工业机器人电气控制系统设计分析

马帅

摘要：我国工业建设最近几年发展非常迅速，加速我国整体经济建设的发展进程，为我国基础建设贡献力量。经济的发展和科学技术的日新月异带来了社会的进步和时代的更迭，在这个信息时代高速发展的当下，工业领域不断创新和完善。工业机器人作为新时代背景下促进工业领域生产制造和发展的重要帮手，其电气控制系统设计至关重要，机器人的完善是改善当前人工作业的关键，能促进提高工业行业生产制造的安全性和可靠性。因此，通过探索工业机器人电气控制系统的设计来研究如何提升工业行业的经济效益，以及最大化保障工业领域从业者的生命财产安全，以充分保证国家经济的增长与社会生活的和谐安定。

关键词：工业机器人;电气控制系统设计

引言

工业机器人不仅代表着智能与柔性的新型制造业模式，同时是我国制造业竞争力提升与产业升级的重要标志。发展机器人是先进国家应对金融危机推动产业改革的重要战略手段，对我国的电气控制系统设计发展起到积极的参照作用。

1工业机器人技术概述

工业制造机器人是一个面向各种工业制造领域的多功能驱动机械或多自由度的小型机器驱动装置，它通常能自动化地执行各种工作，是靠自身机械动力和人工控制能力结合实现各种工作功能的一种工业机器。是一种借助现代计算机科学技术自动模拟人脑，除此之外，自动发出类似基于人类的各种行为控制指令，从而对各种日常操作过程完成的一种过程。因此用它使得系统工作的运行效率更高，系统的数据运行更加灵活也更加稳定，能够增强各种电子设备的综合自动化数据处理能力水平。

2我国工业机器人产业发展的问题分析

首先，开拓本土品牌市场的难度大，外企逐渐垄断了机器人市场，包括电子与汽车等制造领域，在我国市场的占有率高且竞争力强。发那科等国际龙头机器人企业的生产力及销售规模逐年提高。大企业的介入机制不成熟，我国企业的生产机械臂尚未形成龙头品牌，生产工业机器人的规模小，与KUKA及发那科等外国综合型集团比，我国从事生产机器人企业的抗风险能力明显不足。由于外国企业生产工业机器人的成熟度更高，市场用户的黏度更高，我国生产机器人的企业起步晚且生产装备不高端，也是阻碍本土品牌市场拓展难度大的重要原因。其次，企业技术不成熟，外国企业对工业机器人的机型比较成熟，主导了通用机器人的技术路线，我国企业仍处于被动学习与摸索性前进的阶段，机器人由减速机与控制器等高端装备集成，但这些设备仍依赖于进口，如减速机被日本企业垄断，导致我国的品牌产品尚未成熟。随着技术的滞后性特征逐步突出，技术对我国工业机器人产业发展的制约影响越发突出，加上企业的研发能力不足，虽然高校具备机器人专利，但高校不具备面向市场的稳定产品，缺乏市场成熟技术取代实验室技术的转化机制，导致我国工业机器人的发展难以实现产业化。最后，起步困难，由于国内缺乏适用零部件，导致我国自主研发的机制不具备价格优势，企业的发展规模小，不具备部件采购时的议价能力，零部件的成本高，促使企业单机价格的优势不足，导致企业虽然想向发展工业机器人的生产进军，但较高的采购价格使其望而却步。国内企业不具备零部件的生产与议价能力，小批量购买的价格更高，促使产业难以实现长效发展。产业发展不具规模，技术反馈数据相对缺乏，不利于形成大量投入的零部件研发企业，导致零部件尚未实现成熟过关。

3工业机器人电气控制系统设计

3.1集中操控系统

对于工业机器人来说，一台计算机就能轻松实现集中控制，主要是因为其集中控制系统结构简单、成本低、易实现。工业机器人集中控制系统需要多种控制卡、可通过PCI插槽和标准串口，这也使其呈现出一定的开放性特点。同时该集中控制系统对于信息的采集和分析十分便捷，整体协调性极佳，但不可忽视的是它也有一定的不足之处，比如问题影响范围大、灵活性不够等。

3.2组装系统整体架构设计

根据当前我国工业生产中所使用的一般工业机器人系统组成情况来看，主要有执行层、驱动层、控制层、感知层、决策层、软件层等多个层级架构构成，需要确保所有层级系统都能够正常运行，才能够使工业机器人根据命令完成工业生产操作。控制层是工业机器人正常运行中的关键系统部分，主要是对工业机器人的操作进行控制和智慧，在工业机器人组装系统设计中需要完成整体性设计，对于控制层而言，需要完成以下几个方面的设计：1.能够完成协调控制，实现高效生产。2.能够展示出控制参数，从而实现对路径的控制。3.需要具有良好的动态响应能力和实时操作能力，从而根据工业机器人实际作业环境进行调整，保障生产能够高效、安全完成。4.系统界面具有简单明确，具有良好的可操作性。5.系统结构之间需要具有良好的协调性，构成连接紧密的系统框架。

3.3多功能模块设计

多功能模块的设计以提升新知识技能、促进专业建设和发展为原则，在巩固传统知识的基础上，增加新知识，满足学生实践、职业技能提升及就业需要。多功能模块设计了多种模块，具体包括触摸屏、I/O及供电转接模块、按钮开关控制模块、RFID模块、视觉模块、成品库、步进电机、废料盒、电磁阀模块、夹具座、传送带、送料模块、零件库等。其中触摸屏实现了RFID数据写入及显示、升降平台控制、送料模块控制、传送带控制、视觉识别显示等;I/O及供电转接模块实现了传感器、电磁阀、步进电机、按钮开关控制模块等的连接，并提供0V和24V供电;按钮开关控制模块包括启动、急停、停止、复位按钮以及运行、报警指示灯等;视觉模块安装在传送带上方，用来识别所传输的零件类型（方形、圆形、三角形）、位置、方向;RFID模块包含读写器和收发器，读写器固定安装在升降平台面板上，收发器（纽扣型电子标签）嵌在方形零件背面;成品库用来暂放方形、圆形、三角形零件，并在此处完成零件组装;废料盒用来存放非方形、圆形、三角形零件;夹具座用来放置工业机器人末端夹具，包含吸盘夹具和夹爪夹具;送料模块采用气缸驱动，推动随机放置于零件库的零件到传送带，传送带开始工作输送零件。

3.4走错位发展与逆向扩散的道路

机器人产业的发展要重视国内市场，虽然诸多核心技术的控制权仍然在国外，但我们可以充分利用国内市场资源，大力发展生活型机器人产品，避其锋芒，“田忌赛马”的道理契合于此，错位发展，扩大生存空间，如化工与饲料及工程机械等市场，促使规模效应快速成型。外企锁定了机器人技术路径，我国企业走模仿外企主导产品的道路，会陷入学习与落后的恶性循环中。我国企业需绕开外企锁定的路径，通过技术发展模式错位，快速发展与提升技术能力。我国企业在发展中，需加强对市场情况的分析，摒弃边缘需求，主打核心需求，制作专用的经济型机器人，技术逐步成熟后，再向通用机器人的领域迈进。发达国家受现实需求与产业结构的影响，机器人技术应用的扩散路径，主要以从高端精密产业到低端产业、从传统市场向新兴市场为主。

结语

综上所述，工业领域中的工业机器人电气控制系统设计复杂而又艰难，对于现代工业生产制造而言是至关重要的工作内容。在保证工业领域安全生产的基础上有效增强国家经济增长，确保国家在当前经济全球化背景下的国家地位与核心竞争力。

参考文献

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