楊懷忠 韓孝軍

（1.陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719319 ；2.北京匯研中科科技發(fā)展有限公司，北京 100041）

0 引言

在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用產(chǎn)業(yè)不斷成熟和升級(jí)的條件下，機(jī)器人（尤其是服務(wù)型機(jī)器人）是能輔助人類或設(shè)備完成許多任務(wù)的重要設(shè)備。機(jī)器人是現(xiàn)代自動(dòng)化和智能化的重要象征，應(yīng)用機(jī)器自動(dòng)化以及人工智能技術(shù)能夠達(dá)到機(jī)器人服務(wù)人類和服務(wù)社會(huì)的基本目的。對(duì)現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際發(fā)展速度和智能制造技術(shù)在先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)中已然成為衡量生產(chǎn)制造水平的關(guān)鍵，成為衡量國(guó)家制造業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)程度的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國(guó)正處于高速度發(fā)展經(jīng)濟(jì)向高質(zhì)量發(fā)展經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要時(shí)期，以工業(yè)機(jī)器人為主體的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展是降低我國(guó)產(chǎn)業(yè)成本、打破環(huán)境制約壁壘的重要路徑。在該背景下，該文對(duì)某種基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)的探討研究也就具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 設(shè)計(jì)背景

在工業(yè)2.0和新興工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，工業(yè)化生產(chǎn)得到了迅猛發(fā)展，隨之而來(lái)的是對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)工藝流程和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、智能化以及高度機(jī)械化的發(fā)展需要，企業(yè)在該過(guò)程中秉持縮短加工節(jié)拍、節(jié)省人力成本以及提高生產(chǎn)效率等基本追求，解決在企業(yè)正常發(fā)展或經(jīng)營(yíng)過(guò)程中人員流動(dòng)給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的不良影響，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。在該條件下，基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)能夠適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)需要和工藝流程需要，由此設(shè)計(jì)智能機(jī)器人體系，選擇先進(jìn)的生產(chǎn)組織機(jī)構(gòu)，借助十字工作臺(tái)和檢測(cè)機(jī)器人之間的協(xié)同互動(dòng)與互聯(lián)溝通完成EMC測(cè)試，從而使基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的整個(gè)工藝流程皆為自動(dòng)化操作和智能化管控，通過(guò)位移傳感器精確定位被測(cè)量的具體點(diǎn)位，借助自動(dòng)化測(cè)量手段高效地實(shí)現(xiàn)精確測(cè)試的目標(biāo)，為最大限度地降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 設(shè)計(jì)原則與目標(biāo)

在對(duì)基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)該項(xiàng)目的未來(lái)發(fā)展需要和實(shí)際市場(chǎng)需求，結(jié)合國(guó)家及地方政府關(guān)于智能機(jī)器人測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，對(duì)該文所提出的基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行梳理，該機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要遵循合法性、可靠性與安全性并存、節(jié)能環(huán)保、先進(jìn)性和互換性并存、實(shí)用性和實(shí)時(shí)性并存、經(jīng)濟(jì)性與開(kāi)放性并存以及提高監(jiān)管力度與綜合管理水平等基本原則[1]。合法性原則是指整個(gè)基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)須符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)法律法規(guī)，符合國(guó)家關(guān)于消防管理?xiàng)l例和消防管理標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)條款，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的各項(xiàng)強(qiáng)制性認(rèn)證過(guò)程和條款來(lái)執(zhí)行?？煽啃院桶踩允侵附栌矛F(xiàn)階段國(guó)際上成熟、安全、平穩(wěn)且可靠的控制技術(shù)與控制設(shè)備，在EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，保證該機(jī)器人系統(tǒng)能在出現(xiàn)系統(tǒng)故障或出現(xiàn)外界環(huán)境事故后，連接數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性得到保障，并具備快速恢復(fù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本功能，保證該機(jī)器人系統(tǒng)能夠具備完善的管理策略且安全、有效地運(yùn)行，整個(gè)針對(duì)EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

