工業機器人技術在電氣控制中的應用

任輩杰

（蘭州職業技術學院，甘肅 蘭州 730070）

1 工業機器人的特征

工業機器人在工業領域的應用主要表現形式為多關節機械手和多自由度的機械裝置，在自身動力能源和控制能力的幫助下，能夠自動完成各種機械產品制造、工業加工等生產活動，工業機器人的這種特性使其在電子行業、物流及化工等領域的應用表現出明顯的優勢。將工業機器人技術與工業生產結合后，使其能夠按照命令完成各項操作，應用原理主要是基于計算機技術的支持，通過相應的設計使其能夠模擬人的大腦，讓機械手根據各項命令做出與人類相似的活動[1]。為了更好發揮工業機器人技術的應用優勢，需要了解工業機器人的特征。

（1）擬人化。工業機器人的組成結構和人類結構異曲同工，能夠像人類一樣從事行走、轉腰、手抓等活動。工業機器人在模擬人類的各項行為時主要通過計算機操控系統完成，機器人只需接收并執行計算機發布的各項指令，按照指令開展各項操作。例如，當工業機器人接收到移動和抓取命令時，就會完成相應的操作。現階段的智能化機器人是在多功能生物傳感器的幫助下，擁有像人類一樣的視覺、語音等功能，進一步提升了工業機器人對環境的適應能力[2]。

（2）可編程性。工業機器人在制造過程中，可根據生產目標和實際環境進行相應的編程設計，這樣能夠滿足小批量多品種均衡高效率行業的生產要求，實現柔性化的啟動。需要指出的是工業機器人的硬件條件保持不變，這些功能是通過對軟件進行多功能編程設計實現的，既能實現生產的靈活性和高效率，還能大幅度降低生產投入。

（3）適用性廣。現階段工業機器人在執行不同的作業任務時具有較強的適應性，除了有特殊要求專門設計的機器人，一般的工業機器人通用性非常強，并能體現良好的應用效果。工業機器人與各類傳感器的深度融合，能夠賦予機器人更多的功能，比如圖像識別能力和語言能力等都得到了明顯改善，這樣能夠擴大機器人的應用空間，滿足工業生產的多樣化要求。

2 工業機器人的制造

2.1 靈活操作技術

靈活操作技術主要體現在機械臂和機械手的運用上。為進一步展現靈活操作技術的應用優勢，應重點在感知、控制、精度等方面進行研究，借助多功能傳感器和獨立關節等的靈活運用，確保工業機器人的靈活操作技術具有人手的感知功能，機械臂具備運用自如的靈活動力功能，在實際應用時能夠收放自如，利用創新驅動器，完善機械執行機構，讓工業機器人的精度實現新的突破[3]。

2.2 感知系統

工業機器人能夠整合內部信息和環境信息，將其轉換成便于自身理解與識別的數據信息，這一過程需借助感知系統完成。實現該目標離不開傳感器的幫助，在多樣化傳感器的作用下，工業機器人的感知速度和感知能力都得了進一步提升，并具有了視覺感知能力。視覺感知功能是以視覺伺服系統為核心實現的，該系統將機器人感知到的視覺信息反饋給相關人員，工作人員可以以機器人的感知狀態為依據對其運行狀態和位置做出優化調整[4]。

2.3 運動規劃

為了不斷提升工業機器人的工作效率，使其在有限的工作時間內高質量地完成更多工作任務，需要對機器人的運動進行科學的規劃。對機器人的運動路徑和順序進行規劃，盡量做到縮短運動路徑而不重復。運行軌跡的規劃是盡量減少機器人關節的空間移動范圍，路徑規劃就是幫助機器人解決路線活動范圍內的一切障礙物，最大限度地減少其路線距離。時間規劃是在運行軌跡和路徑規劃好后應添加時間信息，讓機器人能夠在既定的時間內、按規劃的路線開展各項操作，這樣就能控制機器人的運行速度，保持其運動的流暢性。

3 機器人自動沖壓線系統的控制方案設計

3.1 雙層控制系統方案

使用雙層控制系統能夠將沖壓系統與總控制系統分離開來，使沖壓系統作為獨立的系統而發揮作用，操作人員以耦合器和通信設備為紐帶將傳感器和壓縮機連接為一體，還可以借助以太網的幫助對各設備進行實時的監控，另外，利用計算機終端控制系統實現對整個生產系統各個生產線的全面監控，這種監管形式能夠做到分層控制，借助多樣化的傳感器將各設備的運行動態及時地反饋到計算機控制系統。分層管理能夠針對不同設備設置相應的數據傳輸通信速率，當一側系統出現問題時，另一側不受影響仍可繼續運行，保障了生產系統的柔性和穩定性，同時也不會因為維修而耽誤生產進度[5]。

3.2 安全防護系統方案

安全防護系統的有效應用能夠為設備運行創建一個安全穩定的運行環境，同時還能保障作業現場和人員的安全。安全防護系統的設計包括軟件和硬件兩個方面，硬件設計相較于軟件要簡單些，只需保障安全門的安裝效果達到預期標準即可，而軟件設計要相對復雜一些，需要根據安全防護要求對軟件進行相應的設計，借助功能化軟件的幫助對各設備運行狀態進行監管，并將實時運行數據傳輸到管理系統，管理系統通過對反饋信息的分析整理，判斷各設備是否處于安全狀態，以及可能出現的安全隱患，并以此為依據對各設備運行參數進行調整，保障其能夠安全穩定地運行[6]。

