王濤

摘 要：隨著網(wǎng)絡(luò)時代的發(fā)展，我國機(jī)器人的設(shè)計和研究工作起步較晚，因而整體的創(chuàng)新技術(shù)水平還處于比較落后的地步，但是隨著現(xiàn)如今機(jī)器人設(shè)計和研究領(lǐng)域的逐漸發(fā)展，我國這方面的技術(shù)還有很大的晉升空間。機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展，促使眾多高校不斷開展一些關(guān)于機(jī)器人的研究工作，國內(nèi)外也越來越重視機(jī)器人的交流和展示，針對機(jī)器人而進(jìn)行的各項比賽也逐漸增多。

關(guān)鍵詞：電氣工程;自動化;產(chǎn)業(yè)機(jī)器人設(shè)計

引 言

機(jī)器人的不斷研究創(chuàng)造是時代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，是為了滿足人們更多需要而必然要進(jìn)行的一項科學(xué)研究。目前，國外很多國家在機(jī)器人設(shè)計領(lǐng)域已有很多成功例子，其機(jī)器人具備的技術(shù)是當(dāng)前我國技術(shù)無法比擬的。但是，時下我國很多高校開展機(jī)器人設(shè)計研究以及社會上的機(jī)器人比賽活動等，讓越來越多的人對機(jī)器人設(shè)計有更多的認(rèn)識，給機(jī)器人設(shè)計的不斷創(chuàng)新創(chuàng)造了一個良好的環(huán)境。電氣工程及其自動化技術(shù)能夠給機(jī)器人設(shè)計提供一個良好的技術(shù)支持。本文主要分析機(jī)器人設(shè)計中的自動化技術(shù)應(yīng)用情況，旨在讓我國的機(jī)器人設(shè)計快速跟上國際先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造出具有世界領(lǐng)先水平的機(jī)器人。

一、對機(jī)器人的相關(guān)概述

機(jī)器人，是科技不斷發(fā)展和人類文明不斷發(fā)展的產(chǎn)物，機(jī)器人的設(shè)計以及研發(fā)實際上是時代發(fā)展的必然產(chǎn)物，也能夠從很大程度上證明機(jī)器人的創(chuàng)造是能夠滿足人們生產(chǎn)以及生活利益的。因此，機(jī)器人的創(chuàng)造以及研發(fā)是一項必要的科學(xué)研究項目?，F(xiàn)如今國外有很多機(jī)器人創(chuàng)造成功的實例，在創(chuàng)造過程中他們所使用的先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)是我國無法比擬的，但是隨著我國科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)如今有很多的高端設(shè)計研究方式正在投入應(yīng)用，對機(jī)器人的新的認(rèn)識也為今后機(jī)器人的設(shè)計提供很優(yōu)越的條件。機(jī)器人正在朝著高度的人性化方向發(fā)展，通過機(jī)器人內(nèi)部裝備設(shè)計的不斷更新而讓機(jī)器人擁有一定的思維，從而能夠自動的操作，進(jìn)行工作。那么目前的機(jī)器人發(fā)展不再是簡單地由機(jī)械設(shè)備組成，而是模仿人類思維與模樣接近的具有人類相同思維的產(chǎn)物。

二、電氣工程自動化視角下的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人設(shè)計

（一）新生代電氣自動化技術(shù)。電氣自動化技術(shù)是近些年興起且發(fā)展迅速的新型技術(shù)之一，且在電氣自動化技術(shù)不斷升級應(yīng)用的過程中，信息技術(shù)也在不斷發(fā)展，由此不斷催生出各種新型的電氣自動化技術(shù)，包括高精度運動控制、模塊化與嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計、高可靠性實時通信網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)仿真技術(shù)等。將其應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，則能夠滿足不同產(chǎn)業(yè)的實際需求。面對更高的控制精度要求以及更加簡化與智能化的控制流程要求，在應(yīng)用電氣自動化技術(shù)時，要注重對產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的核心部件與電氣自動化技術(shù)連接在一起，包括伺服電機(jī)、控制器等，同時要注重對服務(wù)型機(jī)器人的研發(fā)，確保產(chǎn)業(yè)機(jī)器人整體發(fā)展水平較高。

（二）提高機(jī)器人工作的精度?，F(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)器人能夠進(jìn)行相關(guān)信息的分析工作，從而能夠有效代替人類進(jìn)行相關(guān)對象的識別工作，同時還能夠及時地將這些識別信息進(jìn)行反饋，對于提高機(jī)器人工作的精度具有重要意義。機(jī)器人的組裝只是機(jī)器人能夠正常投入使用的一個前提，想要機(jī)器人真正自如地進(jìn)行工作，需要在其內(nèi)部安裝一定的驅(qū)動裝置，利用計算機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動設(shè)備，能夠在機(jī)器人的內(nèi)部設(shè)置一些指定信號，當(dāng)機(jī)器人接收到之后，就能夠進(jìn)行下一步的工作。除了少量機(jī)器人能夠根據(jù)已經(jīng)事先編排好的程序自動動作之外，大部分的還需要人為進(jìn)行操作。因而將電氣工程及其自動化有效應(yīng)用到其中，能夠起到良好的作用和效果。電氣工程及其自動化自身的優(yōu)勢和功能較多，能夠為機(jī)器人的設(shè)計工作提供重要的參考和輔助作用。

