電氣工程自動化視角下的產業機器人設計

王濤

摘 要：隨著網絡時代的發展，我國機器人的設計和研究工作起步較晚，因而整體的創新技術水平還處于比較落后的地步，但是隨著現如今機器人設計和研究領域的逐漸發展，我國這方面的技術還有很大的晉升空間。機器人的應用和發展，促使眾多高校不斷開展一些關于機器人的研究工作，國內外也越來越重視機器人的交流和展示，針對機器人而進行的各項比賽也逐漸增多。

關鍵詞：電氣工程;自動化;產業機器人設計

引 言

機器人的不斷研究創造是時代經濟發展的必然，是為了滿足人們更多需要而必然要進行的一項科學研究。目前，國外很多國家在機器人設計領域已有很多成功例子，其機器人具備的技術是當前我國技術無法比擬的。但是，時下我國很多高校開展機器人設計研究以及社會上的機器人比賽活動等，讓越來越多的人對機器人設計有更多的認識，給機器人設計的不斷創新創造了一個良好的環境。電氣工程及其自動化技術能夠給機器人設計提供一個良好的技術支持。本文主要分析機器人設計中的自動化技術應用情況，旨在讓我國的機器人設計快速跟上國際先進技術，創造出具有世界領先水平的機器人。

一、對機器人的相關概述

機器人，是科技不斷發展和人類文明不斷發展的產物，機器人的設計以及研發實際上是時代發展的必然產物，也能夠從很大程度上證明機器人的創造是能夠滿足人們生產以及生活利益的。因此，機器人的創造以及研發是一項必要的科學研究項目。現如今國外有很多機器人創造成功的實例，在創造過程中他們所使用的先進的設計技術是我國無法比擬的，但是隨著我國科技的不斷發展與進步，現如今有很多的高端設計研究方式正在投入應用，對機器人的新的認識也為今后機器人的設計提供很優越的條件。機器人正在朝著高度的人性化方向發展，通過機器人內部裝備設計的不斷更新而讓機器人擁有一定的思維，從而能夠自動的操作，進行工作。那么目前的機器人發展不再是簡單地由機械設備組成，而是模仿人類思維與模樣接近的具有人類相同思維的產物。

二、電氣工程自動化視角下的產業機器人設計

（一）新生代電氣自動化技術。電氣自動化技術是近些年興起且發展迅速的新型技術之一，且在電氣自動化技術不斷升級應用的過程中，信息技術也在不斷發展，由此不斷催生出各種新型的電氣自動化技術，包括高精度運動控制、模塊化與嵌入式控制系統設計、高可靠性實時通信網絡、復雜設施設備系統仿真技術等。將其應用到產業機器人領域，則能夠滿足不同產業的實際需求。面對更高的控制精度要求以及更加簡化與智能化的控制流程要求，在應用電氣自動化技術時，要注重對產業機器人的核心部件與電氣自動化技術連接在一起，包括伺服電機、控制器等，同時要注重對服務型機器人的研發，確保產業機器人整體發展水平較高。

（二）提高機器人工作的精度。現代先進的機器人能夠進行相關信息的分析工作，從而能夠有效代替人類進行相關對象的識別工作，同時還能夠及時地將這些識別信息進行反饋，對于提高機器人工作的精度具有重要意義。機器人的組裝只是機器人能夠正常投入使用的一個前提，想要機器人真正自如地進行工作，需要在其內部安裝一定的驅動裝置，利用計算機系統中的驅動設備，能夠在機器人的內部設置一些指定信號，當機器人接收到之后，就能夠進行下一步的工作。除了少量機器人能夠根據已經事先編排好的程序自動動作之外，大部分的還需要人為進行操作。因而將電氣工程及其自動化有效應用到其中，能夠起到良好的作用和效果。電氣工程及其自動化自身的優勢和功能較多，能夠為機器人的設計工作提供重要的參考和輔助作用。

