电气工程自动化视角下的产业机器人设计

王涛

摘 要：随着网络时代的发展，我国机器人的设计和研究工作起步较晚，因而整体的创新技术水平还处于比较落后的地步，但是随着现如今机器人设计和研究领域的逐渐发展，我国这方面的技术还有很大的晋升空间。机器人的应用和发展，促使众多高校不断开展一些关于机器人的研究工作，国内外也越来越重视机器人的交流和展示，针对机器人而进行的各项比赛也逐渐增多。

关键词：电气工程;自动化;产业机器人设计

引 言

机器人的不断研究创造是时代经济发展的必然，是为了满足人们更多需要而必然要进行的一项科学研究。目前，国外很多国家在机器人设计领域已有很多成功例子，其机器人具备的技术是当前我国技术无法比拟的。但是，时下我国很多高校开展机器人设计研究以及社会上的机器人比赛活动等，让越来越多的人对机器人设计有更多的认识，给机器人设计的不断创新创造了一个良好的环境。电气工程及其自动化技术能够给机器人设计提供一个良好的技术支持。本文主要分析机器人设计中的自动化技术应用情况，旨在让我国的机器人设计快速跟上国际先进技术，创造出具有世界领先水平的机器人。

一、对机器人的相关概述

机器人，是科技不断发展和人类文明不断发展的产物，机器人的设计以及研发实际上是时代发展的必然产物，也能够从很大程度上证明机器人的创造是能够满足人们生产以及生活利益的。因此，机器人的创造以及研发是一项必要的科学研究项目。现如今国外有很多机器人创造成功的实例，在创造过程中他们所使用的先进的设计技术是我国无法比拟的，但是随着我国科技的不断发展与进步，现如今有很多的高端设计研究方式正在投入应用，对机器人的新的认识也为今后机器人的设计提供很优越的条件。机器人正在朝着高度的人性化方向发展，通过机器人内部装备设计的不断更新而让机器人拥有一定的思维，从而能够自动的操作，进行工作。那么目前的机器人发展不再是简单地由机械设备组成，而是模仿人类思维与模样接近的具有人类相同思维的产物。

二、电气工程自动化视角下的产业机器人设计

（一）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。

（二）提高机器人工作的精度。现代先进的机器人能够进行相关信息的分析工作，从而能够有效代替人类进行相关对象的识别工作，同时还能够及时地将这些识别信息进行反馈，对于提高机器人工作的精度具有重要意义。机器人的组装只是机器人能够正常投入使用的一个前提，想要机器人真正自如地进行工作，需要在其内部安装一定的驱动装置，利用计算机系统中的驱动设备，能够在机器人的内部设置一些指定信号，当机器人接收到之后，就能够进行下一步的工作。除了少量机器人能够根据已经事先编排好的程序自动动作之外，大部分的还需要人为进行操作。因而将电气工程及其自动化有效应用到其中，能够起到良好的作用和效果。电气工程及其自动化自身的优势和功能较多，能够为机器人的设计工作提供重要的参考和辅助作用。

（三）机器人的监控系统掌握。装置、拼接、驱动之后的机器人都需要经过自身的程序编排才可以投入最后的自动动作控制中，但是大多数的机器人还都是由人工进行操作，人工操作不仅降低了效率，也没有从根本上让机器人发挥职能，所以对机器人的监控系统掌握是很有必要的。当前机器人的监控系统主要就是集中式的，也就是说通过一个中心监控装置对所有的机器人进行整体控制，其中这个中心装置是一台计算机。这也就证明电气工程及其自动化技术在机器人设计过程中也参与了监控系统，通过微机这个中心装置，对所有的机器人进行整体控制，所以将自动技术应用到机器人的结构当中，也可以对机器人实现控制工作。

（四）PLC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過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。

（五）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。

（六）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。

结 语

在机器人设计中加入电气工程及其自动化专业技术能够使机器人设计更加顺利，其拥有的功能会相对比较多且符合现代的技术水平。但，同样的，机器人设计是一个比较复杂的研究工程，其中涉及到的技术类型多样，仅仅依靠电气工程机器自动化专业技术根本无法满足人类对高度人性化机器人的要求。因此，只有不断的研究多种技术，才能使机器人真正成为人类工作和生活的好助手。

参考文献

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