自動加工工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

盧 葵

（韶關(guān)市技師學(xué)院，廣東韶關(guān) 512023）

1 自動加工工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)路線分析

（1）為確保研發(fā)出來的機(jī)器人能夠自動裝配，生產(chǎn)企業(yè)需要對生產(chǎn)裝配線進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，并且制定出多元化的設(shè)備傳輸方案。此外，還需要對裝配的產(chǎn)品類型、特點(diǎn)進(jìn)行分析，有針對性的選擇出最佳的傳輸方案。現(xiàn)階段，在工業(yè)機(jī)器人自動裝配生產(chǎn)線上主要采用異步傳輸?shù)姆绞絹磉M(jìn)行操作，具有設(shè)計(jì)方案簡單、精準(zhǔn)定位、成本低等特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用性和可行性。

（2）對自動化機(jī)器人上位的功能進(jìn)行改善。根據(jù)機(jī)器人裝配零部件的特點(diǎn)來對上位的裝配行為進(jìn)行規(guī)范化管理，確保上位設(shè)備的功能可以正常發(fā)揮。此外，生產(chǎn)制造企業(yè)還需要加強(qiáng)試驗(yàn)，對設(shè)備的功能進(jìn)行全面的檢驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中對其進(jìn)行完善，確保上位的裝配動作正常發(fā)揮。

（3）企業(yè)需要對現(xiàn)有的裝配技術(shù)和工作效率進(jìn)行分析，并且將設(shè)備的裝配工作進(jìn)行分解，對裝配動作中的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行全面的分析和探討，及時(shí)解決存在的問題，這樣才能確保機(jī)器人滿足智能化和自動化的需求。此外，企業(yè)還需要對機(jī)器人自動裝配操作和人工裝配操作進(jìn)行分析，從而更好地對自動裝配生產(chǎn)線進(jìn)行完善和優(yōu)化。例如，對現(xiàn)有的裝配步驟進(jìn)行簡化處理或者將所有的零件集中在統(tǒng)一的位置上，簡化操作流程，可在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品的裝配工作。

2 自動加工工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

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(yè)機(jī)器人的核心元器件。西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器系列較多，S7系列總共有3個(gè)系統(tǒng)：S7-400大型可編程控制系統(tǒng)，S7-300中型可編程控制系統(tǒng)和S7-200小型可編程控制系統(tǒng)。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(jià)格低廉，并且能夠滿足企業(yè)多元化的需求，可與擴(kuò)展模塊進(jìn)行有效連接。CPU224型產(chǎn)品存儲量較大，并且輸入輸出點(diǎn)多。CPU226和CPU226XM能夠滿足高端控制系統(tǒng)的多元化要求，功能強(qiáng)大。通過對不同型號的產(chǎn)品進(jìn)行分析，選擇型號為CPU226的可編程控制器來進(jìn)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(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行存儲或功能擴(kuò)展時(shí)，可以直接將擴(kuò)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(kuò)展模塊，用戶可以根據(jù)自身的需求，來進(jìn)行模塊的選擇，使得可編程控制器具有更強(qiáng)大的功能。

2.2 CPU的工作方式

CPU前面板上2個(gè)發(fā)光二極管來對控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示，若綠燈亮，則表面控制器處于運(yùn)行狀態(tài)；若紅燈亮，則表示控制器處于停止?fàn)顟B(tài)；若標(biāo)有SF的指示燈亮，則表示系統(tǒng)發(fā)生故障，可編程控制器停止工作。

（1）STOP。當(dāng)CPU停止工作時(shí)，可以通過編程設(shè)備向可編程控制器進(jìn)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?fàn)顟B(tài)中，才能進(jìn)行操作。

（2）RUN。當(dāng)CPU處于RUN狀態(tài)時(shí)，可編程控制器可以按照設(shè)定好的方式來進(jìn)行程序運(yùn)行。

2.3 改變工作方式的方法

（1）用工作方式開關(guān)來對工作方式進(jìn)行變換。工作方式開關(guān)主要有STOP，TERM和RUN等3個(gè)擋位。當(dāng)開關(guān)切換到STOP擋位時(shí)，停止對程序進(jìn)行操作；當(dāng)開關(guān)切換到RUN擋位時(shí)，程序啟動操作；當(dāng)開關(guān)切換到TERM或RUM擋位時(shí)，可以借助WIN32對CPU的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)開關(guān)切換到STOP或TERM擋位時(shí)，接通電源，CPU可自動進(jìn)入到停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)開關(guān)切換到RUN擋位時(shí)，接通電源，CPU可自動進(jìn)入啟動狀態(tài)。