（三）機器人的監控系統掌握。裝置、拼接、驅動之后的機器人都需要經過自身的程序編排才可以投入最后的自動動作控制中，但是大多數的機器人還都是由人工進行操作，人工操作不僅降低了效率，也沒有從根本上讓機器人發揮職能，所以對機器人的監控系統掌握是很有必要的。當前機器人的監控系統主要就是集中式的，也就是說通過一個中心監控裝置對所有的機器人進行整體控制，其中這個中心裝置是一臺計算機。這也就證明電氣工程及其自動化技術在機器人設計過程中也參與了監控系統，通過微機這個中心裝置，對所有的機器人進行整體控制，所以將自動技術應用到機器人的結構當中，也可以對機器人實現控制工作。

（四）PLC控制系統。在電氣自動化控制技術中，PLC控制系統是標志性的自動化控制技術的集合控制形式，PLC又稱為可編程邏輯控制器，與工業生產環境有較高的適應性，在數字運算操作電子系統的支持下，能夠更加可靠與高效的開展工作，且能夠更加快速的進行編程。和計算機類似，PLC控制系統中主要包括中央處理器、存儲器、外部設備接口等組件，工作流程則為采樣、用戶程序執行和輸出刷新。在PLC系統的支持下，可以幫助產業機器人在實際的運作過程中實現對機器人的點位控制、智能控制、力矩控制和軌跡連續控制。PLC控制系統要加強與產業機器人控制器之間的連接，要形成智能化的控制路徑，以提高機器人的環境適應能力和學習能力，并確保產業機器人能夠穩定、高效的完成工作。

（五）硬件系統設計。對產業機器人進行設計，設計人員基于生產要求應對伺服電機進行科學選擇，考慮到便于維護和易于實現智能化這兩個要求，應選用直流伺服電機。直流伺服電機的精度由電機后端編碼器控制，能夠更加低速和平穩的運行，具有較強的過載能力。DSP傳輸控制信號，電機執行，并由閉環控制進行精準定位，在電機編碼器反饋信號采樣的基礎上，驅動器可以快速響應。其次，要合理的選用和設計控制器，控制器中應包括單片微控制器、DSP數字信號處理器、PLC可編程邏輯控制器、工業控制計算機等，同時要在電氣自動化技術的支持下使用控制算法，形成控制信號后可對控制對象進行精準控制。設計人員要根據產業機器人的自身特點以及產業生產的實際要求，科學的選擇DSP控制器。對繼電器進行設計，要從操作安全性以及抗干擾性、靈敏度等方面進行把控，可選擇固態繼電器，其組成部分包括分離電子器和微電子電路等。可以將控制信號輸送到輸入端，從而有效控制大電流負載驅動。

（六）全面優化設計細節。從提高產業機器人工作效率和工作質量的角度出發，設計人員要結合設計要求對設計細節進行優化。要借助電氣自動化技術和操作平臺對已經完成設計的產業機器人進行試運行，并找出基礎結構中可優化設計的細節。以采茶機器人的優化設計為例，設計人員可以將機械結構改為懸臂梁式，即對傳統的Z軸改為與Y軸平行的結構改變成左Y軸與右Y軸相互獨立的結構，并將左Z軸與右Z軸設置在兩Y軸上。在進行滑臺設計時，則要從有效控制三軸運行的角度出發進行設計，實現對有效運行行程、長度、最大速度以及重復定位精度等參數的控制。設計采摘爪手時，設計人員要提高其自動化和智能化程度，要使用推拉式電磁鐵，電磁吸力可以幫助制動，同時彈簧彈力可以幫助歸位，此外，在微型軸承的作用下，固定銷、轉動鉸鏈間可以實現高效配合，從而提高作業效率。

結 語

在機器人設計中加入電氣工程及其自動化專業技術能夠使機器人設計更加順利，其擁有的功能會相對比較多且符合現代的技術水平。但，同樣的，機器人設計是一個比較復雜的研究工程，其中涉及到的技術類型多樣，僅僅依靠電氣工程機器自動化專業技術根本無法滿足人類對高度人性化機器人的要求。因此，只有不斷的研究多種技術，才能使機器人真正成為人類工作和生活的好助手。

參考文獻

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