3 整體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃

基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)需要在完成建設(shè)后，實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)它的安全性、平穩(wěn)性、可靠性、實(shí)用性、實(shí)時(shí)性和便捷性等基本目標(biāo)，達(dá)到機(jī)器人系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理和信息管理最大化共享的基本目的，便于今后快速地對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容和增容等，并為機(jī)器人系統(tǒng)的未來(lái)功能拓展提供相關(guān)接口[2]。在該過(guò)程中，基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)的項(xiàng)目實(shí)施總體規(guī)劃包括以下4個(gè)步驟：首先，應(yīng)根據(jù)不同客戶所提供的具體資料，通過(guò)與客戶之間的溝通交流和深度訪談，完善客戶所提供的關(guān)于智能輔助測(cè)量機(jī)器人的功能方案設(shè)計(jì)，確定該EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的最終實(shí)施方案。其次，應(yīng)該通過(guò)該設(shè)計(jì)方案開(kāi)發(fā)與實(shí)施輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的項(xiàng)目，包括機(jī)器人設(shè)備構(gòu)件、具體器件的采購(gòu)、機(jī)器人系統(tǒng)的生產(chǎn)程序調(diào)試、機(jī)器人產(chǎn)品的出廠測(cè)試以及現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)試等部分內(nèi)容，保證能為該機(jī)器人系統(tǒng)提供更完備的產(chǎn)品資料。再次，應(yīng)根據(jù)客戶的實(shí)際訴求提供智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的操作培訓(xùn)。最后，應(yīng)為EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)提供完善的售后服務(wù)和技術(shù)支撐，保證機(jī)器人系統(tǒng)能在出現(xiàn)部分故障后可以進(jìn)行定點(diǎn)維修，也能通過(guò)售后支持實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)。

在設(shè)計(jì)EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的技術(shù)方案時(shí)，該機(jī)器人包括底座、滑動(dòng)裝置、支撐機(jī)構(gòu)、位移裝置、滑塊、驅(qū)動(dòng)器以及安裝板等，圖1為該機(jī)器人的示意圖。其中，底座上端前部固定連接位移裝置；位移裝置右部滑動(dòng)連接滑動(dòng)裝置；滑動(dòng)裝置內(nèi)固定連接驅(qū)動(dòng)器；驅(qū)動(dòng)器輸出端貫穿滑動(dòng)裝置上端中部并固定連接機(jī)械臂；滑動(dòng)裝置后端左部固定連接支撐板；支撐板后端下部固定連接測(cè)距儀；測(cè)距儀上端固定連接傳感器；底座上端后部等距離地固定連接支撐桿，且4個(gè)支撐桿上端共同固定連接工作臺(tái)；工作臺(tái)上端前部固定連接計(jì)算機(jī)，完成針對(duì)EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的日常工作。滑動(dòng)裝置包括連接板，連接板前端等距離地通過(guò)轉(zhuǎn)軸活動(dòng)穿插連接4個(gè)滑輪；連接板前端中部固定連接2個(gè)滑塊；連接板上端右部固定連接固定板；固定板上端中部固定連接支撐機(jī)構(gòu)；固定板下端前部固定連接滑板，2個(gè)滑塊均與位移裝置滑動(dòng)連接在一起。支撐機(jī)構(gòu)包括安裝板，安裝板上端等距離地穿插連接4個(gè)固定桿；安裝板上端中部等距離地固定連接4個(gè)支撐柱，且4個(gè)支撐柱上端共同固定連接承重板；安裝板通過(guò)4個(gè)固定桿與固定板固定連接在一起。位移裝置包括定位板，定位板上端中部有滑槽，且定位板后端中部有2個(gè)活動(dòng)槽，定位板下端左部、下端右部與位移塊固定連接在一起，且2個(gè)位移塊下端中部均活動(dòng)穿插連接滑軌；滑軌前端與后端均固定連接連接塊，且前部的2個(gè)連接塊之間與后部的2個(gè)連接塊之間共同固定連接穩(wěn)固桿，連接塊均與底座固定連接在一起。2個(gè)滑塊分別與2個(gè)活動(dòng)槽活動(dòng)穿插連接在一起，滑板與滑槽活動(dòng)穿插連接在一起，4個(gè)滑輪均與定位板緊貼在一起。驅(qū)動(dòng)器與安裝板固定連接在一起，驅(qū)動(dòng)器的輸出端貫穿承重板的上端中部并與機(jī)械臂固定連接在一起，機(jī)械臂與承重板緊貼在一起。

