工业机器人技术在电气控制中的应用

【摘要】    伴随着经济迅速的发展，工业机器人就是在工业领域中具备自由度的机械装置。其通过本身良好的控制力完成多项功能，能够提前设置好程序，再展开各类工业生产活动。工业机器人技术迅速的发展对于制造业而言，有着重大的意义。工业机器人技术代替了生产力，更大程度地推动了工业实现高效的生产，保证了质量，并使得人力资源成本得到了节省，能够为企业创造更高的经济收益。本文对工业机器人技术进行了研究，并分析了工业机器人电气控制系统设计及机器人在电气控制中的应用，以供参考。

【关键词】    工业机器人    电气控制    应用研究

引言：

当前，在我国工业自动化水平发展中，机器人技术的运用显得尤为重要。对机器人技术进行充分的了解，将工业机器人技术的优势更大程度地发挥出来，是非常有意义的。有效的运用工业机器人技术是电气自动化控制的技术支撑，并能够避免电气设备操作带给人员的伤害，不但减轻了人力以及物力的投入，又保证了工作质量。因此在电气业发展中，若想促进自动化的进步就必须将工业机器人技术有效地利用起来。

一、工业机器人技术概述

针对工业机器人来讲，就是在工业领域中采用多关节机械手，也就是具备高自由度的机械设备完成操作，其能够达到自动执行工作的目的，能够通过本身的动力和控制力完成各项功能。在工业机器人运行时，就是利用计算机技术来模拟人脑，让机械手做出与人相似的行为，进而完成各项操作。将工业机器人有效地运用于工业中，能够实现更加高效的工作，并能够提高系统运行的敏捷度，能够更大程度地提高机械设备自动化水平[1]。

二、工业机器人核心制造技术

在制造工业机器人的过程中，必须依托于核心技术：第一，灵活操作技术。灵活操作技术也就是机械臂和机械手。针对感知、控制性、高精度展开重要的技术研发，采用多样化传感器、独立关节等，达到人手级别的触觉感知效果。机械臂能够拥有灵活的动力功能，因此可以在生产加工中展开灵活的作业。对于驱动器及其创新，改进机械执行机构，使得工业机器人能够达到高精度。第二，感知系统，体现为机械人能够将内部信息和环境信息转化为其能够理解的信息以及数据。与此同时，通过传感器发挥作用，使得工业机器人能够更加有效的感知速度和力等，还可以达到对视觉进行感知。其在对视觉进行感知的过程中主要依托于视觉伺服系统。通过此系统把视觉信息转化为反馈信息，进而达到调节机器人状态和位置的目的。第三，运行规划。为让工作机器人实现高效的工作，使其在有限的时间内迅速完成工作，就需要科学的对其实施运动规划。在运动规划中还包含着轨迹规划，也就是缩短机器人关节在空间中的移动时间。路径规划就是消除路径中的障碍物，在使得路径距离减小。并在此基础上添加时间序列信息，就能够更好的规划机器人的运行速度，进而对光滑性和速度进行合理的控制。规划关节空间路径，其相较于操作空间路径规划存在着更大的优势。对关节路径实施规划，能够更好地消除空间中的奇异性问题，还可以省去正运动学以及逆运动学的计算。第四，在线参数自整定技术。目前，伺服系统都拥有此项功能，能够对工业机器人的参数进行识别，具体表现为PID参数自整定、关节转动惯量等。完善有关辨识算法，可以通过伺服驱动器来辨别工况，进而达到对智能化参数进行控制的目的。

三、工业机器人发展以及技术特点

工业机器人发展方向以及技术特点包含如下几点。第一，工业机器人不断的柔性化以及精密化。在对工业机器人进行研发并应用时，其包含着众多的技术。为促进工业机器人技术快速的发展，采用有效的技术检测使得工业机器人能够实现精细化管理。在管理中，保证工业机器人的质量以及产量。此外，当下国家提倡可持续性发展，工业机器人也在环保方面不断地完善，其属于工业机器人的主要发展趋势。第二，工业机器人具备自动化整套的装备，在生产的过程中，产品不断地实现精细化。随着工业机器人不断地实现智能化、数字化以及自动化。日本机械学针对工业机器人展开了充分的研究，从中可知，工业机器人会逐渐达到更高的精度。然后在对新材料进行研发以及应用，从而使其本身的重量减轻。

四、工业机器人电气控制系统设计和应用

（一）工业机器人集中操控系统

工业机器人中的集中控制系统，就是采用一套计算机来集中控制工业生产，该系统构造比较简单，并且应用成本不高，操作起来也比较容易，采用工业机器人对集中控制的各项功能进行操作，包含多种控制卡、标准的串口、PCI插槽，存在着明显的开放性。通过集中控制系统能够更好地收集数据并进行研究，使得总体性能更加协调。可是值得关注的是，其也有着不完善，例如其出现问题，会造成大范围的影响，并且缺乏灵活性[2]。

（二）机器人控制系统

对于控制方面而言，是通过两级处理器完成组合，可以更好地控制主从系统，在这个过程中，主控制系统能够处理更多的问题，体现为对控制系统指令进行管理、坐标的转换和系统的诊断等，其在工业机器人运作中充当管家，可以有效地保护自动化程序。在控制系统中对机器人的指令动作加以控制，就是控制机器人的关节。对于主从控制系统来讲，其具备极强的实效性，能够让工业生产实现高速运转。

（三）机器人分散控制系统

将核心控制系统划分成模塊，再进行分析，并对各个模块分配控制任务，通过总系统完成分工，使得子系统相互间能够达到有效的协调，进而达到控制目标。对于分散控制系统来讲，子系统本身的控制器包含着不同的机械设备以及控制对象，针对信息数据主要依托于网络技术，因此，其具备着良好的拓展性。

