电气工程自动化下的产业机器人设计

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摘要：在各个产业不断升级发展的背景下，自动化以及智能化的工业生产模式受到社会各界的广泛关注，且在电气自动化技术的支持下，行业的生产设备不断更新，生产效率不断提升，并逐渐投入了大量的产业机器人。我国当前整体的机器人产业发展水平相对较好，但是与发达国家相比，在机器人自动化以及智能化水平方面还有待提高。而对于产业机器人的功能完善度以及应用质量而言，电气自动化技术是重要依托。文章在分析产业机器人的设计活动时，从电气工程自动化视角出发，分析了电气工程自动化技术在产业机器人运行过程中的应用，并深入分析了电气工程自动化视角下产业机器人的设计要点。

关键词：电气工程自动化；产业机器人；设计要点

国家近些年推出智能战略计划，产业机器人由此应运而生。我国部分地区积极出台相应文件以支持机器人产业发展。上海曾出台《上海市高端装备制造业“十二五”发展规划》，指出要重点发展产业机器人，将其投用到包装、焊接、装配、喷涂、搬运等生产环节中，同时关注研发机器人的核心部件，包括电机、驱动器、控制器、传感器、网络控制系统等。此外，包括广东、杭州、北京等地都陆续出台相关政策，明确了产业机器人的发展方向。电气工程自动化与产业机器人的结合已经成为必然趋势，而如何将电气工程自动化技术与产业机器人的设计活动以及应用环节有机融合在一起，则成为当前发展产业机器人需研究的关键课题。

1产业机器人中的电气工程自动化技术

1.1新生代电气自动化技术

电气自动化技术是近些年兴起且发展迅速的新型技术之一，且在电气自动化技术不断升级应用的过程中，信息技术也在不断发展，由此不断催生出各种新型的电气自动化技术，包括高精度运动控制、模块化与嵌入式控制系统设计、高可靠性实时通信网络、复杂设施设备系统仿真技术等。将其应用到产业机器人领域，则能够满足不同产业的实际需求。面对更高的控制精度要求以及更加简化与智能化的控制流程要求，在应用电气自动化技术时，要注重对产业机器人的核心部件与电气自动化技术连接在一起，包括伺服电机、控制器等，同时要注重对服务型机器人的研发，确保产业机器人整体发展水平较高。

1.2PLC控制系统

在电气自动化控制技术中，PLC控制系统是标志性的自动化控制技术的集合控制形式，PLC又称为可编程逻辑控制器，与工业生产环境有较高的适应性，在数字运算操作电子系统的支持下，能够更加可靠与高效的开展工作，且能够更加快速的进行编程。和计算机类似，PLC控制系统中主要包括中央处理器、存储器、外部设备接口等组件，工作流程则为采样、用户程序执行和输出刷新。在PLC系统的支持下，可以帮助产业机器人在实际的运作过程中实现对机器人的点位控制、智能控制、力矩控制和轨迹连续控制。PLC控制系统要加强与产业机器人控制器之间的连接，要形成智能化的控制路径，以提高机器人的环境适应能力和学习能力，并确保产业机器人能够稳定、高效的完成工作。

1.3机械零件拼接、驱动与程序编排技术

在对产业机器人进行设计时，电气工程自动化技术的一个主要功能在于对机器人的零部件进行组装设计。设计人员要借助电气自动化技术对组装的零件设备进行质量检测，并对相应的信息数据进行处理，并实时反馈零部件信息，确保不出现偏差。在完成初步的拼接工作后，设计人员要借助电气自动化技术对零部件进行驱动检测，要依托于计算机系统中的驱动装置设定运行信号，判断机器人根据信号工作的能力。最后则要进行机器人操作程序的编排，要搭建中心监控与操控系统，实时调整机器人的运行状态。此外，还要注重加强机器人和云服务器之间的连接，提高产业机器人处理多种环境的能力，确保产业机器人的自动化以及智能化操作水平高。

2提高电气工程自动化背景下产业机器人设计水平的具体措施

2.1搭建行业开放式资源平台

机器人行业的发展规模在不断扩大，针对产业机器人的发展，设计人员要关注搭建行业开放式资源共享平台，要以行业协会、学会以及产业联盟为基石，对上述第三方机构加强协调，搭建交流平台，拓宽产业机器人的开发渠道和技术研究渠道，真正的推动机器人行业在产品、人才、资源、技术等方面的流动。各个省市可以举办机器人竞赛和挑战赛等，激发爱好者的兴趣，并提供可交流经验的竞技平台，以储备产业发展人才，形成科学的产业发展格局。

