工業機器人技術及其在電氣控制領域的應用

肖 瀟

(江蘇聯合職業技術學院 江寧分院,江蘇 南京 211100)

0 引言

工業機器人技術的發展給技術領域注入了新的活力,對于各領域的創新發展具有巨大的推動作用[1]。尤其是工業機器人技術在電氣控制領域的應用,既可以優化電氣設備的系統,又使其更加智能化、簡單化,同時也使得電氣控制系統的技術更加有保障,提高其安全性和可靠性。另外,由于工業機器人技術的應用,一些需要人工作業的電氣設備操作由工業機器人代替,減少了對于人員的傷害,在人力和物力方面實現以最少的投入,獲得最大的產出[2-3]。

1 工業機器人電氣控制系統

1.1 系統簡介

工業機器人電氣控制系統的主要組成部分由控制計算機、示教盒、電動機等構件組成,其中最主要的部分為控制計算機部分,其主要由微型機、微處理器構成,是工業機器人成功完成作業的基礎保障。在對工業機器人工作軌跡和工作參數進行設定操作時,需要通過示教盒來完成,示教盒中包含獨立的 CPU 處理中心和存儲單元,可以完成與控制計算機之間的信息傳遞。電動機則是工業機器人完成動能操作的重要組成,主要由步進電機、直流或交流伺服電機構成。

1.2 系統設計

工業機器人電氣控制系統由多個子系統組成,有集中操控系統、主從控制系統、分散控制系統、機器人核心控制器、智能編碼器等。工業機器人的集中操控系統結構簡單、價格低廉、容易實現,只需一臺計算機便可對工業機器人進行集中控制。另外,工業機器人的集中操控系統還具有開放性、便捷性、協調性好等特點,但是其靈活性稍有不足。主從控制系統則是工業機器人完成坐標變換、運動軌跡生成、高效管理等控制工作的管家和自動維護程序,主要控制工業機器人的關節運動,例如擺臂、屈膝等等動作。分散控制系統主要工作是將核心控制系統劃分為不同的模塊,同時為其分配不同的任務,實現各個模塊之間工作的協調統一。分散系統中不同控制對象和設備之間的信息交互主要通過互聯網實現,因此其實時性較好,可擴展性較強。工業機器人的核心控制器是有效保證其按照指令完成作業的關鍵構件,是保障其正常工作的關鍵。核心控制器可以與計算機、互聯網之間進行網絡通信,使得工業機器人在作業過程中可以實現多功能操作,有效提高機器人的工作效率。核心控制器對于工業機器人的控制主要有并行控制和串行控制,因此在工作過程中可以實現人機高效合作。智能編碼器則主要有直線型、旋轉式、增量式、絕對式4種類型,主要作用是對檢測控制對象的位置信息并實施控制。不同類型的編碼器有各自的特點,例如,旋轉式編碼器由發射器、碼盤、檢測組織等元件構成,發射器指的是光源,碼盤指的是光柵盤,而檢測組織指的是電路板。絕對式編碼器主要通過刻線碼道來運行,刻線編碼過程中依照2線、4線、8線、16線的次序方式進行,讀碼方式為二進制代碼的方式,因此,光碼盤機械位置編碼一般不易受到外界電信號的干擾。增量式編碼器的結構較為簡單、成本較低、精準度較高。

2 工業機器人技術在電氣控制中的應用分析

2.1 電氣控制方面

電氣設備的控制依賴于較強的專業和技術,在電氣領域占據舉足輕重的地位,是該領域研究的熱點和重點。隨著各領域技術的智能化以及自動化的發展,電氣領域自動化技術在設備中的應用成為工業生產過程中的關鍵,自動化設備的研究和應用對于推動電氣領域的發展具有至關重要的作用。在計算機技術、物聯網技術、自動化和智能化技術不斷發展的背景下,電氣控制也在不斷向著智能化方向發展,實現電氣設備的自動化和智能化控制,保證其運行的最佳狀態,對于提高其工作質量和工作效率、降低勞動成本、提高經濟效益具有重要意義。