（四）机器人中的核心控制器

核心控制器在工业机器人中属于重要构件，能够让机器人更好的接受指令以及执行，其在机器人的整体运行中发挥着十分关键的作用。对于机器人核心控制器而言，必须具备网络通信作为支持，可以在很大程度提升其工作效率以及质量。有限的利用计算机互联网能够更好地推动工业生产。对于控制器，机器人包含并行以及串行，并行的主要作用是对机器人操作中的控制算法进行有效的处理，串行则能够控制算法的串性体系。通常来讲，机器人的核心控制器能够促进工业生产的实效性和人机作业的高效性，能够使得机器人本身的系统机构更加完善，推动工业领域更好地实现自动化。另外，智能编码也能够检测控制对象的真实方位，有效的运用各种类型的编码器，能够更好地避免脉冲信号在传达过程中受到干扰，推动工业生产顺利开展。

（五）机器人应用于电控系统硬件设计

对控制器可靠性和配件功能进行考量，比如将西门子S7-400当作主控制器，与此同时，其是为生产线进行供电，电源模块使用S7-400中的标准模块。通过太网模块采用CP443标准模块，应用在生产线PLC主站和从站之间，并利用现场总线完成数据通信。将线首主控制柜作为例子来对机器人的电气回路的设计展开研究。此控制柜的主要作用是完成主线PLC和从站PLC以及安全PLC的通信。主控制柜电路设计包括：生产线动力配电、线首PLC配置、Pilz安全PLC从站配置等。第一，生产线动力配电中具备着380V总电源接线、24V直流电源接线、UPS配电以及控制箱配电等等。第二，关于照明以及插座系统配电是电源供应于线首主控制柜的照明系统，其左边对控制柜照明系统进行电源的供应，其右边对控制柜内插座进行电源的供应。第三，线首主控制柜中的PLC配置，是对自动冲压线主线进行控制，即为工控机接线、以太网交换机接线等等。安全PLC配置的作用是对PSS控制器和Universal从站加以合理的配置，PSS控制器和PLC从站利用ProfiBus总线实现彼此连接，其与Universal从站模块利用SafetyBus总线实现连接[3]。

（六）机器人应用于控制系统软件设计

此机器人控制软件采取西门子配套编程软件Step7进行开发，需要达成以下功能：第一，达成现场电气设备组态，对模块地址以及设置相关参数进行合理分配。第二，完成通信模块的硬件组态，对其协议特性进行明确。第三，运行维护、故障诊断、文档整理、性能测试。首先，对电子设备数据库中文件进行及时的更新。 对于现场总线，需要符合即插即用的标准，利用电子数据库文件展开描述，对电子设备数据库文件进行合理配置，有效应用组态软件，把各种的电气设备纳入相同系统中，与此同时，对于标准库中不存在的设备，还需要增加有关配置文件。其次，对工作站地址进行合理分配。为让各个从站设备利用总线以及生产线PLC主站实现通信，必须对自动冲压系统不同工作站的地址进行合理分配。针对某电气设备来讲，为了使压机部分能够降低总线负荷，运用DP耦合器和主站完成通信，机器人是利用DSQC667模块和PLC实现通信。

（七）机器人在电气设备中的应用

电气设备在设计方面必须与自动化标准相符，在设计中，需将工业机器人技术更好的运用起来。因为电气设备系统的结构十分复杂，其涵盖的技术和知识非常广泛，所以在设计的过程中，需要借助计算机来对算法进行设置，在电气设备系统中设置参数，然后再展开计算，进而更加利于对电气设备控制系统实施设计，使得工作效率实现了快速的提高。

（八）机器人在电气设备的日常操作过程中的应用

电气业和人们的生活以及工作有着密切的联系，并存在着极为复杂的电网以及拥有众多的电气设备，在平时的控制工作中也并不简单。传统的操作极为复杂，使得电气系统控制消耗大量的时间，很难保证工作效率，而将工业机器人技术有效地应用于电气设备的日常操作中，不但节省了时间，又实现了高效的工作[4]。

（九）机器人在故障診断过程中的应用

在电气运转中，由于各种因素而引发电气设备故障，若不能尽快解决故障，就会带来严重的后果，并面临着极大的经济损失。而将机器人技术有效的应用，实现电气自动化，使得设备的应用性能逐渐的实现自动化，利用工业机器人技术，让故障诊断过程更为容易。

三、结束语

综上所述，在工业行业中，工业机器人中的电气控制系统十分复杂，其属于现代化工业生产中的重点内容，在设计和研发中还应该进一步的系统性研究，从而让工业生产逐渐的实现自动化以及智能化。诊断工业生产中安全而言，将工业机器人技术应用于电气控制中，能够推动我国经济的快速发展，进而在经济全球化的环境中，拥有着超强的竞争实力以及占据着国际地位。

作者单位：王振士    江苏建筑职业技术学院

参  考  文  献

[1]洪连辉，赵宇.工业机器人技术在电气控制中的应用[J].中国战略新兴产业：理论版，2019（12）：1-1.

[2]吴莹，刘佳陆.PLC控制在工业机器人组装系统中的应用[J].中国新技术新产品，2019（4）：2-2.

[3]周明龙，马淑静.一种改进的工业机器人电气控制柜的设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2020，v.38;No.169（6）：74-77.

[4]肖慧.科技前沿：应用于电气控制中的工业机器人技术[J].中国航班，2019，（5）：70-71.