探析工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用

朝陽(yáng)工程技術(shù)學(xué)校 遼寧 朝陽(yáng) 122000

前言

在電氣控制領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備系統(tǒng)的智能化、簡(jiǎn)單化運(yùn)行，系統(tǒng)優(yōu)化也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合相關(guān)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段電氣系統(tǒng)中的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在電氣設(shè)備、電氣控制、故障診斷三個(gè)方面，同時(shí)電氣自動(dòng)化控制中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也具備較高應(yīng)用價(jià)值。

1 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概述

所謂工業(yè)機(jī)器人，指的是面向工業(yè)領(lǐng)域的多自由度或多關(guān)節(jié)機(jī)械手的機(jī)器裝置，可實(shí)現(xiàn)工作的自動(dòng)執(zhí)行，圖1為典型的工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)能夠通過模擬人腦發(fā)出行為指令，完成各種操作，在工作效率、靈活性、穩(wěn)定性等方面均具備優(yōu)秀表現(xiàn)，設(shè)備自動(dòng)化處理水平也能夠在該技術(shù)支持下提升。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)具備智能化、柔性化、精密化等特點(diǎn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)柔性生產(chǎn)、精細(xì)加工、精細(xì)制造，屬于實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、數(shù)字化生產(chǎn)的重要手段。對(duì)于本文研究的電氣控制來說，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)能夠在其中負(fù)責(zé)采集和處理數(shù)據(jù)、運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)控、電氣設(shè)備操作控制，電氣控制的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度可由此降低，電氣設(shè)備的安全性提升也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)[1]。

圖1 典型的工業(yè)機(jī)器人

2 電氣控制中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用路徑

2.1 在電氣設(shè)備中的應(yīng)用 對(duì)于電氣控制中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用來說，其在電氣設(shè)備中的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)電氣工程智能化、自動(dòng)化操作。對(duì)于技術(shù)門檻較高的電氣設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)可基于傳感技術(shù)、編程語言、PLC等基本元素實(shí)現(xiàn)電氣控制伺候、組態(tài)、變頻等環(huán)節(jié)的簡(jiǎn)化，ABB機(jī)器人RAPID編程語句與電氣工程設(shè)計(jì)腳本中的While、If-Else等語句存在的共同之處便能夠證明這一認(rèn)知。在電氣設(shè)備系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人的ROS系統(tǒng)可計(jì)算相關(guān)參數(shù)，電氣設(shè)備的調(diào)節(jié)水平和控制能力可同時(shí)提升，電氣設(shè)備的使用壽命延長(zhǎng)、性能提升也能夠順利實(shí)現(xiàn)。此外，在日常操作過程中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也能夠發(fā)揮積極作用，如實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)檢測(cè)和維護(hù)等工作的簡(jiǎn)化、降低電氣系統(tǒng)控制頻率并延長(zhǎng)控制周期[2]。

2.2 在電氣控制中的應(yīng)用 對(duì)于電氣控制的自動(dòng)化發(fā)展來說，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)同樣能夠發(fā)揮積極作用。在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用中，軟件的應(yīng)用開發(fā)極為關(guān)鍵，人類的體力和智力可由此更好延伸，電氣控制的網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化可由此實(shí)現(xiàn)。對(duì)于能夠有效采集和處理電氣控制相關(guān)數(shù)據(jù)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)來說，其在電氣設(shè)備保護(hù)、監(jiān)視、測(cè)量、控制等功能的優(yōu)化中能夠發(fā)揮積極作用，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中電流、電壓、功率、頻率的科學(xué)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步降低人力資源消耗。同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程維修，電氣控制涉及的安全威脅可由此大幅降低。

2.3 在故障診斷中的應(yīng)用 多方面因素均可能對(duì)電氣運(yùn)行造成影響，這使得電氣控制的故障現(xiàn)象存在多樣化特征，不同于應(yīng)用手、眼、鼻等器官感知故障的傳統(tǒng)手段，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用可依托故障電氣設(shè)備的電流、電壓、阻抗、頻率、振幅、溫度、絕緣值、轉(zhuǎn)速等參數(shù)實(shí)現(xiàn)故障診斷，電氣設(shè)備故障點(diǎn)可由此自動(dòng)確定，診斷流程簡(jiǎn)化也能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)支持下，電氣設(shè)備運(yùn)行故障的原因可在多種因素下快速而精準(zhǔn)地鎖定，故障危害的擴(kuò)大和蔓延遏制也能夠同時(shí)得到保障，相應(yīng)經(jīng)濟(jì)損失自然可隨之減少。此外，電氣設(shè)備的自控流程也能夠在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)支持下簡(jiǎn)化，電氣設(shè)備故障和狀態(tài)的綜合分析可由此更好開展，在高效運(yùn)行的電氣控制下，科學(xué)合理地電氣控制故障處理方案也能夠順利獲得。