圖1 EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人

在該條件下，一方面，EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)能在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的作用下，借助位移裝置、機(jī)械臂以及測(cè)距儀的協(xié)同動(dòng)作完成EMC測(cè)試，并通過(guò)傳感器精確地對(duì)被測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行定位檢測(cè)，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)化操作位移的整個(gè)測(cè)量過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了精確的EMC測(cè)試，減少了工作人員的勞動(dòng)量。另一方面，針對(duì)EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)裝置中的連接板能在位移時(shí)讓2個(gè)滑塊分別在2個(gè)滑槽內(nèi)移動(dòng)，使連接板通過(guò)2個(gè)滑塊和4個(gè)滑輪穩(wěn)定地位移；固定板移動(dòng)時(shí)，通過(guò)滑板的支撐，提高了機(jī)械臂位移的穩(wěn)定性，從而提高了測(cè)試的精準(zhǔn)度。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要包括對(duì)該機(jī)器人工作流程的設(shè)計(jì)和對(duì)該機(jī)器人功能模塊的劃分2個(gè)部分[3]。其中，對(duì)機(jī)器人工作流程的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，以智能輔助測(cè)距機(jī)器人的測(cè)試為例，首先，在啟動(dòng)智能輔助測(cè)試機(jī)器人后，應(yīng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行原位檢測(cè)，標(biāo)定機(jī)器人的原位位置坐標(biāo)；其次，應(yīng)通過(guò)智能輔助測(cè)距機(jī)器人程序調(diào)試，使機(jī)器人按照原定程序設(shè)定的方向和速度移動(dòng)相應(yīng)的距離（設(shè)定距離），同時(shí)通過(guò)測(cè)距傳感器進(jìn)行距離檢測(cè)，確保機(jī)器人最終能到達(dá)最有效的檢測(cè)點(diǎn)；再次，在確定機(jī)器人到達(dá)有效檢測(cè)點(diǎn)后，檢測(cè)機(jī)器人上的測(cè)距傳感器與測(cè)距儀前端的具體距離數(shù)字，當(dāng)測(cè)距儀與測(cè)距傳感區(qū)域檢測(cè)儀之間的測(cè)試點(diǎn)距離在2 mm以內(nèi)時(shí)，整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)默認(rèn)該距離為安全測(cè)試距離，當(dāng)檢測(cè)儀的固定端裝有力傳感器時(shí)，一旦智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)出現(xiàn)故障，檢測(cè)儀則壓到其試驗(yàn)點(diǎn)上，力傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，機(jī)器人系統(tǒng)停止工作；最后，按照上述程序完成對(duì)整個(gè)EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的最終測(cè)試。在對(duì)該機(jī)器人功能模塊進(jìn)行劃分時(shí)，由于基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)使用了檢測(cè)機(jī)器人、智能輔助測(cè)距機(jī)器人以及許多傳感器設(shè)備等，因此在控制系統(tǒng)中心集合與控制條件下，彼此通過(guò)相互協(xié)作完成EMC檢測(cè)過(guò)程，各類傳感器的使用進(jìn)一步增加了機(jī)器人系統(tǒng)測(cè)距的安全性、平穩(wěn)性和可靠性。

對(duì)基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)的軌跡測(cè)試模式來(lái)說(shuō)，首先在試驗(yàn)件上選出要測(cè)試的點(diǎn)，再手動(dòng)操作檢測(cè)機(jī)器人，當(dāng)檢測(cè)機(jī)器人上的檢測(cè)儀的前端距傳測(cè)試點(diǎn)距離在 2 mm 以內(nèi)時(shí)，開(kāi)始測(cè)試；檢測(cè)儀的固定端有力傳感器，一旦出現(xiàn)故障，檢測(cè)儀壓到試驗(yàn)點(diǎn)，力傳感器會(huì)發(fā)出報(bào)警，測(cè)試停止；按照上述步驟，使檢測(cè)機(jī)器人沿著提前指定的測(cè)試點(diǎn)依次對(duì)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)；經(jīng)過(guò)該操作后，機(jī)器人會(huì)對(duì)該循跡產(chǎn)生記憶；啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行程序，檢測(cè)機(jī)器人會(huì)自動(dòng)按循跡路徑進(jìn)行檢測(cè)，最終完成檢測(cè)。

5 EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)組成

5.1 檢測(cè)機(jī)器人

基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人主要是通過(guò)固定EMC檢測(cè)儀器，借助檢測(cè)儀器機(jī)械臂的不同形式的運(yùn)動(dòng)將EMN檢測(cè)儀移動(dòng)到待檢測(cè)器件的指定檢測(cè)位置，在該過(guò)程中，檢測(cè)機(jī)器人的可重復(fù)性精度為±0.03 mm/±0.00117 mm，溫度為0℃～50℃，通過(guò)15 種先進(jìn)的可調(diào)安全功能的協(xié)作操作，且獲得 TüV NORD 認(rèn)證的安全功能，有效負(fù)載為5 kg、有效工作半徑為850 mm且自由度為6個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

5.2 智能輔助測(cè)距機(jī)器人

智能輔助測(cè)距機(jī)器人可以固定檢測(cè)機(jī)器人以及測(cè)距傳感器組件，同時(shí)帶動(dòng)檢測(cè)機(jī)器人以及測(cè)距傳感器組件沿多軸單獨(dú)或多向同時(shí)運(yùn)動(dòng)，確定試驗(yàn)件的位置。在智能輔助測(cè)距機(jī)器人運(yùn)行的過(guò)程中，該機(jī)器人為單向移動(dòng)模式，且能實(shí)現(xiàn)多向同時(shí)移動(dòng)，保證基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)的功能可以正常發(fā)揮。

