一種針對EMC智能輔助測量的機器人系統設計

楊懷忠 韓孝軍

（1.陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西 榆林 719319 ；2.北京匯研中科科技發展有限公司，北京 100041）

0 引言

在我國工業自動化應用產業不斷成熟和升級的條件下，機器人（尤其是服務型機器人）是能輔助人類或設備完成許多任務的重要設備。機器人是現代自動化和智能化的重要象征，應用機器自動化以及人工智能技術能夠達到機器人服務人類和服務社會的基本目的。對現階段來說，工業機器人的實際發展速度和智能制造技術在先進制造產業中已然成為衡量生產制造水平的關鍵，成為衡量國家制造業生產發達程度的重要評判標準。目前，我國正處于高速度發展經濟向高質量發展經濟轉型升級的重要時期，以工業機器人為主體的機器人產業的進步與發展是降低我國產業成本、打破環境制約壁壘的重要路徑。在該背景下，該文對某種基于EMC智能輔助測量的機器人系統的探討研究也就具有重要的理論意義和現實價值。

1 設計背景

在工業2.0和新興工業產業發展階段，工業化生產得到了迅猛發展，隨之而來的是對工業化生產過程中各項工藝流程和生產過程自動化、智能化以及高度機械化的發展需要，企業在該過程中秉持縮短加工節拍、節省人力成本以及提高生產效率等基本追求，解決在企業正常發展或經營過程中人員流動給企業生產帶來的不良影響，最大限度地提高企業經濟效益。在該條件下，基于EMC智能輔助測量的機器人系統能夠適應工業自動化生產需要和工藝流程需要，由此設計智能機器人體系，選擇先進的生產組織機構，借助十字工作臺和檢測機器人之間的協同互動與互聯溝通完成EMC測試，從而使基于EMC的智能輔助測量機器人系統的整個工藝流程皆為自動化操作和智能化管控，通過位移傳感器精確定位被測量的具體點位，借助自動化測量手段高效地實現精確測試的目標，為最大限度地降低勞動強度和提高工作效率打下扎實的基礎。

2 設計原則與目標

在對基于EMC智能輔助測量的機器人系統的設計過程中，根據該項目的未來發展需要和實際市場需求，結合國家及地方政府關于智能機器人測量系統的相關產業政策，對該文所提出的基于EMC的智能輔助測量機器人系統的設計原則進行梳理，該機器人的設計主要遵循合法性、可靠性與安全性并存、節能環保、先進性和互換性并存、實用性和實時性并存、經濟性與開放性并存以及提高監管力度與綜合管理水平等基本原則[1]。合法性原則是指整個基于EMC的智能輔助測量機器人系統的架構設計須符合國家現行有關法律法規，符合國家關于消防管理條例和消防管理標準的相關條款，整個系統設計嚴格按照國家規定的各項強制性認證過程和條款來執行。可靠性和安全性是指借用現階段國際上成熟、安全、平穩且可靠的控制技術與控制設備，在EMC智能輔助測量的機器人系統的架構設計過程中，保證該機器人系統能在出現系統故障或出現外界環境事故后，連接數據的準確性、完整性和一致性得到保障，并具備快速恢復存儲數據的基本功能，保證該機器人系統能夠具備完善的管理策略且安全、有效地運行，整個針對EMC智能輔助測量的機器人系統的設計目標見表1。

表1 機器人系統設計目標

3 整體設計方案規劃

基于EMC智能輔助測量的機器人系統需要在完成建設后，實現體現它的安全性、平穩性、可靠性、實用性、實時性和便捷性等基本目標，達到機器人系統數據管理和信息管理最大化共享的基本目的，便于今后快速地對機器人系統進行擴容和增容等，并為機器人系統的未來功能拓展提供相關接口[2]。在該過程中，基于EMC智能輔助測量的機器人系統的項目實施總體規劃包括以下4個步驟：首先，應根據不同客戶所提供的具體資料，通過與客戶之間的溝通交流和深度訪談，完善客戶所提供的關于智能輔助測量機器人的功能方案設計，確定該EMC智能輔助測量機器人系統的最終實施方案。其次，應該通過該設計方案開發與實施輔助測量機器人系統的項目，包括機器人設備構件、具體器件的采購、機器人系統的生產程序調試、機器人產品的出廠測試以及現場施工調試等部分內容，保證能為該機器人系統提供更完備的產品資料。再次，應根據客戶的實際訴求提供智能輔助測量機器人系統的操作培訓。最后，應為EMC智能輔助測量機器人系統提供完善的售后服務和技術支撐，保證機器人系統能在出現部分故障后可以進行定點維修，也能通過售后支持實現對機器人系統的維護與保養。

