自動化視域下搬運機器人控制系統設計與研究

張強 潘振東 陶承虎 曹振波

摘? ?要：目前，我國很多行業都開始采用自動化的生產設備，尤其是對于物流、電氣等行業，自動化的搬運機器人更是起到了提高生產效率，保證生產安全的作用。PLC技術作為實現搬運機器人自動化的重要技術，在控制系統中有著十分廣泛的應用。在機器人設計領域中，甚至有設計單位已經能夠設計出達到智能化水平的搬運機器人。并且，搬運機器人也逐漸往微型化的方向發展。這些搬運機器人控制系統設計理念的應用，真正促進了我國各個行業的發展和進步。

關鍵詞：自動化? 搬運機器人? 控制系統? PLC? 設計

中圖分類號：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0072-02

對于搬運機器人控制系統設計來說，包括控制系統設計、傳感系統設計、機械系統設計、探測系統設計、安全系統設計等內容。同時，想要真正保證系統的穩定性與安全性，還需要開展系統可靠性檢驗試驗、系統安全性檢驗試驗、軟件測試等工作，從而明確系統的實際情況，明確設計方案中存在的問題和缺陷，并對其進行及時的優化和調整。這樣，才能真正做好自動化的搬運機器人控制系統設計工作。本文也從以上幾個方面進行討論和研究，以期為后續機器人設計提供參考和借鑒。

1? 搬運機器人控制系統主要設計內容概述

1.1 控制系統設計

控制系統是實現搬運機器人主要功能的重要組成部分，所以該部分內容處于設計工作中的首要位置。在設計過程中，首先需要明確機器人的工作流程，一般采用PLC技術，目前系統中還會融合網絡技術，同時還會廣泛應用可編程控制器，這樣能夠更好地完成機器人多組運行功能的集成化控制。在這一設計理念的指引下，機器人的靈活性得到了有效的提升，并且能夠進一步縮小機器人的體積。同時，在工業生產系統中，PLC技術的應用十分廣泛，并且也十分成熟，因此在自動化搬運機器人控制系統中PCL技術的應用具有很高的可行性。在成本控制方面，PLC技術的應用也有很好的表現[1]。

1.2 傳感系統設計

傳感系統是機器人確定搬運物品位置、形狀、目的地位置等信息的重要元件，同時也起到為機器人及操作人員提供工作環境數據的作用。因此，傳感系統的設計具有同樣重要的作用。一般來說，需要在機器人中安裝網絡攝像頭，保證能夠獲取到第一手的圖像信息。為此還需要網絡技術以及人工智能技術的配合，對于某些行業的機器人需要采用雷達、紅外等探測技術，從而組成傳感系統。通過對比傳統搬運機器人我們發現，具有傳感系統的機器人，其自動化水平以及智能化水平更高，并且能夠更準確地完成搬運工作[2]。

1.3 機械系統設計

機械硬件部分的設計以及硬件控制系統的設計是搬運機器人機械系統的兩大組成部分。其中硬件部分包括機械手臂、軸承結構、承重結構等等，硬件控制系統則包括傳感器、網絡線路等等。

1.4 探測系統設計

一般來說，探測系統設計中多運用紅外探測技術，必要的情況下會使用雷達探測技術或者超聲波探測技術。這些技術的應用，進一步提升了機器人運行的穩定性與可靠性，并且這些技術已經相當成熟，具有較為理想的可行性[3]。

1.5 安全系統設計

由于搬運機器人所搬運的物品有可能是體積較大、重量較大的物品，因此其工作過程具有一定的危險性，因此需要根據機器人具體的工作環境完成安全系統的設計工作。由于機器人作業過程、環境、設計邏輯都相對復雜，所以一般在設計過程中會將安全系統設計分為外部安全設計和軟件系統設計兩部分。其中外部安全設計包括減少機器人外觀棱角、尖角，避免運行過程中發生不必要的碰撞。軟件系統設計則包括機器人本身的避障功能、速度控制功能以及裝置穩定性監控功能[4]。

1.6 定位系統控制

物品的搬運往往涉及到裝卸、避障、回歸、運行等定位工作，因此定位系統則需要完成以上內容。定位系統的設計水平對于機器人的靈活性有著直接的影響。一般來說，該設計部分主要涉及到具有觸發性的探測系統的設計，另外還包括固定定位地區設定以及系統內部地圖置入等設計內容[5]。

1.7 動力系統設計

動力系統設計成果的質量決定著系統功率輸出的穩定性以及機器人的續航能力，在實際設計過程中，安全問題是動力系統設計主要關注的問題，而電力則是常見的動力源。因此，一般機器人設計分為動力傳輸系統設計、電動機設計等內容，鋰電池、鉛酸電池為常用的供電電源。

2? 保證機器人設計成果質量的重要試驗

系統可靠性檢測試驗的內容主要包括動力傳輸測試、硬件相應現狀測試以及構件配合狀態測試等內容。同時測試的方式也分為實驗室測試與現場測試，其中現場測試更能展示出機器人在復雜環境中的自動化功能實現水平以及電氣設備的運行狀態。

系統安全性檢測實驗則主要包括在機器人前進路線中設置障礙物，從而明確其反應情況，并對系統本身進行評估，另外也需要對機器人的緊急制動功能進行測試，同時還包括電器系統測試等內容，從而明確機器人電器安全性、系統能耗等參數。

軟件測試則主要明確在超負荷狀態下元件的運行情況，并進一步對軟件本身進行優化和調整，進而降低其事故率，進一步提升軟件控制功能的穩定性。

在很多試驗中還包括擴展性及兼容性試驗，這是因為在很多企業應用過程中，往往需要機器人配合其他系統完成具體的工作，所以就需要讓機器人能夠兼容其他設備或者軟件，從而進一步實現自動化控制與智能化控制，并促進企業整體自動化水平的提升。一般會對基礎協議支持、接口支持等內容進行檢查。

3? 結語

隨著我國科學技術的提升，對于搬運機器人設計工作來說，不僅僅有很多先進的控制系統應用到實際工作中去，還有很多先進的金屬材料、合成材料、有機材料的運用，所以為了進一步提升機器人的智能化以及自動化水平，就需要設計人員在了解具體系統設計理念的同時，著重關注機器人材料技術的發展動態，以達到提升機器人功能及穩定性的作用。

參考文獻

[1] 趙玉鳳.工業機器人技術在自動化控制領域中的應用探究[J].決策探索（中），2019（11）：43.

[2] 張貴林，劉召柱，盛雪葦.多臂旋轉式搬運機器人結構設計與分析[J].制造業自動化，2019，41（10）：96-100.

[3] 李楠，鄧媞，陳曉玲.工業機器人技術在自動化控制領域中的應用[J].中國新技術新產品，2019（15）：5-6.

[4] 徐益平.高速鋼坯搬運機器人控制系統的設計及應用[J].科技視界，2019（21）：15-16.

[5] 李美萱.PLC控制在機器人自動化生產線設計應用[J].農家參謀，2019（13）：191.