工业机器人技术及其在电气控制领域的应用

肖 潇

(江苏联合职业技术学院 江宁分院,江苏 南京 211100)

0 引言

工业机器人技术的发展给技术领域注入了新的活力,对于各领域的创新发展具有巨大的推动作用[1]。尤其是工业机器人技术在电气控制领域的应用,既可以优化电气设备的系统,又使其更加智能化、简单化,同时也使得电气控制系统的技术更加有保障,提高其安全性和可靠性。另外,由于工业机器人技术的应用,一些需要人工作业的电气设备操作由工业机器人代替,减少了对于人员的伤害,在人力和物力方面实现以最少的投入,获得最大的产出[2-3]。

1 工业机器人电气控制系统

1.1 系统简介

工业机器人电气控制系统的主要组成部分由控制计算机、示教盒、电动机等构件组成,其中最主要的部分为控制计算机部分,其主要由微型机、微处理器构成,是工业机器人成功完成作业的基础保障。在对工业机器人工作轨迹和工作参数进行设定操作时,需要通过示教盒来完成,示教盒中包含独立的 CPU 处理中心和存储单元,可以完成与控制计算机之间的信息传递。电动机则是工业机器人完成动能操作的重要组成,主要由步进电机、直流或交流伺服电机构成。

1.2 系统设计

工业机器人电气控制系统由多个子系统组成,有集中操控系统、主从控制系统、分散控制系统、机器人核心控制器、智能编码器等。工业机器人的集中操控系统结构简单、价格低廉、容易实现,只需一台计算机便可对工业机器人进行集中控制。另外,工业机器人的集中操控系统还具有开放性、便捷性、协调性好等特点,但是其灵活性稍有不足。主从控制系统则是工业机器人完成坐标变换、运动轨迹生成、高效管理等控制工作的管家和自动维护程序,主要控制工业机器人的关节运动,例如摆臂、屈膝等等动作。分散控制系统主要工作是将核心控制系统划分为不同的模块,同时为其分配不同的任务,实现各个模块之间工作的协调统一。分散系统中不同控制对象和设备之间的信息交互主要通过互联网实现,因此其实时性较好,可扩展性较强。工业机器人的核心控制器是有效保证其按照指令完成作业的关键构件,是保障其正常工作的关键。核心控制器可以与计算机、互联网之间进行网络通信,使得工业机器人在作业过程中可以实现多功能操作,有效提高机器人的工作效率。核心控制器对于工业机器人的控制主要有并行控制和串行控制,因此在工作过程中可以实现人机高效合作。智能编码器则主要有直线型、旋转式、增量式、绝对式4种类型,主要作用是对检测控制对象的位置信息并实施控制。不同类型的编码器有各自的特点,例如,旋转式编码器由发射器、码盘、检测组织等元件构成,发射器指的是光源,码盘指的是光栅盘,而检测组织指的是电路板。绝对式编码器主要通过刻线码道来运行,刻线编码过程中依照2线、4线、8线、16线的次序方式进行,读码方式为二进制代码的方式,因此,光码盘机械位置编码一般不易受到外界电信号的干扰。增量式编码器的结构较为简单、成本较低、精准度较高。

2 工业机器人技术在电气控制中的应用分析

2.1 电气控制方面

电气设备的控制依赖于较强的专业和技术,在电气领域占据举足轻重的地位,是该领域研究的热点和重点。随着各领域技术的智能化以及自动化的发展,电气领域自动化技术在设备中的应用成为工业生产过程中的关键,自动化设备的研究和应用对于推动电气领域的发展具有至关重要的作用。在计算机技术、物联网技术、自动化和智能化技术不断发展的背景下,电气控制也在不断向着智能化方向发展,实现电气设备的自动化和智能化控制,保证其运行的最佳状态,对于提高其工作质量和工作效率、降低劳动成本、提高经济效益具有重要意义。

2.2 电气日常操作

电气设备日常操作中如果发生意外事故,势必会对工业生产的效率带来影响,更严重的还会导致危险事故的发生,威胁生命财产安全。电气自动化技术的应用不仅可以避免人工操作意外的发生,实现对电气设备的自动化管理,还可以减少成本,节省人力物力。而对于更为复杂的电气设备系统,工业机器人技术的应用,使得电气设备的日常操作流程更加简单化,在操作过程中应用简单的工具,例如鼠标等,即可实现对电气设备开关等构件的控制。另外,在应用过程中,还可以根据实际的生产需求对设备的励磁电流进行合理调整。工业机器人的控制系统可以在电气日常操作中收集电气设备运行的状态信息,为电气设备的日常管理提供支持,便于操作人员根据其所反馈的数据信息及时进行设备调整,提高电气设备工作效率。

2.3 故障诊断方面

由于外界环境因素或者人为因素的干扰,电气设备在日常运行过程中难免会发生异常变化,故障现象呈现出多样性,人工故障诊断和定位势必要消耗较长的时间,使整个电气系统难以正常工作,造成严重的经济损失。为了解决人工故障诊断和定位耗时长的问题,应用工业机器人技术,可以改变传统的依赖于人的感官来感知电气设备异常的诊断方法,通过工业机器人技术实时收集、分析、存储设备在运行过程中所产生的数据信息,例如电气设备的电压、电流、功率、温度等运行参数,进一步根据异常参数信息确定电气设备的故障类型和发生故障的位置。工业机器人技术的应用简化了电气设备故障诊断的流程,也为故障定位提供了更为准确、可靠的信息。

2.4 电气设备应用

在电气设备的实际设计过程中,为了满足电气设备自动化技术的实现,要根据设备的实际需要,结合工业机器人的技术特点,进一步确定其设计重点和方向。一般来说,电气设备的系统都较为复杂,涉及机械控制、设备管理、传感器与检测等多门学科技术,因此在设计过程中可以利用计算机进行算法的设置,模拟计算电气设备系统运行中的各种参数,进一步优化控制系统,保障电气设备高效运行。工业机器人技术的应用可以对电气设备进行实时的监测,及时掌握设备运行状态信息,一旦运行异常便会主动切断电气设备开关,并发出警报,保障电气设备的安全稳定运行,减少不必要的经济损失。

2.5 应用实例分析

在汽车生产的焊接工作中,人工作业由于要考虑物料重量的问题,需要消耗大量人力物力,工业机器人可以承载人所不能承受的重力,快速完成焊接工作,减少不必要的人力消耗,促进汽车生产工作的安全、迅速完成。面对烦琐的装配任务,工业机器人可以利用其自身的传感设备,精确感知对象,并做出精确判断,保证装配工作顺利、高效完成。在材料的搬运过程中,尤其是对于过重材料的搬运,人工作业完成难度较大,工业机器人则可以减轻人工作业难度,完成码垛、上下垛、抓取零件和卸货等定向操作。综上可知工业机器人技术在电气设备控制领域的应用发挥着举足轻重的作用,有助于高效、快速完成生产等重要工作。

3 结语

工业机器人的工作效率较高、应用安全稳定、生产精度高、操作失误率低,因此在各领域产业转型升级过程中发挥着至关重要的作用。目前,工业机器人技术已经在各领域都得到了较为广泛的应用。电气控制领域中工业机器人的应用可以实现对电气设备日常操作、故障诊断定位等流程的简化等,不仅有效提高生产效率,促进电气控制领域的智能化、自动化发展,还有助于经济效益的增长,提高产业的核心竞争力。当然,目前工业机器人技术的应用还不够成熟,还需要设计者和研究者不断地进行完善。