（2）用編程軟件來對工作方式進(jìn)行改變。將開關(guān)切換到TERM擋位時(shí)，可以借助WIN32編程軟件來對工作方式進(jìn)行設(shè)置。

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

2.4 控制過程設(shè)計(jì)

在對自動加工機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中，需要重視控制流程，根據(jù)確定的控制流程圖來進(jìn)行控制器的選擇，然后再按設(shè)計(jì)要求、電路、線路等布局來進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，這樣才能實(shí)現(xiàn)自動加工、自動識別等操作。如圖1所示。

2.5 設(shè)計(jì)自動加工機(jī)器人檢測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

按照模塊化的設(shè)計(jì)方案將自動加工機(jī)器人分為若干個(gè)模塊，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行拼裝。根據(jù)系統(tǒng)的要求來進(jìn)行檢測設(shè)備和傳送設(shè)備的選擇，這樣才能實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動傳輸?shù)哪康摹Ｔ谶M(jìn)行自動加工機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，需要將機(jī)器人基座、氣缸連接器件、導(dǎo)向設(shè)備等按照規(guī)定的方式來進(jìn)行連接。

2.6 氣動驅(qū)動系統(tǒng)及控制部分設(shè)計(jì)

在進(jìn)行氣動驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況來進(jìn)行設(shè)計(jì)，①根據(jù)要求選擇氣動輔助元器件；②進(jìn)行氣動回路的設(shè)計(jì)，并且繪制出氣動原理圖；③對氣路控制部分進(jìn)行安裝和調(diào)試。此外，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)機(jī)器人的工作流程進(jìn)行可編程控制程序的設(shè)計(jì)。

圖1 程序設(shè)計(jì)流程

3 設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題

（1）智能化。將智能化技術(shù)運(yùn)營在自動加工工業(yè)機(jī)器人中，能夠有效的簡化操作人員對設(shè)備的操作難度，降低操作人員的工作量，確保機(jī)器人的工作效率。工業(yè)化機(jī)器人可以借助智能化系統(tǒng)來對信號或操作進(jìn)行判斷，自動進(jìn)行設(shè)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(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）柔性化。目前工業(yè)化機(jī)器人主要為單臂機(jī)器人，靈活性不如人手。若未來能夠研發(fā)出雙臂機(jī)器人手，就能夠有效的解決機(jī)器人靈活性的問題。將雙臂機(jī)器人運(yùn)用在工業(yè)化生產(chǎn)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(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)中使用的單臂機(jī)器人在靈活性和協(xié)調(diào)性無法滿足工業(yè)要求。

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

（4）低成本。雖然工業(yè)機(jī)器人能夠滿足工業(yè)化需求，但機(jī)器人的生產(chǎn)成本較高。因此，需采用多元化的技術(shù)來降低工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

（5）技術(shù)融合。隨著社會的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也在不斷發(fā)展，需要經(jīng)歷一個(gè)技術(shù)融合的過程。為了機(jī)器人技術(shù)在發(fā)展過程中的創(chuàng)新性，需要從多元化的方面來進(jìn)行技術(shù)突破，全面提高機(jī)器人技術(shù)水平。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對自動加工工業(yè)機(jī)器人的需求也在不斷增加，發(fā)展前景非常好，但由于自動加工工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的核心技術(shù)被西方國家壟斷，增加了成本輸出。我國在對自動加工工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)生產(chǎn)成本的控制和核心技術(shù)的研發(fā)等方面存在較大難度，為了在機(jī)器人市場獲得一席之地，需要做好長期發(fā)展的戰(zhàn)略性目標(biāo)和方案，自主研發(fā)出具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人設(shè)備，以有效提高企業(yè)的核心競爭力，為企業(yè)和社會獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。