工業機器人技術在電氣控制中的應用

【摘要】? ? 伴隨著經濟迅速的發展，工業機器人就是在工業領域中具備自由度的機械裝置。其通過本身良好的控制力完成多項功能，能夠提前設置好程序，再展開各類工業生產活動。工業機器人技術迅速的發展對于制造業而言，有著重大的意義。工業機器人技術代替了生產力，更大程度地推動了工業實現高效的生產，保證了質量，并使得人力資源成本得到了節省，能夠為企業創造更高的經濟收益。本文對工業機器人技術進行了研究，并分析了工業機器人電氣控制系統設計及機器人在電氣控制中的應用，以供參考。

【關鍵詞】? ? 工業機器人? ? 電氣控制? ? 應用研究

引言：

當前，在我國工業自動化水平發展中，機器人技術的運用顯得尤為重要。對機器人技術進行充分的了解，將工業機器人技術的優勢更大程度地發揮出來，是非常有意義的。有效的運用工業機器人技術是電氣自動化控制的技術支撐，并能夠避免電氣設備操作帶給人員的傷害，不但減輕了人力以及物力的投入，又保證了工作質量。因此在電氣業發展中，若想促進自動化的進步就必須將工業機器人技術有效地利用起來。

一、工業機器人技術概述

針對工業機器人來講，就是在工業領域中采用多關節機械手，也就是具備高自由度的機械設備完成操作，其能夠達到自動執行工作的目的，能夠通過本身的動力和控制力完成各項功能。在工業機器人運行時，就是利用計算機技術來模擬人腦，讓機械手做出與人相似的行為，進而完成各項操作。將工業機器人有效地運用于工業中，能夠實現更加高效的工作，并能夠提高系統運行的敏捷度，能夠更大程度地提高機械設備自動化水平[1]。

二、工業機器人核心制造技術

在制造工業機器人的過程中，必須依托于核心技術：第一，靈活操作技術。靈活操作技術也就是機械臂和機械手。針對感知、控制性、高精度展開重要的技術研發，采用多樣化傳感器、獨立關節等，達到人手級別的觸覺感知效果。機械臂能夠擁有靈活的動力功能，因此可以在生產加工中展開靈活的作業。對于驅動器及其創新，改進機械執行機構，使得工業機器人能夠達到高精度。第二，感知系統，體現為機械人能夠將內部信息和環境信息轉化為其能夠理解的信息以及數據。與此同時，通過傳感器發揮作用，使得工業機器人能夠更加有效的感知速度和力等，還可以達到對視覺進行感知。其在對視覺進行感知的過程中主要依托于視覺伺服系統。通過此系統把視覺信息轉化為反饋信息，進而達到調節機器人狀態和位置的目的。第三，運行規劃。為讓工作機器人實現高效的工作，使其在有限的時間內迅速完成工作，就需要科學的對其實施運動規劃。在運動規劃中還包含著軌跡規劃，也就是縮短機器人關節在空間中的移動時間。路徑規劃就是消除路徑中的障礙物，在使得路徑距離減小。并在此基礎上添加時間序列信息，就能夠更好的規劃機器人的運行速度，進而對光滑性和速度進行合理的控制。規劃關節空間路徑，其相較于操作空間路徑規劃存在著更大的優勢。對關節路徑實施規劃，能夠更好地消除空間中的奇異性問題，還可以省去正運動學以及逆運動學的計算。第四，在線參數自整定技術。目前，伺服系統都擁有此項功能，能夠對工業機器人的參數進行識別，具體表現為PID參數自整定、關節轉動慣量等。完善有關辨識算法，可以通過伺服驅動器來辨別工況，進而達到對智能化參數進行控制的目的。