在設計EMC智能輔助測量機器人系統的技術方案時，該機器人包括底座、滑動裝置、支撐機構、位移裝置、滑塊、驅動器以及安裝板等，圖1為該機器人的示意圖。其中，底座上端前部固定連接位移裝置；位移裝置右部滑動連接滑動裝置；滑動裝置內固定連接驅動器；驅動器輸出端貫穿滑動裝置上端中部并固定連接機械臂；滑動裝置后端左部固定連接支撐板；支撐板后端下部固定連接測距儀；測距儀上端固定連接傳感器；底座上端后部等距離地固定連接支撐桿，且4個支撐桿上端共同固定連接工作臺；工作臺上端前部固定連接計算機，完成針對EMC智能輔助測量機器人系統的日常工作。滑動裝置包括連接板，連接板前端等距離地通過轉軸活動穿插連接4個滑輪；連接板前端中部固定連接2個滑塊；連接板上端右部固定連接固定板；固定板上端中部固定連接支撐機構；固定板下端前部固定連接滑板，2個滑塊均與位移裝置滑動連接在一起。支撐機構包括安裝板，安裝板上端等距離地穿插連接4個固定桿；安裝板上端中部等距離地固定連接4個支撐柱，且4個支撐柱上端共同固定連接承重板；安裝板通過4個固定桿與固定板固定連接在一起。位移裝置包括定位板，定位板上端中部有滑槽，且定位板后端中部有2個活動槽，定位板下端左部、下端右部與位移塊固定連接在一起，且2個位移塊下端中部均活動穿插連接滑軌；滑軌前端與后端均固定連接連接塊，且前部的2個連接塊之間與后部的2個連接塊之間共同固定連接穩固桿，連接塊均與底座固定連接在一起。2個滑塊分別與2個活動槽活動穿插連接在一起，滑板與滑槽活動穿插連接在一起，4個滑輪均與定位板緊貼在一起。驅動器與安裝板固定連接在一起，驅動器的輸出端貫穿承重板的上端中部并與機械臂固定連接在一起，機械臂與承重板緊貼在一起。

圖1 EMC智能輔助測量機器人

在該條件下，一方面，EMC智能輔助測量機器人系統能在計算機控制系統的作用下，借助位移裝置、機械臂以及測距儀的協同動作完成EMC測試，并通過傳感器精確地對被測量點進行定位檢測，通過系統自動化操作位移的整個測量過程，實現了精確的EMC測試，減少了工作人員的勞動量。另一方面，針對EMC智能輔助測量機器人系統裝置中的連接板能在位移時讓2個滑塊分別在2個滑槽內移動，使連接板通過2個滑塊和4個滑輪穩定地位移；固定板移動時，通過滑板的支撐，提高了機械臂位移的穩定性，從而提高了測試的精準度。

4 系統設計方案

基于EMC智能輔助測量的機器人系統設計方案主要包括對該機器人工作流程的設計和對該機器人功能模塊的劃分2個部分[3]。其中，對機器人工作流程的設計來說，以智能輔助測距機器人的測試為例，首先，在啟動智能輔助測試機器人后，應對機器人進行原位檢測，標定機器人的原位位置坐標；其次，應通過智能輔助測距機器人程序調試，使機器人按照原定程序設定的方向和速度移動相應的距離（設定距離），同時通過測距傳感器進行距離檢測，確保機器人最終能到達最有效的檢測點；再次，在確定機器人到達有效檢測點后，檢測機器人上的測距傳感器與測距儀前端的具體距離數字，當測距儀與測距傳感區域檢測儀之間的測試點距離在2 mm以內時，整個機器人系統默認該距離為安全測試距離，當檢測儀的固定端裝有力傳感器時，一旦智能輔助測量的機器人系統出現故障，檢測儀則壓到其試驗點上，力傳感器發出報警信號，機器人系統停止工作；最后，按照上述程序完成對整個EMC智能輔助測量機器人系統的最終測試。在對該機器人功能模塊進行劃分時，由于基于EMC智能輔助測量的機器人系統使用了檢測機器人、智能輔助測距機器人以及許多傳感器設備等，因此在控制系統中心集合與控制條件下，彼此通過相互協作完成EMC檢測過程，各類傳感器的使用進一步增加了機器人系統測距的安全性、平穩性和可靠性。

對基于EMC智能輔助測量的機器人系統的軌跡測試模式來說，首先在試驗件上選出要測試的點，再手動操作檢測機器人，當檢測機器人上的檢測儀的前端距傳測試點距離在 2 mm 以內時，開始測試；檢測儀的固定端有力傳感器，一旦出現故障，檢測儀壓到試驗點，力傳感器會發出報警，測試停止；按照上述步驟，使檢測機器人沿著提前指定的測試點依次對測試點進行檢測；經過該操作后，機器人會對該循跡產生記憶；啟動自動運行程序，檢測機器人會自動按循跡路徑進行檢測，最終完成檢測。

