自動化視域下搬運機器人控制系統(tǒng)設計與研究

張強 潘振東 陶承虎 曹振波

摘? ?要：目前，我國很多行業(yè)都開始采用自動化的生產(chǎn)設備，尤其是對于物流、電氣等行業(yè)，自動化的搬運機器人更是起到了提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全的作用。PLC技術作為實現(xiàn)搬運機器人自動化的重要技術，在控制系統(tǒng)中有著十分廣泛的應用。在機器人設計領域中，甚至有設計單位已經(jīng)能夠設計出達到智能化水平的搬運機器人。并且，搬運機器人也逐漸往微型化的方向發(fā)展。這些搬運機器人控制系統(tǒng)設計理念的應用，真正促進了我國各個行業(yè)的發(fā)展和進步。

關鍵詞：自動化? 搬運機器人? 控制系統(tǒng)? PLC? 設計

中圖分類號：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0072-02

對于搬運機器人控制系統(tǒng)設計來說，包括控制系統(tǒng)設計、傳感系統(tǒng)設計、機械系統(tǒng)設計、探測系統(tǒng)設計、安全系統(tǒng)設計等內(nèi)容。同時，想要真正保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，還需要開展系統(tǒng)可靠性檢驗試驗、系統(tǒng)安全性檢驗試驗、軟件測試等工作，從而明確系統(tǒng)的實際情況，明確設計方案中存在的問題和缺陷，并對其進行及時的優(yōu)化和調(diào)整。這樣，才能真正做好自動化的搬運機器人控制系統(tǒng)設計工作。本文也從以上幾個方面進行討論和研究，以期為后續(xù)機器人設計提供參考和借鑒。

1? 搬運機器人控制系統(tǒng)主要設計內(nèi)容概述

1.1 控制系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)是實現(xiàn)搬運機器人主要功能的重要組成部分，所以該部分內(nèi)容處于設計工作中的首要位置。在設計過程中，首先需要明確機器人的工作流程，一般采用PLC技術，目前系統(tǒng)中還會融合網(wǎng)絡技術，同時還會廣泛應用可編程控制器，這樣能夠更好地完成機器人多組運行功能的集成化控制。在這一設計理念的指引下，機器人的靈活性得到了有效的提升，并且能夠進一步縮小機器人的體積。同時，在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，PLC技術的應用十分廣泛，并且也十分成熟，因此在自動化搬運機器人控制系統(tǒng)中PCL技術的應用具有很高的可行性。在成本控制方面，PLC技術的應用也有很好的表現(xiàn)[1]。

1.2 傳感系統(tǒng)設計

傳感系統(tǒng)是機器人確定搬運物品位置、形狀、目的地位置等信息的重要元件，同時也起到為機器人及操作人員提供工作環(huán)境數(shù)據(jù)的作用。因此，傳感系統(tǒng)的設計具有同樣重要的作用。一般來說，需要在機器人中安裝網(wǎng)絡攝像頭，保證能夠獲取到第一手的圖像信息。為此還需要網(wǎng)絡技術以及人工智能技術的配合，對于某些行業(yè)的機器人需要采用雷達、紅外等探測技術，從而組成傳感系統(tǒng)。通過對比傳統(tǒng)搬運機器人我們發(fā)現(xiàn)，具有傳感系統(tǒng)的機器人，其自動化水平以及智能化水平更高，并且能夠更準確地完成搬運工作[2]。

1.3 機械系統(tǒng)設計

機械硬件部分的設計以及硬件控制系統(tǒng)的設計是搬運機器人機械系統(tǒng)的兩大組成部分。其中硬件部分包括機械手臂、軸承結構、承重結構等等，硬件控制系統(tǒng)則包括傳感器、網(wǎng)絡線路等等。

1.4 探測系統(tǒng)設計

一般來說，探測系統(tǒng)設計中多運用紅外探測技術，必要的情況下會使用雷達探測技術或者超聲波探測技術。這些技術的應用，進一步提升了機器人運行的穩(wěn)定性與可靠性，并且這些技術已經(jīng)相當成熟，具有較為理想的可行性[3]。