三、工業機器人發展以及技術特點

工業機器人發展方向以及技術特點包含如下幾點。第一，工業機器人不斷的柔性化以及精密化。在對工業機器人進行研發并應用時，其包含著眾多的技術。為促進工業機器人技術快速的發展，采用有效的技術檢測使得工業機器人能夠實現精細化管理。在管理中，保證工業機器人的質量以及產量。此外，當下國家提倡可持續性發展，工業機器人也在環保方面不斷地完善，其屬于工業機器人的主要發展趨勢。第二，工業機器人具備自動化整套的裝備，在生產的過程中，產品不斷地實現精細化。隨著工業機器人不斷地實現智能化、數字化以及自動化。日本機械學針對工業機器人展開了充分的研究，從中可知，工業機器人會逐漸達到更高的精度。然后在對新材料進行研發以及應用，從而使其本身的重量減輕。

四、工業機器人電氣控制系統設計和應用

（一）工業機器人集中操控系統

工業機器人中的集中控制系統，就是采用一套計算機來集中控制工業生產，該系統構造比較簡單，并且應用成本不高，操作起來也比較容易，采用工業機器人對集中控制的各項功能進行操作，包含多種控制卡、標準的串口、PCI插槽，存在著明顯的開放性。通過集中控制系統能夠更好地收集數據并進行研究，使得總體性能更加協調。可是值得關注的是，其也有著不完善，例如其出現問題，會造成大范圍的影響，并且缺乏靈活性[2]。

（二）機器人控制系統

對于控制方面而言，是通過兩級處理器完成組合，可以更好地控制主從系統，在這個過程中，主控制系統能夠處理更多的問題，體現為對控制系統指令進行管理、坐標的轉換和系統的診斷等，其在工業機器人運作中充當管家，可以有效地保護自動化程序。在控制系統中對機器人的指令動作加以控制，就是控制機器人的關節。對于主從控制系統來講，其具備極強的實效性，能夠讓工業生產實現高速運轉。

（三）機器人分散控制系統

將核心控制系統劃分成模塊，再進行分析，并對各個模塊分配控制任務，通過總系統完成分工，使得子系統相互間能夠達到有效的協調，進而達到控制目標。對于分散控制系統來講，子系統本身的控制器包含著不同的機械設備以及控制對象，針對信息數據主要依托于網絡技術，因此，其具備著良好的拓展性。

（四）機器人中的核心控制器

核心控制器在工業機器人中屬于重要構件，能夠讓機器人更好的接受指令以及執行，其在機器人的整體運行中發揮著十分關鍵的作用。對于機器人核心控制器而言，必須具備網絡通信作為支持，可以在很大程度提升其工作效率以及質量。有限的利用計算機互聯網能夠更好地推動工業生產。對于控制器，機器人包含并行以及串行，并行的主要作用是對機器人操作中的控制算法進行有效的處理，串行則能夠控制算法的串性體系。通常來講，機器人的核心控制器能夠促進工業生產的實效性和人機作業的高效性，能夠使得機器人本身的系統機構更加完善，推動工業領域更好地實現自動化。另外，智能編碼也能夠檢測控制對象的真實方位，有效的運用各種類型的編碼器，能夠更好地避免脈沖信號在傳達過程中受到干擾，推動工業生產順利開展。

（五）機器人應用于電控系統硬件設計

對控制器可靠性和配件功能進行考量，比如將西門子S7-400當作主控制器，與此同時，其是為生產線進行供電，電源模塊使用S7-400中的標準模塊。通過太網模塊采用CP443標準模塊，應用在生產線PLC主站和從站之間，并利用現場總線完成數據通信。將線首主控制柜作為例子來對機器人的電氣回路的設計展開研究。此控制柜的主要作用是完成主線PLC和從站PLC以及安全PLC的通信。主控制柜電路設計包括：生產線動力配電、線首PLC配置、Pilz安全PLC從站配置等。第一，生產線動力配電中具備著380V總電源接線、24V直流電源接線、UPS配電以及控制箱配電等等。第二，關于照明以及插座系統配電是電源供應于線首主控制柜的照明系統，其左邊對控制柜照明系統進行電源的供應，其右邊對控制柜內插座進行電源的供應。第三，線首主控制柜中的PLC配置，是對自動沖壓線主線進行控制，即為工控機接線、以太網交換機接線等等。安全PLC配置的作用是對PSS控制器和Universal從站加以合理的配置，PSS控制器和PLC從站利用ProfiBus總線實現彼此連接，其與Universal從站模塊利用SafetyBus總線實現連接[3]。