5.3 傳感器組件

基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)距傳感器組件包括2個(gè)，一個(gè)固定在智能輔助測(cè)距機(jī)器人的Z向模組上，用來(lái)檢測(cè)進(jìn)行 EMC 測(cè)試的工件的位置；另一個(gè)固定在機(jī)械臂的夾爪上，用來(lái)檢測(cè)被測(cè)點(diǎn)與 EMC 智能輔助測(cè)量機(jī)器人上的EMC儀器的距離，防止因檢測(cè)儀器壓在被測(cè)物體上的力過(guò)大而導(dǎo)致被測(cè)物受損。在基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)工作的過(guò)程中，測(cè)距傳感器的主要技術(shù)參數(shù)包括測(cè)量范圍、測(cè)量物體、線性度、重復(fù)精度、響應(yīng)時(shí)間、供電電壓、連接方式、顯示器、操作元件和外殼防護(hù)等級(jí)。測(cè)量范圍在200 mm～1 000 mm，測(cè)量物體為自然物體，線性度在±1.5 mm之內(nèi)，重復(fù)精度為0.4 mm，響應(yīng)時(shí)間為1.5 ms，供電電壓為24 V，連接方式為帶插頭的電纜，顯示器為OLED 顯示屏且外加狀態(tài)LED燈，操作元件為4個(gè)按鍵，外殼防護(hù)等級(jí)為IP65。力傳感器組件是用來(lái)檢測(cè)EMC運(yùn)行時(shí)施加在被測(cè)件表面上的壓力，防止因檢測(cè)時(shí)施加力過(guò)大而導(dǎo)致被測(cè)件受損。力傳感器數(shù)量是1個(gè)，額定容量為 200 N。

5.4 攝像系統(tǒng)組件

基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)攝像系統(tǒng)組件主要指攝像頭，可以對(duì)整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行拍照和實(shí)時(shí)監(jiān)控，將該攝像頭固定在智能輔助測(cè)量機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)的試驗(yàn)基座上，實(shí)時(shí)觀測(cè)試驗(yàn)基座機(jī)械臂的具體位置，并間接地對(duì)其進(jìn)行拍照。

5.5 控制系統(tǒng)

基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要是進(jìn)行功能控制，該控制系統(tǒng)主要包括控制箱和配套電纜2個(gè)部分?？刂葡渖显O(shè)置有單獨(dú)觸摸屏、電源開(kāi)關(guān)鍵、狀態(tài)顯示鍵、急停按鈕鍵以及控制器開(kāi)關(guān)等重要按鈕，對(duì)智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，配套電纜則將控制箱和智能輔助測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)有效地連接在一起，進(jìn)而傳輸電能和信號(hào)。

6 設(shè)備安裝場(chǎng)地和使用環(huán)境要求

基于EMC的智能輔助測(cè)量機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備的安裝場(chǎng)地和使用環(huán)境要求包括智能輔助測(cè)量機(jī)器人運(yùn)行場(chǎng)地和使用環(huán)境要求、智能輔助測(cè)量機(jī)器人控制軟件的使用環(huán)境要求以及智能輔助測(cè)量機(jī)器人控制軟件的電源要求3個(gè)部分。其中，對(duì)EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人的運(yùn)行場(chǎng)地和使用環(huán)境要求來(lái)說(shuō)，該智能機(jī)器人系統(tǒng)要求環(huán)境溫度為0 ℃～50 ℃，環(huán)境濕度為20 %Rh～80 %Rh，且整個(gè)環(huán)境條件必須處于無(wú)冷凝狀態(tài)。對(duì)EMC智能輔助測(cè)量機(jī)器人控制軟件的使用環(huán)境要求來(lái)說(shuō)，該智能機(jī)器人系統(tǒng)要求環(huán)境溫度為 10 ℃～35 ℃，環(huán)境濕度為 20 %Rh～80 %Rh，且整個(gè)環(huán)境條件必須處于無(wú)冷凝狀態(tài)。對(duì)智能輔助測(cè)量機(jī)器人控制軟件的電源要求來(lái)說(shuō)，其控制柜電源為220 V DC，控制管理軟件系統(tǒng)電源為220 V/50 Hz和400 W。

7 結(jié)論

綜上所述，基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)能夠通過(guò)設(shè)計(jì)該機(jī)器人的工作流程以及劃分機(jī)器人的功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)智能控制機(jī)器人系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案的高效率規(guī)劃，能夠使該機(jī)器人運(yùn)行調(diào)試后實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)、實(shí)用和便捷運(yùn)行的基本目標(biāo)，也能夠達(dá)到機(jī)器人系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息管理的最大化共享的基本目的，滿足了基于EMC智能輔助測(cè)量的機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和未來(lái)設(shè)計(jì)目標(biāo)，能最大限度地降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高EMC智能輔助測(cè)量系統(tǒng)的工作效率，使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。