工业机器人技术在电气控制中的运用分析

2021-04-03于彤

中国设备工程 2021年3期

于彤

（1.滨州渤海活塞有限公司，山东滨州 256600；2.山东省发动机活塞摩擦副重点实验室，山东滨州 256600）

工业机器人现在已经被广泛的应用到众多领域中，例如工业生产、航空航天等，对于特殊生产环境有着更高的适应性。就工业机器人的电气控制应用进行分析，需要了解其结构组成，总结其分类情况，判断可应用方向，并做好电气控制系统各部分研究设计，以此来保证工业机器人技术的优势得以全面发挥。

1 工业机器人技术分析

工业机器人主要面向于工业领域中多关节机械手以及多自由度机械装置，通过PLC 控制技术可以自动执行各设定动作，通过自身动力以及控制能力来完成各种基础功能的一种机器。简单来讲，工业机器人各执行动作的完成，是以计算机技术作为支持，根据生产需求发出类似人类的行为指令，有序的完成各项动作操作。常见的工业机器人如直角坐标机器人、Delta 机器人、SCARA 机器人、4 自由度标准工业机器人以及6 自由度标准工业机器人等，可完成搬运、焊接、喷漆、切割测量等操作。以搬运机器人为例，通过计算机实现运行控制，完善行动、多传感器控制以及自动导航等功能，目前该类机器人已经在速度、可靠性以及精度等方面取得了显著的研究效果。可满足食品、电子、医药等企业生产中柔性搬运、输送等要求，尤其是在快递行业中的应用，可作为主要的物品分拣运输工具。工业机器人组成包括主体、驱动系统以及控制系统三部分。主体包括机座与执行机构两部分，如臀部、手部、腕部，部分机器人还设计有行走机构。目前所设计应用的工业机器人多数具有3～6 个运动自由度，且腕部基本上会存在1～3 个运动自由度。驱动系统分为动力装置与传动装置，负责各执行机构可以完成设定的动作。控制系统为核心部分，以设定好的程序为依据，针对驱动系统和执行机构发出指令信号，并控制其可靠执行。

2 工业机器人结构组成

2.1 机械结构系统

从机械结构角度分析，工业机器人可分为并联式与串联式两种。并联式结构的一个轴处于运行状态时，其他轴的坐标原点不会产生变化，而串联式结构的轴与轴之间则存在着相互影响。前期大部分的工业机器人多是采用的串联方式，在技术不断更新的情况下，逐渐以并联方式居多，可以更好的来解决串联式存在的不足。并联设计的工业机器人刚度更大，结构稳定性强，应用过程中除了可以承受更大负荷以外，生产精度也更高。

2.2 感知系统

工业机器人是通过视觉伺服系统来完成感知，通过伺服系统的反馈，来为机器人提供位置状态调整依据。同时，通过视觉伺服系统还可以在工件识别、产品包装以及质量检测等方面做进一步的优化，提高整体生产质量。工业机器人感知系统共分为外部传感器模块与内部传感器模块两部分，对于提高机器人智能化水平和行动能力具有重要支持。同时还可以获取部分人类难以感受到的信息，用于生产过程的调整与管理，更好的避免各种异常情况的发生。

2.3 环境交流系统

机器人-环境交流系统也是工业机器人的重要子系统之一，主要完成外部设备与机器人之间的联系。在系统的支持下，可以将机器人与外部设备组成实现特定功能的单元。工业机器人在应用过程中，多个外部设备可以与机器人组成一个功能单元，实现装配、焊接等任务的执行，或者是由多台机器人共同组成特定功能的复杂单元，负责完成各种特定工作。

2.4 驱动系统

驱动系统负责为机器人的机械机构提供动力，因为各种类型机器人的动力来源不同，相互间驱动传动方式也就存在明显差异。现在所应用的工业机器人驱动系统主要为机械式、电气式、气压式与液压式。

2.5 控制系统

控制系统为机器人架构的重要组成部分，可根据具体工作指示以及传感器传输的信号，来完成各种提前设定好的功能或动作。控制系统可分为人工智能控制系统、适应性控制系统以及程序性控制系统三类。另外，按照控制运动形式划分，包括的则有连续轨迹控制与点位控制等类型。

2.6 人机交互系统

人机交互系统主要用于操作人员针对机器人完成各项操作，通过电脑终端、显示器等部分，来做到人与机器人之间的有效互动，例如程序设定，保证机器人可以顺利完成各种动作。

3 工业机器人技术在电气控制中应用分析

3.1 电气控制方面

电气设备控制具有非常强的专业性与技术性特点，可以说是电气领域研究的要点。随着电气自动化技术的不断发展，自动化设备已经成为了工业生产中的主角，并且在电气行业的发展中起到了至关重要的作用。目前来看，在计算机技术以及智能化技术的支持下，电气控制在不断的实现智能化，更灵活机动的完成设备控制，使其始终维持在最佳运行状态，提高工作效率，以更低的劳动成本和成本来换取更大的效益。

3.2 电气日常操作

电气设备如果操作不当，不仅会对生产效率产生影响，甚至还会产生安全事故，产生重大的经济损失。为加强对电气设备规范化操作的管理，各工业企业均采取了系列措施，积极应用电气自动化技术，实现对电气设备的自动化与智能化管理。面对系统复杂、电气设备繁多的情况，应用工业机器人技术，可以简化电气设备的操作流程，应用鼠标与键盘便可完成断路器与电动隔离开关的控制，以及还可以根据需求调整励磁电流。通过控制系统来掌握电气设备的运行情况，根据所获得的信息来为日常管理提供支持，制定科学可靠的管理方法，有效的来应对复杂的日场操作需求，节省电气系统控制时间，保持更高的控制效率。相比以往所用控制方法，在工业机器人技术的支持下，进一步减少了人工成本，劳动强度也大大降低。

3.3 故障诊断应用

电气设备运行经常会因为外部因素的干扰而产生异常，一旦无法在短时间内完成故障诊断与定位，必定会影响整个电气系统的运行状态，产生更大的危害和损失。工业机器人技术在电气控制中的应用，可以对设备的各类数据信息进行采集与处理，并且在功能逐渐完善的情况下，还可以完成部分数据的存储。这样就可以通过工业机器人技术的应用，来进一步简化电气系统故障诊断的过程，更精准的定位故障位置，分析判断故障发生原因，然后在此基础上采取有效措施解决应对，确保电气系统可以及时恢复正常运行，满足生产要求。

3.4 电气设备应用

在实际生产中要保证电气设备的设计必须满足自动化操作基本要求，设计时要综合工业机器人技术特征进行分析，确定其应用方向。电气设备系统复杂程度比较高，涉及到诸多的学科和技能，可以通过计算机来设置一些算法，针对电气设备系统的各项参数进行计算，对电气设备控制系统做进一步优化，提高设备的实际运行效率。并且，还可以对电气设备的运行状态进行动态监控，为电气控制提供支持。基于监控数据来模拟电气系统运行情况，监视系统设备的开关量，一旦发现异常将会自动报警，必要时还会自主切断部分电气设备，确保设备处于安全状态，以免故障范围的进一步扩大，将故障损失控制到最小。