3 電氣控制中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 案例概況 為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，以倉(cāng)儲(chǔ)分揀生產(chǎn)線作為研究對(duì)象，該工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)由工業(yè)機(jī)器人單元、禮品盒生產(chǎn)線單元、AGV機(jī)器人小車單元、托盤生產(chǎn)線單元、碼垛機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)單元、視覺CCD系統(tǒng)單元組成。在案例的電氣控制中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)需要滿足六方面控制要求。第一，將裝入工件的托盤從立體庫(kù)取出，通過碼垛機(jī)在AGV機(jī)器人中依次放入托盤，立體倉(cāng)庫(kù)端為AGV機(jī)器人的初始位置；第二，運(yùn)行至托盤流水線位置的AGV機(jī)器人進(jìn)行對(duì)接，輸送托盤至盤流水線上，隨后自動(dòng)返回的AGV機(jī)器人循環(huán)輸送托盤，直至裝有工件12個(gè)的6個(gè)托盤完成輸送；第三，托盤流水線的托盤阻擋由阻擋氣缸負(fù)責(zé)，開展相機(jī)識(shí)別，運(yùn)行至抓取工位的托盤由單吸盤抓取，機(jī)器人需要將托盤置于指定位置的流水線處，隨后進(jìn)行雙吸盤更換，在托盤庫(kù)中放置空托盤；第四，主控界面上可人工完成指定搬運(yùn)的托盤選擇，取托盤根據(jù)托盤位置選擇情況由碼垛機(jī)自動(dòng)開展，在生產(chǎn)線上的托盤完成視覺檢測(cè)后，托盤上的工件由工業(yè)機(jī)器人放入工件盒中，同時(shí)在托盤收集處放置空托盤，最終完成托盤收集；第五，G7、G9工位工件盒中的工件由工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)至G8工位工件盒；第六，完成任務(wù)，此時(shí)需存在1Hz頻率閃爍的1Hz頻率閃爍。

3.2 具體方案 在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用中，首先，設(shè)計(jì)碼垛機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)電氣控制方案，考慮到立體倉(cāng)庫(kù)和碼垛機(jī)器人屬于碼垛機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)主要構(gòu)成，且碼垛機(jī)器人屬性執(zhí)行部件，因此采用的三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)碼垛機(jī)器人，該電動(dòng)機(jī)控制由三臺(tái)變頻器負(fù)責(zé)，碼垛機(jī)器人的貨叉取貨、垂直抬升、水平行走分別控制可順利實(shí)現(xiàn)；其次，設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)基于28個(gè)倉(cāng)位(布局)開展設(shè)計(jì)，設(shè)置微動(dòng)開關(guān)于每個(gè)倉(cāng)位下，以此實(shí)現(xiàn)托盤檢測(cè)，是否存在貨物可基于微動(dòng)開關(guān)被壓下的情況判斷，同時(shí)需保證碼垛機(jī)初始位置與其每個(gè)倉(cāng)位間存在一定距離，且擋片對(duì)應(yīng)每個(gè)倉(cāng)位的X軸、Z軸設(shè)置。X軸擋片、Z軸擋片的編號(hào)分別為X1-X7、Z1-Z4，由此可確定倉(cāng)位的坐標(biāo)，為保證指令下的碼垛機(jī)能夠順利到達(dá)目標(biāo)倉(cāng)格，需要分解目標(biāo)倉(cāng)格位置，以此得到需要到達(dá)的X軸和Z軸擋片號(hào)，通過計(jì)算控制識(shí)別每個(gè)擋片位置。為得到平穩(wěn)運(yùn)行的系統(tǒng)，需設(shè)法提升定位準(zhǔn)確性，并做好各軸接近目標(biāo)倉(cāng)位時(shí)的減速運(yùn)行控制，定位控制需要同時(shí)與其實(shí)現(xiàn)較好配合；再次，碼垛機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)電器柜設(shè)計(jì)。需圍繞電氣安裝板、按鈕指示燈模塊、觸摸屏進(jìn)行，采用三個(gè)變頻器控制碼垛機(jī)三個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)采用軟件配置和硬件連接配合完成通訊控制的連接。PLC作為系統(tǒng)主控器，存在擴(kuò)展單元共3個(gè)，以太網(wǎng)交換機(jī)負(fù)責(zé)觸摸屏和PLC間、變頻器和PLC間的連接，每個(gè)設(shè)備使用同一網(wǎng)段但需要進(jìn)行不同IP地址設(shè)定。PLC系統(tǒng)由安全連鎖系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、PLC控制器組成。為保證目標(biāo)貨位能夠由碼垛機(jī)準(zhǔn)確到達(dá)，定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確可靠設(shè)計(jì)也極為關(guān)鍵，為保證碼垛機(jī)的穩(wěn)定性和存取效率，還需要科學(xué)控制器三個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，位置識(shí)別屬于其中關(guān)鍵。為有效預(yù)防系統(tǒng)失效問題，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用還同時(shí)設(shè)計(jì)了安全極限連鎖；最后，設(shè)計(jì)AGV機(jī)器人小車，采用磁導(dǎo)式循線方式開展具體設(shè)計(jì)，由兩臺(tái)直流伺服電機(jī)作為行走電機(jī)，附帶有電磁抱閘裝置，小車循跡運(yùn)行采用差速控制方法，碰撞保護(hù)裝置設(shè)置于小車的前后，斷電停車會(huì)在碰撞后立即執(zhí)行。采用由地標(biāo)傳感器、循跡傳感器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、PLC控制器組成的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中最重要和最基礎(chǔ)的控制為循跡控制。輸送物品托盤任務(wù)可配合系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，具體控制涉及氣擋升降、傳送帶運(yùn)行、減速停止、與碼垛機(jī)單元通信、物品托盤上下料計(jì)數(shù)等在，在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)支持下，倉(cāng)儲(chǔ)分揀生產(chǎn)線的電氣控制優(yōu)化可順利實(shí)現(xiàn)。

結(jié)論

綜上所述，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用價(jià)值較高。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的在電氣設(shè)備中的應(yīng)用、在電氣控制中的應(yīng)用、在故障診斷中的應(yīng)用、在倉(cāng)儲(chǔ)分揀生產(chǎn)線中的應(yīng)用等內(nèi)容，則提供了可行性較高的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用路徑。為更好發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人技術(shù)優(yōu)勢(shì)，智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新型技術(shù)深化應(yīng)用必須得到重視。