，使得電氣控制操作流程更加簡潔。

5.2 故障診斷

電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中受多方面因素的影響，難免會發(fā)生故障，此時在最短的時間內(nèi)準(zhǔn)確定位和診斷故障，以免因設(shè)備故障擴(kuò)大而引發(fā)更大的損失。采用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行的電氣控制，能夠全面收集電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行問題，并且能夠?qū)⒃摬糠謹(jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲，為準(zhǔn)確定位和診斷故障贏取了時間，并能追溯至故障產(chǎn)生的源頭，為檢修人員制定合理的檢修措施提供了依據(jù)，保障電氣系統(tǒng)快速地消除故障，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

5.3 在電氣設(shè)備中的使用

電氣設(shè)備的各項(xiàng)性能要想滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，在設(shè)計(jì)時可利用工業(yè)機(jī)器人對其利用情況進(jìn)行分析，從而明確電氣設(shè)備的具體應(yīng)用范圍。電氣設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且專業(yè)性較高，融合了多種技術(shù)學(xué)科，通過在計(jì)算機(jī)中增加算法可得出其系統(tǒng)參數(shù)，從而進(jìn)一步完善電氣設(shè)備控制系統(tǒng)。此外，工業(yè)機(jī)器人還能對電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，收集的信息是更好開展電氣控制的重要依據(jù)。以監(jiān)控數(shù)據(jù)為支撐對電氣系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的開關(guān)量，如果在監(jiān)控過程中出現(xiàn)異常，系統(tǒng)就會發(fā)出警報，必要時還會將故障設(shè)備的電源切斷，使其與其他設(shè)備安全隔離，避免危害到其他設(shè)備。

6 對于機(jī)器的維護(hù)

工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過程中，經(jīng)過長時間的磨損消耗容易產(chǎn)生故障，所以工業(yè)企業(yè)要注重對機(jī)器人的維護(hù)。尤其是機(jī)器人的關(guān)節(jié)及活動部位，要定期添加潤滑劑進(jìn)行保養(yǎng)，避免運(yùn)行過程總關(guān)節(jié)出現(xiàn)卡頓問題。同時要根據(jù)機(jī)器人的實(shí)際情況制定一套完整的維護(hù)計(jì)劃，明確維護(hù)周期和相應(yīng)的維護(hù)方法，為提高機(jī)器人的利用率和延長其使用壽命奠定基礎(chǔ)。機(jī)器人在使用之前要經(jīng)過全面的檢查，看各個零部件是否能夠滿足實(shí)際運(yùn)行要求，并據(jù)實(shí)際情況采取更換或維修的方式，保障機(jī)器人能正常發(fā)揮作用。

7 結(jié)束語

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正處于一個日趨完善的發(fā)展過程，為電氣控制高標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行提供了技術(shù)支撐，將其與電氣設(shè)備控制結(jié)合，能夠簡化并優(yōu)化電氣設(shè)備控制流程和故障診斷流程，提升電氣設(shè)備操作的準(zhǔn)確性、可靠性，降低工作人員的勞動強(qiáng)度和危險程度，為高效生產(chǎn)和創(chuàng)收節(jié)支提供了支撐?！?/p>