5 EMC智能輔助測量機器人系統組成

5.1 檢測機器人

基于EMC智能輔助測量的機器人主要是通過固定EMC檢測儀器，借助檢測儀器機械臂的不同形式的運動將EMN檢測儀移動到待檢測器件的指定檢測位置，在該過程中，檢測機器人的可重復性精度為±0.03 mm/±0.00117 mm，溫度為0℃～50℃，通過15 種先進的可調安全功能的協作操作，且獲得 TüV NORD 認證的安全功能，有效負載為5 kg、有效工作半徑為850 mm且自由度為6個旋轉關節。

5.2 智能輔助測距機器人

智能輔助測距機器人可以固定檢測機器人以及測距傳感器組件，同時帶動檢測機器人以及測距傳感器組件沿多軸單獨或多向同時運動，確定試驗件的位置。在智能輔助測距機器人運行的過程中，該機器人為單向移動模式，且能實現多向同時移動，保證基于EMC智能輔助測量的機器人檢測系統的功能可以正常發揮。

5.3 傳感器組件

基于EMC的智能輔助測量機器人檢測系統的測距傳感器組件包括2個，一個固定在智能輔助測距機器人的Z向模組上，用來檢測進行 EMC 測試的工件的位置；另一個固定在機械臂的夾爪上，用來檢測被測點與 EMC 智能輔助測量機器人上的EMC儀器的距離，防止因檢測儀器壓在被測物體上的力過大而導致被測物受損。在基于EMC的智能輔助測量機器人檢測系統工作的過程中，測距傳感器的主要技術參數包括測量范圍、測量物體、線性度、重復精度、響應時間、供電電壓、連接方式、顯示器、操作元件和外殼防護等級。測量范圍在200 mm～1 000 mm，測量物體為自然物體，線性度在±1.5 mm之內，重復精度為0.4 mm，響應時間為1.5 ms，供電電壓為24 V，連接方式為帶插頭的電纜，顯示器為OLED 顯示屏且外加狀態LED燈，操作元件為4個按鍵，外殼防護等級為IP65。力傳感器組件是用來檢測EMC運行時施加在被測件表面上的壓力，防止因檢測時施加力過大而導致被測件受損。力傳感器數量是1個，額定容量為 200 N。

5.4 攝像系統組件

基于EMC的智能輔助測量機器人系統攝像系統組件主要指攝像頭，可以對整個機器人系統進行拍照和實時監控，將該攝像頭固定在智能輔助測量機器人檢測系統的試驗基座上，實時觀測試驗基座機械臂的具體位置，并間接地對其進行拍照。

5.5 控制系統

基于EMC的智能輔助測量機器人檢測系統的控制系統主要是進行功能控制，該控制系統主要包括控制箱和配套電纜2個部分。控制箱上設置有單獨觸摸屏、電源開關鍵、狀態顯示鍵、急停按鈕鍵以及控制器開關等重要按鈕，對智能輔助測量機器人系統工作狀態進行實時控制，配套電纜則將控制箱和智能輔助測量機器人系統有效地連接在一起，進而傳輸電能和信號。

6 設備安裝場地和使用環境要求

基于EMC的智能輔助測量機器人檢測系統設備的安裝場地和使用環境要求包括智能輔助測量機器人運行場地和使用環境要求、智能輔助測量機器人控制軟件的使用環境要求以及智能輔助測量機器人控制軟件的電源要求3個部分。其中，對EMC智能輔助測量機器人的運行場地和使用環境要求來說，該智能機器人系統要求環境溫度為0 ℃～50 ℃，環境濕度為20 %Rh～80 %Rh，且整個環境條件必須處于無冷凝狀態。對EMC智能輔助測量機器人控制軟件的使用環境要求來說，該智能機器人系統要求環境溫度為 10 ℃～35 ℃，環境濕度為 20 %Rh～80 %Rh，且整個環境條件必須處于無冷凝狀態。對智能輔助測量機器人控制軟件的電源要求來說，其控制柜電源為220 V DC，控制管理軟件系統電源為220 V/50 Hz和400 W。

7 結論

綜上所述，基于EMC智能輔助測量的機器人系統能夠通過設計該機器人的工作流程以及劃分機器人的功能模塊實現對智能控制機器人系統整體設計方案的高效率規劃，能夠使該機器人運行調試后實現安全、平穩、實用和便捷運行的基本目標，也能夠達到機器人系統數據信息管理的最大化共享的基本目的，滿足了基于EMC智能輔助測量的機器人系統的設計原則和未來設計目標，能最大限度地降低勞動強度和提高EMC智能輔助測量系統的工作效率，使企業獲得更大的經濟利潤。