（六）機器人應用于控制系統軟件設計

此機器人控制軟件采取西門子配套編程軟件Step7進行開發，需要達成以下功能：第一，達成現場電氣設備組態，對模塊地址以及設置相關參數進行合理分配。第二，完成通信模塊的硬件組態，對其協議特性進行明確。第三，運行維護、故障診斷、文檔整理、性能測試。首先，對電子設備數據庫中文件進行及時的更新。 對于現場總線，需要符合即插即用的標準，利用電子數據庫文件展開描述，對電子設備數據庫文件進行合理配置，有效應用組態軟件，把各種的電氣設備納入相同系統中，與此同時，對于標準庫中不存在的設備，還需要增加有關配置文件。其次，對工作站地址進行合理分配。為讓各個從站設備利用總線以及生產線PLC主站實現通信，必須對自動沖壓系統不同工作站的地址進行合理分配。針對某電氣設備來講，為了使壓機部分能夠降低總線負荷，運用DP耦合器和主站完成通信，機器人是利用DSQC667模塊和PLC實現通信。

（七）機器人在電氣設備中的應用

電氣設備在設計方面必須與自動化標準相符，在設計中，需將工業機器人技術更好的運用起來。因為電氣設備系統的結構十分復雜，其涵蓋的技術和知識非常廣泛，所以在設計的過程中，需要借助計算機來對算法進行設置，在電氣設備系統中設置參數，然后再展開計算，進而更加利于對電氣設備控制系統實施設計，使得工作效率實現了快速的提高。

（八）機器人在電氣設備的日常操作過程中的應用

電氣業和人們的生活以及工作有著密切的聯系，并存在著極為復雜的電網以及擁有眾多的電氣設備，在平時的控制工作中也并不簡單。傳統的操作極為復雜，使得電氣系統控制消耗大量的時間，很難保證工作效率，而將工業機器人技術有效地應用于電氣設備的日常操作中，不但節省了時間，又實現了高效的工作[4]。

（九）機器人在故障診斷過程中的應用

在電氣運轉中，由于各種因素而引發電氣設備故障，若不能盡快解決故障，就會帶來嚴重的后果，并面臨著極大的經濟損失。而將機器人技術有效的應用，實現電氣自動化，使得設備的應用性能逐漸的實現自動化，利用工業機器人技術，讓故障診斷過程更為容易。

三、結束語

綜上所述，在工業行業中，工業機器人中的電氣控制系統十分復雜，其屬于現代化工業生產中的重點內容，在設計和研發中還應該進一步的系統性研究，從而讓工業生產逐漸的實現自動化以及智能化。診斷工業生產中安全而言，將工業機器人技術應用于電氣控制中，能夠推動我國經濟的快速發展，進而在經濟全球化的環境中，擁有著超強的競爭實力以及占據著國際地位。

作者單位：王振士? ? 江蘇建筑職業技術學院

參? 考? 文? 獻

[1]洪連輝，趙宇.工業機器人技術在電氣控制中的應用[J].中國戰略新興產業：理論版，2019（12）：1-1.

[2]吳瑩，劉佳陸.PLC控制在工業機器人組裝系統中的應用[J].中國新技術新產品，2019（4）：2-2.

[3]周明龍，馬淑靜.一種改進的工業機器人電氣控制柜的設計[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2020，v.38;No.169（6）：74-77.

[4]肖慧.科技前沿：應用于電氣控制中的工業機器人技術[J].中國航班，2019，（5）：70-71.