2.2 電氣日常操作

電氣設備日常操作中如果發生意外事故,勢必會對工業生產的效率帶來影響,更嚴重的還會導致危險事故的發生,威脅生命財產安全。電氣自動化技術的應用不僅可以避免人工操作意外的發生,實現對電氣設備的自動化管理,還可以減少成本,節省人力物力。而對于更為復雜的電氣設備系統,工業機器人技術的應用,使得電氣設備的日常操作流程更加簡單化,在操作過程中應用簡單的工具,例如鼠標等,即可實現對電氣設備開關等構件的控制。另外,在應用過程中,還可以根據實際的生產需求對設備的勵磁電流進行合理調整。工業機器人的控制系統可以在電氣日常操作中收集電氣設備運行的狀態信息,為電氣設備的日常管理提供支持,便于操作人員根據其所反饋的數據信息及時進行設備調整,提高電氣設備工作效率。

2.3 故障診斷方面

由于外界環境因素或者人為因素的干擾,電氣設備在日常運行過程中難免會發生異常變化,故障現象呈現出多樣性,人工故障診斷和定位勢必要消耗較長的時間,使整個電氣系統難以正常工作,造成嚴重的經濟損失。為了解決人工故障診斷和定位耗時長的問題,應用工業機器人技術,可以改變傳統的依賴于人的感官來感知電氣設備異常的診斷方法,通過工業機器人技術實時收集、分析、存儲設備在運行過程中所產生的數據信息,例如電氣設備的電壓、電流、功率、溫度等運行參數,進一步根據異常參數信息確定電氣設備的故障類型和發生故障的位置。工業機器人技術的應用簡化了電氣設備故障診斷的流程,也為故障定位提供了更為準確、可靠的信息。

2.4 電氣設備應用

在電氣設備的實際設計過程中,為了滿足電氣設備自動化技術的實現,要根據設備的實際需要,結合工業機器人的技術特點,進一步確定其設計重點和方向。一般來說,電氣設備的系統都較為復雜,涉及機械控制、設備管理、傳感器與檢測等多門學科技術,因此在設計過程中可以利用計算機進行算法的設置,模擬計算電氣設備系統運行中的各種參數,進一步優化控制系統,保障電氣設備高效運行。工業機器人技術的應用可以對電氣設備進行實時的監測,及時掌握設備運行狀態信息,一旦運行異常便會主動切斷電氣設備開關,并發出警報,保障電氣設備的安全穩定運行,減少不必要的經濟損失。

2.5 應用實例分析

在汽車生產的焊接工作中,人工作業由于要考慮物料重量的問題,需要消耗大量人力物力,工業機器人可以承載人所不能承受的重力,快速完成焊接工作,減少不必要的人力消耗,促進汽車生產工作的安全、迅速完成。面對煩瑣的裝配任務,工業機器人可以利用其自身的傳感設備,精確感知對象,并做出精確判斷,保證裝配工作順利、高效完成。在材料的搬運過程中,尤其是對于過重材料的搬運,人工作業完成難度較大,工業機器人則可以減輕人工作業難度,完成碼垛、上下垛、抓取零件和卸貨等定向操作。綜上可知工業機器人技術在電氣設備控制領域的應用發揮著舉足輕重的作用,有助于高效、快速完成生產等重要工作。

3 結語

工業機器人的工作效率較高、應用安全穩定、生產精度高、操作失誤率低,因此在各領域產業轉型升級過程中發揮著至關重要的作用。目前,工業機器人技術已經在各領域都得到了較為廣泛的應用。電氣控制領域中工業機器人的應用可以實現對電氣設備日常操作、故障診斷定位等流程的簡化等,不僅有效提高生產效率,促進電氣控制領域的智能化、自動化發展,還有助于經濟效益的增長,提高產業的核心競爭力。當然,目前工業機器人技術的應用還不夠成熟,還需要設計者和研究者不斷地進行完善。