摘 要 工業(yè)機(jī)器人指工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一種多關(guān)節(jié)機(jī)械手或者是擁有多個(gè)自由度的機(jī)器裝置，它主要通過(guò)自身動(dòng)力以及相關(guān)的電氣控制來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能運(yùn)動(dòng)�，F(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人擁有可編輯、擬人化、通用性等相關(guān)特點(diǎn)，同時(shí)隨著PLC電氣控制系統(tǒng)的引入和發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人得到了更高的發(fā)展，廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、電力工程、醫(yī)藥、冶煉、物流等行業(yè)。
關(guān)鍵詞 機(jī)械機(jī)構(gòu);PLC;工業(yè)過(guò)程;設(shè)計(jì)分析
1 工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介
工業(yè)機(jī)器人主要由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)組成，工業(yè)機(jī)器人主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成，一般機(jī)器人擁有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，以用來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。控制系統(tǒng)是對(duì)驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出和控制指令的系統(tǒng)。
常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械人類型包含：直角坐標(biāo)機(jī)器人、SCARA機(jī)器人、Delta機(jī)器人、4自由度標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人以及6自由度標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人等。他們主要用于機(jī)器焊接、物品搬運(yùn)、涂膠、噴漆以及切割測(cè)量等。機(jī)器人的主要由機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、示教盒、軟件系統(tǒng)等組成，其技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)如下表[1]：
2 機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
機(jī)器人的電氣控制系統(tǒng)主要由上位計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成。計(jì)算機(jī)一般采用微型機(jī)或者微處理器構(gòu)成的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。示教盒是機(jī)器人工作軌跡和參數(shù)設(shè)定及人機(jī)交換操作平臺(tái)，其擁有自己獨(dú)立的CPU處理中心和儲(chǔ)存單元，同時(shí)與主計(jì)算機(jī)串行通信以實(shí)現(xiàn)信息交互。
電動(dòng)機(jī)一般采用進(jìn)步電機(jī)、直流伺服電機(jī)或者交流伺服電機(jī)，進(jìn)步電機(jī)是一種可以將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或者直線位移的執(zhí)行元件。其擁有3%～5%的步距角精度，外表允許80～90度的高溫，力矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速升高而降低。擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。直流伺服電機(jī)具有高優(yōu)性的啟動(dòng)、制動(dòng)的特性，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)迅速、控制功率耗損小的優(yōu)點(diǎn)。交流伺服電機(jī)連續(xù)工作范圍大，機(jī)械特性比較硬，同時(shí)因?yàn)闊o(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，維護(hù)保養(yǎng)要求低，同功率下較直流電機(jī)體積和重量更小[2]。
3 控制系統(tǒng)分類
3.1 集中控制系統(tǒng)
集中控制系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)全部控制功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要的特點(diǎn)是可以充分利用PC資源的開(kāi)放性，因此具有多種控制卡、可通過(guò)PCI插槽及標(biāo)準(zhǔn)串口、并口集成控制系統(tǒng)的開(kāi)放性。同時(shí)該系統(tǒng)便于信息采集和分析，其整體和協(xié)調(diào)性較好，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展較為方便。但其缺點(diǎn)是控制較為集中，出現(xiàn)問(wèn)題影響范圍廣，缺乏相應(yīng)的靈活性。
3.2 主從控制系統(tǒng)
主從控制系統(tǒng)主要通過(guò)主、從兩級(jí)的處理器進(jìn)行全部功能的控制，其主系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成以及系統(tǒng)診斷等功能;而從系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的關(guān)節(jié)動(dòng)作的控制。主從系統(tǒng)的控制主要特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性較好，廣泛適用于高精度和高速度系統(tǒng)的控制使用。
3.3 分散控制系統(tǒng)
分散控制系統(tǒng)主要是將系統(tǒng)分為幾個(gè)模塊，每一模塊控制不同的任務(wù)和策略，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目標(biāo)及任務(wù)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配，同時(shí)通過(guò)子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)完成控制，在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中因?yàn)樽酉到y(tǒng)是由控制器和不同被控制對(duì)象或設(shè)備構(gòu)成，各個(gè)子系統(tǒng)間通訊主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)系。其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。
4 機(jī)器人控制器
工業(yè)機(jī)器人控制器是影響機(jī)器人性能的關(guān)鍵部件，是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置，決定著機(jī)器人的性能優(yōu)勢(shì)�？刂破骺蛇M(jìn)行多個(gè)任務(wù)操作，可具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，生產(chǎn)效率更加高。其具有多任務(wù)功能、網(wǎng)絡(luò)功能、豐富的網(wǎng)絡(luò)通信功能。機(jī)器人的控制可分為串行、并行兩種結(jié)構(gòu)類型，串行處理結(jié)構(gòu)主要指控制算法采用串行機(jī)來(lái)進(jìn)行處理。并行處理結(jié)構(gòu)將控制算法并行處理�？刂破鞯南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)發(fā)展同時(shí)也朝著開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、合理模塊化設(shè)計(jì)、高效任務(wù)劃分方向進(jìn)行發(fā)展。同時(shí)也朝著實(shí)時(shí)性、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信、直觀人機(jī)接口方向進(jìn)行展望。
5 編碼器
編碼器是用來(lái)對(duì)控制對(duì)象的實(shí)際位置檢測(cè)的傳感器，是構(gòu)成控制系統(tǒng)的必要元件。編碼器按照不同的形式可分為直線型、旋轉(zhuǎn)型編碼器和增量式、絕對(duì)式編碼器，四種類型。
旋轉(zhuǎn)光電編碼器主要由發(fā)射部分、碼盤以及檢測(cè)部分組成，發(fā)射部分即光源;碼盤為光柵盤在一定直徑的圓板上按照一定的編碼形成的開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔;檢測(cè)部分處理檢測(cè)信號(hào)的電路板。
絕對(duì)編碼器是通過(guò)刻線碼道，每條碼道依次以2線、4線、8線、16線進(jìn)行刻線編碼，在編碼器的每一個(gè)位置通過(guò)讀取每道刻線的通、暗，進(jìn)而獲得從2的零次方到2的n-1次方的唯一二進(jìn)制代碼，這樣就形成不受停電干擾的由光電碼盤機(jī)械位置位置編碼。
增量編碼器具有精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的特點(diǎn)，可是實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)量，其廣泛適合測(cè)角，也可以適合測(cè)速。但其缺點(diǎn)是在脈沖傳輸中易干擾產(chǎn)生累積誤差。
6 結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)械人中的電氣控制系統(tǒng)詳述，簡(jiǎn)要的分析了電氣控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用設(shè)計(jì)。電氣控制系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)直接數(shù)字控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、集散控制系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸形成了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造和生產(chǎn)管理的智能化生產(chǎn)的完整系統(tǒng)，將自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)推進(jìn)到更高的水平。后續(xù)隨著微電子技術(shù)、電子電力技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)的發(fā)展，電氣控制技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 湯濤.現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：22.
[2] 張秋，周波.機(jī)械設(shè)備的邏輯控制設(shè)計(jì)分析應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：33.
