探究机电一体化技术在工业机器人中的应用

2021-09-16任永昕陈新晨

科学与信息化 2021年23期

任永昕陈新晨

1.唐山威程科技有限公司河北唐山 063700；2.河北矿业司家营铁矿河北唐山 063700

1 机电一体化及智能控制概述

1.1 机电一体化

机电一体化指的是，借助综合性技术驱动机械系统，实现高效、优质生产目标。随着网络通信技术不断创新，机电一体化系统性能相应提升，为智能控制提供有利条件。现今，机电一体化在生产、生活中普遍存在，满足了现代社会可持续发展需要。机电一体化由多种信息技术组成，如计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信号变换技术、机械技术、伺服传动技术、信息技术、传感检测技术等。其应用原则分别为信息化操作原则、结构耦合原则、能量转换原则、运动传递原则。对于系统操控者来说，应在遵循基本原则的基础上，全面挖掘机电一体化系统使用价值。

1.2 智能控制

智能控制指的是，使用计算机技术模拟人脑思维，经自动操作达到控制目的。智能控制涉及多学科知识，并且基础理论(自动控制论、人工智能论等)为技术应用提供可靠支撑。智能控制具有人性化、可变性、协调性等特征，当技术实践环节遇到阻力，则智能系统会自动诊断故障、定位故障，并通过自动修复减少运行风险，为管理决策科学制定提供价值信息。随着智能控制研究领域逐渐拓展，智能控制应用空间相应扩大，将其与先进技术融合，能够取得良好的发展前景[1]。

图1 机电液一体化技术的工业机器人

2 工业机器人的具体应用要求

2.1 机械零件制造精度

制造机器人属于大中型精密加工制造领域。然而，与大型机械制造领域相比，机械设备制造对设计和零部件精度的要求较低。在工业机器人的制造中，必须保证各部件的精度满足相应的设计标准，使工业机器人的轨迹满足相应的标准。另外，运动精度得到有效保证，满足机器人行业的要求。在机器人零件的制造中，必须遵守相应的设计规范，才能保证零件制造的精度符合相应的规范。这使得提高工业机器人的操作精度成为可能。在工业机器人的制造过程中，如果电机、机械手手指等主要部件的实际加工精度与设计规范一致，也会影响工业机器人在实际工作过程中的精度，机器人的最终运动位置实际上会偏离要求，这将对机器人的某些用途产生负面影响。

2.2 传输系统精度

在当前的工业领域，工业机器人得到了有效的选择，但有着广泛的应用前景。在工业机器人在整个工业领域的具体应用中，主要包括六导轨旋转机器人和直线运动机器人。对于6轨旋转机器人，可选择6轴执行旋转运动操作。对于直线运动机器人，这种机器人采用直线运动，通常用作装卸设备。动力传递属于机器人运动的范畴，影响机器人边际精度的因素很多。当驱动力通过机器人各主轴的驱动电机传递到终点时，传递部分的精度就成为判断是否满足相应标准的关键。它对机器人的操作精度有着重要的影响。由于工业机器人的应用领域对精度要求较高，对运动精度的要求相对较低。与发达国家相比，我省在纺织工业机器人制造方面的技巧还有待提高，但高精度减速机的独特研发和制造却没有得到推广。在我省生产的纺织机器人中，减速机（如行星齿轮减速机）主要在我省生产。另外，目前市场上的纺织机器人主要是系列机器人。对于机器人末端运动位置，各传动环节的传动精度是不可忽视的因素之一。如果前面的动作有误差，那就是一种传动。操作过程中链条变大，大大降低了机器人末端位置的精度，难以达到预期的标准[2]。

2.3 机器人装配精度

在工业机器人的制造过程中，装配过程中的缺陷对机器人末端位置精度的影响不容忽视。在工业机器人的设计中，如果零部件的设计不合理，特定操作环节或传动链的位置会发生偏移，从而形成动力传动环节。很难保证各轴的运动精度，也很难保证机器人能够达到相应的目标，这对产品的制造和加工产生了负面影响，也就很难保证生产质量。