（三）機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)掌握。裝置、拼接、驅(qū)動之后的機(jī)器人都需要經(jīng)過自身的程序編排才可以投入最后的自動動作控制中，但是大多數(shù)的機(jī)器人還都是由人工進(jìn)行操作，人工操作不僅降低了效率，也沒有從根本上讓機(jī)器人發(fā)揮職能，所以對機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)掌握是很有必要的。當(dāng)前機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)主要就是集中式的，也就是說通過一個中心監(jiān)控裝置對所有的機(jī)器人進(jìn)行整體控制，其中這個中心裝置是一臺計算機(jī)。這也就證明電氣工程及其自動化技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計過程中也參與了監(jiān)控系統(tǒng)，通過微機(jī)這個中心裝置，對所有的機(jī)器人進(jìn)行整體控制，所以將自動技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，也可以對機(jī)器人實現(xiàn)控制工作。

（四）PLC控制系統(tǒng)。在電氣自動化控制技術(shù)中，PLC控制系統(tǒng)是標(biāo)志性的自動化控制技術(shù)的集合控制形式，PLC又稱為可編程邏輯控制器，與工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有較高的適應(yīng)性，在數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的支持下，能夠更加可靠與高效的開展工作，且能夠更加快速的進(jìn)行編程。和計算機(jī)類似，PLC控制系統(tǒng)中主要包括中央處理器、存儲器、外部設(shè)備接口等組件，工作流程則為采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。在PLC系統(tǒng)的支持下，可以幫助產(chǎn)業(yè)機(jī)器人在實際的運作過程中實現(xiàn)對機(jī)器人的點位控制、智能控制、力矩控制和軌跡連續(xù)控制。PLC控制系統(tǒng)要加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)機(jī)器人控制器之間的連接，要形成智能化的控制路徑，以提高機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力和學(xué)習(xí)能力，并確保產(chǎn)業(yè)機(jī)器人能夠穩(wěn)定、高效的完成工作。

（五）硬件系統(tǒng)設(shè)計。對產(chǎn)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計人員基于生產(chǎn)要求應(yīng)對伺服電機(jī)進(jìn)行科學(xué)選擇，考慮到便于維護(hù)和易于實現(xiàn)智能化這兩個要求，應(yīng)選用直流伺服電機(jī)。直流伺服電機(jī)的精度由電機(jī)后端編碼器控制，能夠更加低速和平穩(wěn)的運行，具有較強(qiáng)的過載能力。DSP傳輸控制信號，電機(jī)執(zhí)行，并由閉環(huán)控制進(jìn)行精準(zhǔn)定位，在電機(jī)編碼器反饋信號采樣的基礎(chǔ)上，驅(qū)動器可以快速響應(yīng)。其次，要合理的選用和設(shè)計控制器，控制器中應(yīng)包括單片微控制器、DSP數(shù)字信號處理器、PLC可編程邏輯控制器、工業(yè)控制計算機(jī)等，同時要在電氣自動化技術(shù)的支持下使用控制算法，形成控制信號后可對控制對象進(jìn)行精準(zhǔn)控制。設(shè)計人員要根據(jù)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的自身特點以及產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實際要求，科學(xué)的選擇DSP控制器。對繼電器進(jìn)行設(shè)計，要從操作安全性以及抗干擾性、靈敏度等方面進(jìn)行把控，可選擇固態(tài)繼電器，其組成部分包括分離電子器和微電子電路等?？梢詫⒖刂菩盘栞斔偷捷斎攵?，從而有效控制大電流負(fù)載驅(qū)動。

（六）全面優(yōu)化設(shè)計細(xì)節(jié)。從提高產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工作效率和工作質(zhì)量的角度出發(fā)，設(shè)計人員要結(jié)合設(shè)計要求對設(shè)計細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。要借助電氣自動化技術(shù)和操作平臺對已經(jīng)完成設(shè)計的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行試運行，并找出基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中可優(yōu)化設(shè)計的細(xì)節(jié)。以采茶機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計為例，設(shè)計人員可以將機(jī)械結(jié)構(gòu)改為懸臂梁式，即對傳統(tǒng)的Z軸改為與Y軸平行的結(jié)構(gòu)改變成左Y軸與右Y軸相互獨立的結(jié)構(gòu)，并將左Z軸與右Z軸設(shè)置在兩Y軸上。在進(jìn)行滑臺設(shè)計時，則要從有效控制三軸運行的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)對有效運行行程、長度、最大速度以及重復(fù)定位精度等參數(shù)的控制。設(shè)計采摘爪手時，設(shè)計人員要提高其自動化和智能化程度，要使用推拉式電磁鐵，電磁吸力可以幫助制動，同時彈簧彈力可以幫助歸位，此外，在微型軸承的作用下，固定銷、轉(zhuǎn)動鉸鏈間可以實現(xiàn)高效配合，從而提高作業(yè)效率。

結(jié) 語

在機(jī)器人設(shè)計中加入電氣工程及其自動化專業(yè)技術(shù)能夠使機(jī)器人設(shè)計更加順利，其擁有的功能會相對比較多且符合現(xiàn)代的技術(shù)水平。但，同樣的，機(jī)器人設(shè)計是一個比較復(fù)雜的研究工程，其中涉及到的技術(shù)類型多樣，僅僅依靠電氣工程機(jī)器自動化專業(yè)技術(shù)根本無法滿足人類對高度人性化機(jī)器人的要求。因此，只有不斷的研究多種技術(shù)，才能使機(jī)器人真正成為人類工作和生活的好助手。

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