4 工業機器人電氣控制系統的設計和應用

4.1 工業機器人集中操控系統

集中控制系統是工業機器人技術的核心技術，以計算機技術為核心對工業生產進行集中管理。該系統結構簡單，制造成本低廉，便于操作，只需簡單的操控按鈕即可操作，讓工業機器人代替人工對生產過程的各種功能進行集中控制，具有良好的應用效果。集中操控系統包含多個功能單元，比如多類型的控制卡、標準的串口、PCI插槽等，這些模塊具有一定的開放性。這些組件共同組成工業機器人的集中控制系統，該系統在運行時能夠收集各方面的數據，達到統一使用的目的。但是，集中控制系統由于缺乏一定的靈活性，當一個組件發生問題時，就會影響整個系統的運行。

4.2 機器人控制系統

工業機器人的控制系統通過兩級處理器的組合運用來實現控制功能，使主從系統處于一個協同作業的良好狀態。在開展控制的過程中，主控制系統負責解決各項問題，通過系統指令實施管理工作、坐標轉換及系統診斷等操作，在工業機器人運行過程中以管家的身份對自動化程序進行防護，在控制系統中對機器人的指令進行管理，幫助機器人更好地調節關節運行。主從控制系統具有極強的時效性，這樣能夠保障工業系統高效率地運轉。

4.3 機器人分散控制系統

可將機器人的核心系統分解成不同的模塊，然后對各個子模塊展開分析，賦予每個子模塊以不同的控制任務，這一目標由總系統來完成，由總系統對各個模塊進行分工后，再對其進行統一管理，使各個模塊能夠協調作業達到分散控制，協調聯動的目的。分散控制系統的運行管理涉及多個不同的設備及管理對象，所收集和處理的信息數據種類和數量非常多，此時需利用網絡技術進行信息處理，所以分散控制系統應具有良好的拓展性[7]。

4.4 機器人中的核心控制器

核心控制器是工業機器人的核心構件，機器人能夠進行各項指令操作，需要工作人員能夠熟練、正確地控制核心控制器，從而讓機器人按照實際使用要求完成各項任務。核心控制器能夠正常地發揮作用，離不開網絡通信技術的支撐，以網絡通信技術為基礎構建信息共享、互聯互通的交流網，能夠有效提升整個系統的運行效率。核心控制器包含并行和串行兩種方式，并行方式的作用是處理機器人操作時期的控制算法，而串行方式可以控制算法的串行體系。一般情況下，機器人的核心控制器能夠實現人機的高效協同作業，提升工業生產的實效性，能夠進一步完善機器人的性能，不斷提升工業的自動化水平。

5 工業機器人技術在電氣控制中的具體使用方式

5.1 電氣設備日常操作

在電氣設備操控過程中對其精確度具有較高的要求，如果出現操作失誤或違規操作，不僅會耽誤生產進度，還會降低產品精度，引發安全問題。為確保電氣控制實現規范化管理，各工業企業紛紛將電氣自動化技術融入電氣控制管理過程中，讓電氣控制能夠根據實際情況進行自我管理和智能化控制。電氣設備的類型多樣，系統結構復雜，采用工業機器人技術進行控制，工作人員只需操控鼠標和鍵盤即能完成相應的操作，使得電氣控制操作流程更加簡潔。

5.2 故障診斷

電氣設備在運行過程中受多方面因素的影響，難免會發生故障，此時在最短的時間內準確定位和診斷故障，以免因設備故障擴大而引發更大的損失。采用工業機器人技術進行的電氣控制，能夠全面收集電氣設備運行狀態數據，通過對數據進行分析整理，能夠及時發現設備運行問題，并且能夠將該部分數據進行存儲，為準確定位和診斷故障贏取了時間，并能追溯至故障產生的源頭，為檢修人員制定合理的檢修措施提供了依據，保障電氣系統快速地消除故障，恢復正常生產。

5.3 在電氣設備中的使用

電氣設備的各項性能要想滿足實際生產要求，在設計時可利用工業機器人對其利用情況進行分析，從而明確電氣設備的具體應用范圍。電氣設備的系統結構復雜且專業性較高，融合了多種技術學科，通過在計算機中增加算法可得出其系統參數，從而進一步完善電氣設備控制系統。此外，工業機器人還能對電氣設備運行狀態進行監測，收集的信息是更好開展電氣控制的重要依據。以監控數據為支撐對電氣系統運行情況進行模擬，監控系統設備的開關量，如果在監控過程中出現異常，系統就會發出警報，必要時還會將故障設備的電源切斷，使其與其他設備安全隔離，避免危害到其他設備。

6 對于機器的維護

工業機器人在運行過程中，經過長時間的磨損消耗容易產生故障，所以工業企業要注重對機器人的維護。尤其是機器人的關節及活動部位，要定期添加潤滑劑進行保養，避免運行過程總關節出現卡頓問題。同時要根據機器人的實際情況制定一套完整的維護計劃，明確維護周期和相應的維護方法，為提高機器人的利用率和延長其使用壽命奠定基礎。機器人在使用之前要經過全面的檢查，看各個零部件是否能夠滿足實際運行要求，并據實際情況采取更換或維修的方式，保障機器人能正常發揮作用。

7 結束語

工業機器人技術正處于一個日趨完善的發展過程，為電氣控制高標準地進行提供了技術支撐，將其與電氣設備控制結合，能夠簡化并優化電氣設備控制流程和故障診斷流程，提升電氣設備操作的準確性、可靠性，降低工作人員的勞動強度和危險程度，為高效生產和創收節支提供了支撐。■