2.2科学进行硬件和软件系统设计

2.2.1硬件系统设计对产业机器人进行设计，设计人员基于生产要求应对伺服电机进行科学选择，考虑到便于维护和易于实现智能化这两个要求，应选用直流伺服电机。直流伺服电机的精度由电机后端编码器控制，能够更加低速和平稳的运行，具有较强的过载能力。DSP传输控制信号，电机执行，并由闭环控制进行精准定位，在电机编码器反馈信号采样的基础上，驱动器可以快速响应。其次，要合理的选用和设计控制器，控制器中应包括单片微控制器、DSP数字信号处理器、PLC可编程逻辑控制器、工业控制计算机等，同时要在电气自动化技术的支持下使用控制算法，形成控制信号后可对控制对象进行精准控制。设计人员要根据产业机器人的自身特点以及产业生产的实际要求，科学的选择DSP控制器。对继电器进行设计，要从操作安全性以及抗干扰性、灵敏度等方面进行把控，可选择固态继电器，其组成部分包括分离电子器和微电子电路等。可以将控制信号输送到输入端，从而有效控制大电流负载驱动。

2.2.2软件系统设计在设计产业机器人的过程中，要将产业机器人的软件设计作为要点之一。设计人员要从上层开发环节、驱动程序以及底层控制程序三个方面进行科学设计。上层开发设计的目的在于提供测试控制器，基于此，用户可以在满足控制要求的软件平台上进行操作。在开发驱动时，则要考虑到控制器的抗干扰性，要从提高在不同网络下的适应性角度出发进行设计。在进行底层设计时，设计人员则要以伺服驱动的运动功能为基础，并借助C语言进行编程开发，为整个控制系统提供可靠支撑。设计人员要依托于传感器的状态值自动切换无刷电机和电路电压，并且可以借助相关算法提高对电机位置以及电机速度的控制精度。在电气自动化技术和PLC控制系统的帮助下，可以实现对产业机器人运行过程中可能出现的软件故障的监测和诊断，主要包括CAN的通信故障和功率器件的过载故障等。设计人员应选用更加高效的C编译器，提高兼容性，同时要借助CCS推出的软件集成开发技术，更加科学的开展设计工作。

2.3精准执行焊接机器人功能调试操作

在完成产业机器人的基础设计工作之后，设计人员要对设计完成的产业机器人进行功能调试。首先要检查伺服电机的运动极性，要依次施加小电流和大电流。在完成极性检查之后，设计人员要对机器人的关节活动情况进行检查，要确保产业机器人的各个关节能够根据预定的程序灵活的进行运动。在调试产业机器人的关节时，要对基本轴进行预先调试，接着要对机器人的腕部轴进行调试，确保机器人能够正常的完成上臂带手腕回转、机器人手腕上下运动以及机器人手臂回转操作。

2.4全面优化设计细节

从提高产业机器人工作效率和工作质量的角度出发，设计人员要结合设计要求对设计细节进行优化。要借助电气自动化技术和操作平台对已经完成设计的产业机器人进行试运行，并找出基础结构中可优化设计的细节。以采茶机器人的优化设计为例，设计人员可以将机械结构改为悬臂梁式，即对传统的Z轴改为与Y轴平行的结构改变成左Y轴与右Y轴相互独立的结构，并将左Z轴与右Z轴设置在两Y轴上。在进行滑台设计时，则要从有效控制三轴运行的角度出发进行设计，实现对有效运行行程、长度、最大速度以及重复定位精度等参数的控制。设计采摘爪手时，设计人员要提高其自动化和智能化程度，要使用推拉式电磁铁，电磁吸力可以帮助制动，同时弹簧弹力可以帮助归位，此外，在微型轴承的作用下，固定销、转动铰链间可以实现高效配合，从而提高作业效率。基于此，设计人员在进行产业机器人设计时，必须依托于产业生产的实践要求，对产业机器人的结构细节进行优化，确保结构简单、稳定且易于操作。

3结束语

产业机器人的应用已经成为一种必然发展趋势，对于提高产业生产以及经营水平有重要的推动作用，而提高产业机器人的自动化以及智能化水平，成为决定机器人产业助推功能能够发挥的关键。基于此，产业机器人的设计和运用人员要依托于电气工程自动化技术的发展背景，了解产业机器人的发展要求，并有机的将电气工程自动化技术融入其中。具体应关注搭建产业发展资源共享平台，科学设计系统，做好功能调试，同时要关注对设计细节的全面优化，以真正发挥出电气自动化技术的应用价值，促进产业机器人功能的完善，并最终提高产业机器人的现代优化运作水平。

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作者：王雅 单位：广州数控设备有限公司