工業機器人先進伺服系統技術特點和應用探討

丁永高

摘 要：對于當代我國工業技術發展中，可以應用工業機器人智能實現對于機器裝置的自動化控制，有效取代傳統手工工作模式。優化設計工業機器人先進伺服系統，有助于提升工業機器人工作性能，在應用中發揮更多作用。本文將介紹工業機器人先進伺服系統技術特點和應用方面的相關內容，分析其技術特點及應用優勢。

關鍵詞：應用；工業機器人；伺服系統；特點

隨著我國的工業機器人技術和產業迅速發展，在工業生產中工業機器人的應用也日益廣泛，已成為現代制造生產中重要的高度自動化裝備[ 1 ]。

關于我國工業機器人研究方面，在上海新時達電氣公司中，其機器人專用伺服等項目被列入上海市重大技術裝備研制專項。以下本篇探討工業機器人先進伺服系統技術特點和應用問題，具體內容如下。

1 工業機器人及伺服系統概念

1.1 工業機器人

關于工業機器人這一概念，就是能夠通過重復的編程以及自動控制功能，實現在工業制造中對某些操作任務的智能一體化管理[ 2-4 ]。工業機器人可結合制造主機或生產線，可以組成單機或多機自動化系統，在無人參與下，實現搬運、焊接、裝配和噴涂等多種生產作業。

1.2 伺服系統

伺服系統，也就是具有“伺服”性能的馴服工具，以一定的準確度響應控制信號[ 5 ]，可以服從系統的控制信號要求，而做出相應的動作；并且在伺服系統中控制訊號到來之前，工業機器人的轉子是靜止不動的；只有在訊號來到后，將立即轉動轉子；直到訊號消失，轉子才可自行的停轉。

2 工業機器人先進伺服系統技術特點

2.1 應用功能較為完善

工業機器人先進伺服系統技術，可以最大限度的簡化工業控制操作[ 6-9 ]，也簡化伺服系統的人機對接口，簡化人際交互界面，提升人際交互功能。同時，在系統中，可以利用通信總線進行通信，系統顯示的信息數據量加大。

2.2 安全性高

先進伺服系統中，應用安全集成驅動，從機械安全和電氣安全的階段，走向功能安全和網絡安全。

2.3 減少能耗

采用有源前端技術對制動能量進行回收，把減速制動狀態電機中的再生能量，應用母線傳遞到加速狀態的電機，減少電網功率吸收，實現不同的節能模式。

2.4 集成與智能

機器人先進高性能工業機器人先進伺服系統中，具備人工智能特性，可實現預測性的維護系統，提高系統的可用性。在機器人伺服系統中，還實現硬件橫向集成、信息縱向集成，發揮應用優勢。

3 優化設計工業機器人先進伺服系統

3.1 系統總體控制功能

對于本次設計工業機器人先進伺服系統中，將采用力傳感器作為系統對于工業控制信息的檢測反饋機制，其原理圖如圖1所示。

同時，對于該系統設計，還應該具備以下功能：在工業機器人的先進伺服系統設計中，確保系統能夠將輸入系統的指令信號，與系統反饋信號比較，從而獲得控制輸出、輸入信號的偏差，管理系統控制環節。

同時，系統被控對象作為主功能的主體，其行為質量反映著整個伺服系統的性能。系統中的控制器，可以變換處理元件輸出的偏差信號，控制執行工業機器人控制元件可以按要求做出動作。

3.2 硬件設計

3.4 應用測試

基于Matlab平臺的Simulink是動態系統集成環境進行系統應用測試。基于Matlab計算功能，建立西醫模型、改變系統的仿真參數。Simulink提供了交互的仿真環境，既可通過下拉菜單進行仿真，也可通過命令進行仿真。

根據系統的開環傳遞函數，可以編寫出相應的MATLAB程序，同時繪制先進伺服系統的Bode圖以及階躍響應曲線。對于本次設計的伺服系統，其幅值裕度以及相角穩定裕度都是負值，系統的階躍響應曲線產生發散振蕩，證實系統此時是不具備穩定性的，必須應用伺服系統進行校正。設校正之后相角的穩定裕度是72°，然后可以調用這個自編函數，從而得出校正器的傳遞函數。

然后仿真建立該工業機器人伺服系統校正后的simulink動態模型，并且得出校正后機器人伺服系統Bode圖和階躍響應曲線。工業機器人先進伺服系統幅值的裕度是大于6dB，而相角的穩定裕度則是71.4 o，系統穩定；超調量為9%，調節所需時間為1.04s，有效滿足實際工控對于工業機器人先進（下轉第127頁）（上接第125頁）伺服系統的性能需求。

4 應用工業機器人先進伺服系統的優勢

測試應用優化設計的工業機器人先進伺服系統，系統不僅可以實現工業機器人先進伺服系統的快速啟動以及精確的速度檢測；也可以基于軟件制動結合直流制動方法，優化工業機器人快速停止特性。

并且，基于本次優化設計的計工業機器人先進伺服系統，可以精確定位伺服弊端，提升系統的抗擾動性能；同時，改進系統的速度環控制器進，可以在線自動控制先進伺服系統的參數，提升系統應用性能，發揮積極應用優勢。

5 結論

綜上所述，本篇通過分析工業機器人先進伺服系統技術特點，并進行系統的應用測試，有效證實本次優化設計的工業機器人先進伺服系統，可以滿足快速啟動以及精確的速度檢測需求，也可以更好地實現工業機器人的精確定位及抗擾動性能，發揮積極的應用價值，值得在實際中推廣應用該技術。

參考文獻：

[1] 馮自濤.噴漆工業機器人控制系統的研究與設計[D].武漢理工大學，2013.

[2] 李勁松，趙連玉，劉振忠等.基于MATLAB/SimMechanics工業機器人慣量前饋仿真研究[J].天津理工大學學報，2015，（1）：21-24，40.

[3] 王健.智慧引導下的系統創新——工業機器人用先進伺服系統關鍵技術的發展趨勢[J].中國信息界-e制造，2014，（7）：40-42.