搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計與研究

（江西瑞林裝備有限公司，江西 南昌 330032）

搬運(yùn)機(jī)器人在實際應(yīng)用中，對于工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升、生產(chǎn)效率提升以及生產(chǎn)服務(wù)成本的控制，發(fā)揮了重要的作用。在此背景下，關(guān)于影響搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行質(zhì)量的控制系統(tǒng)設(shè)計，引起了廣泛的關(guān)注。因此在實際發(fā)展中，如何有效地進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計，并且提升搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行質(zhì)量，則成為當(dāng)前搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展中主要研究的問題。筆者簡要剖析了搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計，以盼能為相關(guān)搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

1 搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計中的主要內(nèi)容分析

1．1 控制系統(tǒng)設(shè)計

搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)在設(shè)計研發(fā)中，控制系統(tǒng)設(shè)計為重要的設(shè)計內(nèi)容。其中控制系統(tǒng)在設(shè)計中，分析搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行流程，設(shè)計人員通常采用PLC技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行其控制系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)。通過PLC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及可編程控制器的應(yīng)用，達(dá)到對搬運(yùn)機(jī)器人多組運(yùn)行功能的集成化控制，同時對于搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行中的靈活性提升，也發(fā)揮了重要的作用。另外，從技術(shù)的成熟度進(jìn)行分析，PLC技術(shù)作為工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中常用的一類控制技術(shù)，其技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展較為成熟，因此，在搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用PLC技術(shù)，可行性高，且設(shè)計成本相對較低，對于搬運(yùn)機(jī)器人后期的造價成本控制，也發(fā)揮了一定的作用。

1．2 傳感系統(tǒng)設(shè)計

搬運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行中，從其系統(tǒng)控制運(yùn)行流程分析，主要的運(yùn)行流程為：系統(tǒng)啟動-數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)處理-移動-機(jī)械手運(yùn)行-搬運(yùn)物品-移動-卸貨-回歸原處。其中，在軟件配合硬件運(yùn)行的過程中，為確保其運(yùn)行中的準(zhǔn)確性，傳感系統(tǒng)設(shè)計則為重要的系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容。傳感系統(tǒng)在設(shè)計作業(yè)中，從搬運(yùn)機(jī)器人的外觀造型以及搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析，主要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)攝像頭、人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、紅外探測技術(shù)、雷達(dá)探測技術(shù)，實施的傳感系統(tǒng)設(shè)計。其中傳感系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用，降低了搬運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行中的誤差率，此外，對于搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行中的安全性提升，也發(fā)揮了重要的作用。

1．3 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計

搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)在設(shè)計中，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計為重點(diǎn)設(shè)計內(nèi)容。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計作業(yè)在實施中，從整體的系統(tǒng)組成方面分析，主要包括兩大模塊的設(shè)計。其一為機(jī)械硬件部分的設(shè)計，設(shè)計中主要包括機(jī)械手臂設(shè)計、軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計、承重結(jié)構(gòu)設(shè)計、移動構(gòu)件設(shè)計等方面的設(shè)計；其二為硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過傳感器、可編程控制器以及網(wǎng)絡(luò)線路的設(shè)計，達(dá)到對機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行控制。

1．4 探測系統(tǒng)設(shè)計

從搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行環(huán)境以及搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行控制邏輯進(jìn)行分析，探測系統(tǒng)設(shè)計為搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計中的重點(diǎn)內(nèi)容。探測系統(tǒng)設(shè)計作業(yè)在實施中，確保了搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，此外，也降低了搬運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行中出現(xiàn)的事故率。其中，從安全性以及技術(shù)成熟度的角度進(jìn)行分析，當(dāng)前在搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計中，關(guān)于探測系統(tǒng)的設(shè)計，主要通過應(yīng)用紅外探測技術(shù)、雷達(dá)探測技術(shù)以及超聲波探測技術(shù)、結(jié)合傳感技術(shù)，進(jìn)行設(shè)計的搬運(yùn)機(jī)器人探測運(yùn)行系統(tǒng)。

1．5 安全系統(tǒng)設(shè)計

從搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行工作環(huán)境進(jìn)行分析，為確保搬運(yùn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)行穩(wěn)定性，安全系統(tǒng)設(shè)計則為重要的系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容。其中安全系統(tǒng)的設(shè)計作業(yè)實施，整體的設(shè)計邏輯較為復(fù)雜，從系統(tǒng)組成方面分析，包括兩大部分的設(shè)計。其一為外部安全設(shè)計，通過減少搬運(yùn)機(jī)器人外觀棱角，尖角的方式，降低搬運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行中，發(fā)生撞擊或其他事件中的事故危害；其二軟件系統(tǒng)設(shè)計，軟件系統(tǒng)設(shè)計主要結(jié)合探測系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)以及動力系統(tǒng)的配合調(diào)試，進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行中避障功能，運(yùn)行速度的實時控制和調(diào)整，同時達(dá)到提升裝置運(yùn)行中的安全穩(wěn)定性。

1．6 定位系統(tǒng)設(shè)計

定位系統(tǒng)設(shè)計為搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計中的重點(diǎn)內(nèi)容，其中定位系統(tǒng)設(shè)計的作用，主要表現(xiàn)為物品裝卸定位、避障定位、回歸定位、運(yùn)行定位、隨機(jī)定位、遠(yuǎn)程定位等方面。其中定位系統(tǒng)的設(shè)計，對于搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行靈活性、運(yùn)行效率提升、運(yùn)行安全性控制以及運(yùn)行穩(wěn)定性提升，發(fā)揮了重要的作用。其中定位系統(tǒng)的設(shè)計，主要通過觸發(fā)性的探測系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)內(nèi)部地圖置入、固定定位地區(qū)設(shè)定以及智能定位系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行的全系統(tǒng)定位設(shè)計。

