自動加工工業機器人的設計與實現

盧 葵

（韶關市技師學院，廣東韶關 512023）

1 自動加工工業機器人的技術路線分析

（1）為確保研發出來的機器人能夠自動裝配，生產企業需要對生產裝配線進行科學合理的規劃，并且制定出多元化的設備傳輸方案。此外，還需要對裝配的產品類型、特點進行分析，有針對性的選擇出最佳的傳輸方案。現階段，在工業機器人自動裝配生產線上主要采用異步傳輸的方式來進行操作，具有設計方案簡單、精準定位、成本低等特點，具有一定的實用性和可行性。

（2）對自動化機器人上位的功能進行改善。根據機器人裝配零部件的特點來對上位的裝配行為進行規范化管理，確保上位設備的功能可以正常發揮。此外，生產制造企業還需要加強試驗，對設備的功能進行全面的檢驗，在試驗過程中對其進行完善，確保上位的裝配動作正常發揮。

（3）企業需要對現有的裝配技術和工作效率進行分析，并且將設備的裝配工作進行分解，對裝配動作中的缺點和優點進行全面的分析和探討，及時解決存在的問題，這樣才能確保機器人滿足智能化和自動化的需求。此外，企業還需要對機器人自動裝配操作和人工裝配操作進行分析，從而更好地對自動裝配生產線進行完善和優化。例如，對現有的裝配步驟進行簡化處理或者將所有的零件集中在統一的位置上，簡化操作流程，可在最短的時間內進行產品的裝配工作。

2 自動加工工業機器人的設計

2.1 硬件選擇

（1）采用西門子S7系列可編程控制器作為自動加工工業機器人的核心元器件。西門子公司生產的可編程控制器系列較多，S7系列總共有3個系統：S7-400大型可編程控制系統，S7-300中型可編程控制系統和S7-200小型可編程控制系統。對于小型可編程控制器來講，最常用的型號為：CPU221，CPU222，CPU224和 CPU226。

（2）在小型可編程控制器中，CPU222型號的控制器價格低廉，并且能夠滿足企業多元化的需求，可與擴展模塊進行有效連接。CPU224型產品存儲量較大，并且輸入輸出點多。CPU226和CPU226XM能夠滿足高端控制系統的多元化要求，功能強大。通過對不同型號的產品進行分析，選擇型號為CPU226的可編程控制器來進行操作。

（3）型號為CPU226的可編程控制器，其輸入、輸出和CPU等均集中安裝在機殼內，形成一個整體結構。當系統需要進行存儲或功能擴展時，可以直接將擴展模塊和基本單元連接即可。輸入量的接線端子安裝在底部，主要為傳感器提供直流電源。西門子整體式可編程控制器具有眾多的擴展模塊，用戶可以根據自身的需求，來進行模塊的選擇，使得可編程控制器具有更強大的功能。

2.2 CPU的工作方式

CPU前面板上2個發光二極管來對控制器的工作狀態進行顯示，若綠燈亮，則表面控制器處于運行狀態；若紅燈亮，則表示控制器處于停止狀態；若標有SF的指示燈亮，則表示系統發生故障，可編程控制器停止工作。

（1）STOP。當CPU停止工作時，可以通過編程設備向可編程控制器進行程序的安裝。在程序處于編輯或者上傳下載的過程中，需要將CPU處于停止狀態中，才能進行操作。

（2）RUN。當CPU處于RUN狀態時，可編程控制器可以按照設定好的方式來進行程序運行。

2.3 改變工作方式的方法

（1）用工作方式開關來對工作方式進行變換。工作方式開關主要有STOP，TERM和RUN等3個擋位。當開關切換到STOP擋位時，停止對程序進行操作；當開關切換到RUN擋位時，程序啟動操作；當開關切換到TERM或RUM擋位時，可以借助WIN32對CPU的工作狀態進行設置；當開關切換到STOP或TERM擋位時，接通電源，CPU可自動進入到停止狀態；當開關切換到RUN擋位時，接通電源，CPU可自動進入啟動狀態。

（2）用編程軟件來對工作方式進行改變。將開關切換到TERM擋位時，可以借助WIN32編程軟件來對工作方式進行設置。

（3）在程序中借助指令來對工作方式進行改變。編程人員在程序中插入STOP指令，CPU可以從RUN狀態轉換為STOP狀態。

2.4 控制過程設計

在對自動加工機器人的設計和研發過程中，需要重視控制流程，根據確定的控制流程圖來進行控制器的選擇，然后再按設計要求、電路、線路等布局來進行科學合理的設計，這樣才能實現自動加工、自動識別等操作。如圖1所示。

圖1 程序設計流程

2.5 設計自動加工機器人檢測及執行機構

按照模塊化的設計方案將自動加工機器人分為若干個模塊，分別進行設計，然后進行拼裝。根據系統的要求來進行檢測設備和傳送設備的選擇，這樣才能實現自動檢測和自動傳輸的目的。在進行自動加工機器人設計時，需要將機器人基座、氣缸連接器件、導向設備等按照規定的方式來進行連接。

2.6 氣動驅動系統及控制部分設計

在進行氣動驅動系統進行設計時，設計人員需要根據企業實際情況來進行設計，①根據要求選擇氣動輔助元器件；②進行氣動回路的設計，并且繪制出氣動原理圖；③對氣路控制部分進行安裝和調試。此外，設計人員需要根據機器人的工作流程進行可編程控制程序的設計。

3 設計時需注意的問題

（1）智能化。將智能化技術運營在自動加工工業機器人中，能夠有效的簡化操作人員對設備的操作難度，降低操作人員的工作量，確保機器人的工作效率。工業化機器人可以借助智能化系統來對信號或操作進行判斷，自動進行設備的加工等方面的操作。不僅有效提高了工作效率，還為企業創造更好的經濟效益。

（2）柔性化。目前工業化機器人主要為單臂機器人，靈活性不如人手。若未來能夠研發出雙臂機器人手，就能夠有效的解決機器人靈活性的問題。將雙臂機器人運用在工業化生產中，能夠有效取代人工操作，簡化人工操作和工作量，提高工作效率。但現階段工業生產中使用的單臂機器人在靈活性和協調性無法滿足工業要求。

（3）安全性。由于現階段機器人技術還不成熟，所生產的機器人會威脅到人生安全。未來需要不斷提高機器人技術水平，以確保人身安全。

（4）低成本。雖然工業機器人能夠滿足工業化需求，但機器人的生產成本較高。因此，需采用多元化的技術來降低工業機器人的生產成本，為企業創造更高的經濟效益。

（5）技術融合。隨著社會的發展，機器人技術也在不斷發展，需要經歷一個技術融合的過程。為了機器人技術在發展過程中的創新性，需要從多元化的方面來進行技術突破，全面提高機器人技術水平。

4 結束語

隨著我國經濟的不斷發展，對自動加工工業機器人的需求也在不斷增加，發展前景非常好，但由于自動加工工業機器人系統的核心技術被西方國家壟斷，增加了成本輸出。我國在對自動加工工業機器人系統生產成本的控制和核心技術的研發等方面存在較大難度，為了在機器人市場獲得一席之地，需要做好長期發展的戰略性目標和方案，自主研發出具有獨立知識產權的機器人設備，以有效提高企業的核心競爭力，為企業和社會獲得更大的經濟效益。

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［2］韓亞軍，張郭，謝樣.自動加工機器人的設計與研究［J］.伺服控制，2015（8）：51-52.

［3］王富春，陳超山.基于工業機器人的自動加工工作站研制［J］.科技創新與應用，2016（17）：70.