1.5 安全系統(tǒng)設計

由于搬運機器人所搬運的物品有可能是體積較大、重量較大的物品，因此其工作過程具有一定的危險性，因此需要根據(jù)機器人具體的工作環(huán)境完成安全系統(tǒng)的設計工作。由于機器人作業(yè)過程、環(huán)境、設計邏輯都相對復雜，所以一般在設計過程中會將安全系統(tǒng)設計分為外部安全設計和軟件系統(tǒng)設計兩部分。其中外部安全設計包括減少機器人外觀棱角、尖角，避免運行過程中發(fā)生不必要的碰撞。軟件系統(tǒng)設計則包括機器人本身的避障功能、速度控制功能以及裝置穩(wěn)定性監(jiān)控功能[4]。

1.6 定位系統(tǒng)控制

物品的搬運往往涉及到裝卸、避障、回歸、運行等定位工作，因此定位系統(tǒng)則需要完成以上內(nèi)容。定位系統(tǒng)的設計水平對于機器人的靈活性有著直接的影響。一般來說，該設計部分主要涉及到具有觸發(fā)性的探測系統(tǒng)的設計，另外還包括固定定位地區(qū)設定以及系統(tǒng)內(nèi)部地圖置入等設計內(nèi)容[5]。

1.7 動力系統(tǒng)設計

動力系統(tǒng)設計成果的質量決定著系統(tǒng)功率輸出的穩(wěn)定性以及機器人的續(xù)航能力，在實際設計過程中，安全問題是動力系統(tǒng)設計主要關注的問題，而電力則是常見的動力源。因此，一般機器人設計分為動力傳輸系統(tǒng)設計、電動機設計等內(nèi)容，鋰電池、鉛酸電池為常用的供電電源。

2? 保證機器人設計成果質量的重要試驗

系統(tǒng)可靠性檢測試驗的內(nèi)容主要包括動力傳輸測試、硬件相應現(xiàn)狀測試以及構件配合狀態(tài)測試等內(nèi)容。同時測試的方式也分為實驗室測試與現(xiàn)場測試，其中現(xiàn)場測試更能展示出機器人在復雜環(huán)境中的自動化功能實現(xiàn)水平以及電氣設備的運行狀態(tài)。

系統(tǒng)安全性檢測實驗則主要包括在機器人前進路線中設置障礙物，從而明確其反應情況，并對系統(tǒng)本身進行評估，另外也需要對機器人的緊急制動功能進行測試，同時還包括電器系統(tǒng)測試等內(nèi)容，從而明確機器人電器安全性、系統(tǒng)能耗等參數(shù)。

軟件測試則主要明確在超負荷狀態(tài)下元件的運行情況，并進一步對軟件本身進行優(yōu)化和調(diào)整，進而降低其事故率，進一步提升軟件控制功能的穩(wěn)定性。

在很多試驗中還包括擴展性及兼容性試驗，這是因為在很多企業(yè)應用過程中，往往需要機器人配合其他系統(tǒng)完成具體的工作，所以就需要讓機器人能夠兼容其他設備或者軟件，從而進一步實現(xiàn)自動化控制與智能化控制，并促進企業(yè)整體自動化水平的提升。一般會對基礎協(xié)議支持、接口支持等內(nèi)容進行檢查。

3? 結語

隨著我國科學技術的提升，對于搬運機器人設計工作來說，不僅僅有很多先進的控制系統(tǒng)應用到實際工作中去，還有很多先進的金屬材料、合成材料、有機材料的運用，所以為了進一步提升機器人的智能化以及自動化水平，就需要設計人員在了解具體系統(tǒng)設計理念的同時，著重關注機器人材料技術的發(fā)展動態(tài)，以達到提升機器人功能及穩(wěn)定性的作用。

參考文獻

[1] 趙玉鳳.工業(yè)機器人技術在自動化控制領域中的應用探究[J].決策探索（中），2019（11）：43.

[2] 張貴林，劉召柱，盛雪葦.多臂旋轉式搬運機器人結構設計與分析[J].制造業(yè)自動化，2019，41（10）：96-100.

[3] 李楠，鄧媞，陳曉玲.工業(yè)機器人技術在自動化控制領域中的應用[J].中國新技術新產(chǎn)品，2019（15）：5-6.

[4] 徐益平.高速鋼坯搬運機器人控制系統(tǒng)的設計及應用[J].科技視界，2019（21）：15-16.

[5] 李美萱.PLC控制在機器人自動化生產(chǎn)線設計應用[J].農(nóng)家參謀，2019（13）：191.