1．7 動力系統(tǒng)設(shè)計

搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)在設(shè)計中，動力系統(tǒng)設(shè)計為核心設(shè)計內(nèi)容。其中在具體的設(shè)計作業(yè)中，從當(dāng)前普遍的技術(shù)發(fā)展趨勢以及安全控制的角度進(jìn)行分析，搬運(yùn)機(jī)器人動力系統(tǒng)的設(shè)計，主要應(yīng)用的動力源為電能。因此，動力系統(tǒng)的設(shè)計主要為電動機(jī)設(shè)計、動力傳輸系統(tǒng)設(shè)計以及安全設(shè)計方面的內(nèi)容，其中常用的供電電源為：鋰電池或鉛酸電池。另外，安全設(shè)計方面的內(nèi)容，主要包括制動系統(tǒng)的設(shè)計以及安全防護(hù)方面的設(shè)計，主要為電池結(jié)構(gòu)的防水防潮設(shè)計、電力線路的安全防護(hù)設(shè)計以及結(jié)構(gòu)外部安全防護(hù)設(shè)計。

2 關(guān)于搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計中的注意事項分析

2．1 系統(tǒng)可靠性檢測試驗

搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)在設(shè)計中，其系統(tǒng)設(shè)計的可靠性檢測試驗，為系統(tǒng)設(shè)計中的重要注意事項。系統(tǒng)可靠性的檢測試驗作業(yè)實施，保障了搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行中的安全性和穩(wěn)定性。其中在具體的可靠性檢測試驗中，主要的檢測試驗項目包括：軟件控制與硬件響應(yīng)現(xiàn)狀測試、動力傳輸測試、構(gòu)件配合狀態(tài)測試。具體測試中包括實驗室測試以及現(xiàn)場測試兩個板塊，其中現(xiàn)場測試應(yīng)在實驗室測試完成后進(jìn)行。現(xiàn)場測試中主要針對搬運(yùn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中，各運(yùn)行功能以及自動化功能運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測試。

2．2 系統(tǒng)安全性檢測試驗

安全性檢測試驗從搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行控制邏輯以及現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行分析，主要通過避障功能測試、機(jī)動性控制測試以及電氣系統(tǒng)測試方面進(jìn)行落實。其中避障功能測試，主要通過在搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)行坐標(biāo)中，設(shè)置障礙物，測試搬運(yùn)機(jī)器人的反應(yīng)狀況，進(jìn)行其系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的評估。其次，機(jī)動性設(shè)計，主要針對搬運(yùn)機(jī)器人的緊急制動功能進(jìn)行測試，確保其在復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境中的運(yùn)行安全性。另外，電氣系統(tǒng)測試，主要針對電能供應(yīng)中的系統(tǒng)能耗、運(yùn)行功率、電氣安全性方面進(jìn)行測試。

2．3 軟件測試

搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計在實際設(shè)計中，即為軟件結(jié)合硬件調(diào)試的總體系統(tǒng)設(shè)計。其中軟件測試則為系統(tǒng)設(shè)計中的重要注意事項，具體在軟件測試作業(yè)的實施中，測試人員主要針對軟件在超負(fù)荷運(yùn)行環(huán)境下的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行控制準(zhǔn)確性以及軟件配合硬件的自動化運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，以此完善地落實軟件測試作業(yè)。其次，分析通過軟件測試作業(yè)的實施，降低了搬運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行中的事故率，同時對于控制軟件的運(yùn)行質(zhì)量提升，也發(fā)揮了重要的作用。

2．4 擴(kuò)展性及兼容性測試

科技在不斷發(fā)展的過程中，軟件及硬件技術(shù)的提升、擴(kuò)展性及兼容性為評估軟件及硬件應(yīng)用質(zhì)量以及技術(shù)先進(jìn)程度的重要指標(biāo)。其中在搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計中，落實系統(tǒng)擴(kuò)展性及兼容性的測試，則為重要的注意事項。其中擴(kuò)展性及兼容性的測試，主要從硬件系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)、技術(shù)支持、接口支持、基礎(chǔ)協(xié)議支持以及可升級狀態(tài)方面進(jìn)行測試和評估。其次軟件方面，主要從基礎(chǔ)的架構(gòu)技術(shù)以及可擴(kuò)展模塊接口的設(shè)計預(yù)留方面進(jìn)行評估分析。通過系統(tǒng)的擴(kuò)展性及兼容性測試，達(dá)到對控制系統(tǒng)性價比、銷售成本以及市場競爭力的有效評估，同時達(dá)到規(guī)范設(shè)計技術(shù)以及推動技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的目的。

3 結(jié)語

從當(dāng)前搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀以及搬運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行中的功能效果進(jìn)行分析，實際發(fā)展中設(shè)計人員為有效的提升技術(shù)應(yīng)用效果，同時增強(qiáng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用安全性，具體在搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計中，設(shè)計單位還應(yīng)從控制系統(tǒng)的可靠性、安全性、擴(kuò)展性、兼容性以及軟件測試方面進(jìn)行發(fā)展。以此合理地提升控制系統(tǒng)應(yīng)用質(zhì)量，同時減少因控制系統(tǒng)性能不足，造成的搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行事故率高以及可靠性不足的現(xiàn)象。