2.4 机器人的精度保持效果和端载性能

在工业机器人的初期使用中，显示精度表现比较好。使用时间和频率的增加会损坏工业机器人的零部件，对机器人的精度产生不利影响。造成这一问题的主要原因是所选机器人零件的磨损和机器人保持精度的性能。如果长时间重复单调的运动，准确定位的标准会很高。但是，如果在末端负载或零件磨损方面出现问题，机器人的定位精度会受到很大影响，并且误差会随着传动链的增加而逐渐增大。它会更大。工业机器人的最终运动位置不符合实际要求，这大大降低了某些机器人应用的性能。

3 机电一体化在工业机器人中的应用

3.1 各轴电机的运动位置检测采用机电一体化

无论从宏观还是微观的角度，我们都可以清楚地认识到，在工业机器人生产的早期阶段，要严格控制运动精度，从根本上保证机器人的旋转轴线。伺服电机是电机中最基本的一种类型，在电机上安装一个编码器来监控电机的旋转角度。但需要注意的是，在使用编码器对电机中的数据进行翻译时，翻译后的数据要及时上传给驱动器，只有这样才能使电机的旋转角度与规定的角度一致。从另一个角度看，直线运动机器人采用机械技术进行运动精度位移检测时，需要应用电子技术来实现对工业机器人轨迹的修正和校正，特别是在出现误差的情况下，为了保证工业机器人的正常运行，需要及时发现存在的故障[3]。

3.2 机电一体化技术在机器人轨迹规划中的应用

作为机器人完成工作的重要依据，其运动轨迹往往受到工作环境等因素的影响。当然，工业机器人的运动轨迹是固定的、稳定的，需要严格按照设定的程序进行运动。在机电一体化技术的有效应用下，可以进一步实现工业机器人的轨迹控制。严格遵循工业机器人运动条件的基本特征，明确机器人运动轨迹的位置。设定目标时要有机电控制系统的明确指令，观察各种运动状态，综合分析机器人的运动量。另外，在整个机器人轨迹规划中，应以驱动器为主要支撑点，严格按照运动原理向驱动电机发送相应指令，从根本上保证机器人各轴之间的同步，达到预期的轨迹。需要注意的是，机器人的运动状态要符合机器人设定的目标，提高运动精度的可靠性。

3.3 机电一体化技术在机器人核心部件测量中的应用

从性能上分析，工业机器人是一种精密设备，其运行离不开减速器。为了从根本上提高其稳定性和安全性，必须做好运动稳定性的检测工作。应用机电一体化技术可以实现对弯头减速器等各种设备的检测，并通过相关高科技技术分析轴节的振动频率。比如在设计中，轴接头的振动频率不符合要求，那么通过机电一体化的应用，就会出现振动，相关设计人员可以在最短的时间内提出问题，进行分析和解决，进而达到其稳定性。

3.4 机电一体化技术在机器人工业环境控制中的应用

为了保证工业机器人作业的有效性，有必要对周围环境进行分析。工业机器人对工作环境的要求是复杂的，其中温度要适中，湿度要合理，对电磁信号也有强弱要求。否则，信号干扰会严重影响工业机器人的运动轨迹。在这种情况下，有必要加强PLC技术等机电一体化技术的应用，对工作环境进行控制，实现温度的自动控制，从根本上避免因温度过高造成的操作失误现象[4]。

图2 机电液一体化技术

3.5 机电一体化技术在智能制造中的应用

工业机器人是智能化的，能够根据接受的操作指令完成相应的动作。在智能化的研究与开发中，要综合机械、信息技术等多个学科的知识，使工业机器人在实际操作中达到预期的效果。例如工业机器人的机械手是仿人手臂，但由于缺乏灵活性，需要高精度的电子技术来完成。同时，通过机电一体化技术的有效应用，将自动导航功能融入其中，结合电子信息技术和传感器技术，实现准确分类和快速操作，从而进一步提高企业的生产效率，保证企业的质量[5]。