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機電一體化技術在工業機器人的運用

來源:網絡|發布時間:2021-03-22|瀏覽次數:
機電一體化技術在工業機器人的運用 摘要:社會的進步離不開科技的發展,當下,我國取得了諸多成就,很大的功勞來源于機械生產的普及。智能化和自動化是機械發展的主要方向,相關專家預測,在未來,人類越來越多的工作將會被機器人取代,低創新、高重復流程的工作是最先被取締的一部分,工業機器人領域的快速發展和機電一體化技術的快速成熟就是這種社會趨勢的理論支持,文章對此展開了探究。

關鍵詞:機電一體化;工業機器人;智能化;自動化技術

機電一體化專業在我國開設的時長已經接近二十年,這在我國教育起步較晚的國情下來說已經算是一個老牌專業,機電一體化專業又被市場稱為機械電子專業,它的主要研究方向是計算機技術、信息技術、機械技術、電子技術、控制技術、光學技術等技術,它在我國的工業應用非常廣泛,小到電子玩具,大到機電產品,包括家電、汽車、輪船、飛機、軍工、機器人等都建立在機電一體化專業的基礎上。在科技飛速發展的當下,其發展開始向智能化、模塊化、網絡化、微型化、系統化等方向靠近,而一個集該領域的尖端科技于一體的技術就是工業機器人技術,近年來,工業機器人專業已經開始脫離了機電一體化專業領域發展成為了一個獨立的領域,但是在技術理念上,兩者是基本一致的[1]。

1基于機電一體化技術的工業機器人現狀

機電一體化技術作為我國工業的基本技術支持,它具有不可替代的發展意義,而工業機器人又是其中的新生力量,將引領機電一體化向更智能,更高端的方向前進,其發展前景和重要意義毋庸置疑,凈化工程www.schrjh.com,尤其是作為一個依靠工業迅速騰飛的社會主義大國,更有必要加緊對于該領域的重點發展,以保證我國在國力上的強大,為此,潔凈室www.hrjhgs.com,國家對此付諸了高度關注,并對該領域的研發投入了大量的政策扶持[2]。在“十二五”發展規劃中,我國提出了將工業大國發展為工業強國的核心理念,在發展模式上,逐步轉變了傳統的粗放式發展模式,向現代集約型環保性的方向發展,在該政策支持下,我國的產業升級步伐明顯加快,在學校出現了以工業機器人為代表的一系列的現代專業的開設,而在工廠,工業機器人的應用更廣,科技發展更快,這為我國現代化進程提供了強大的動力。如今,我國在工業機器人領域取得了較好的成績,在某些關鍵技術上也實現了突破,但是相比西方的老牌資本主義國家而言,發展歷史太短,經驗不足導致在發展中還存在很多的不足,比如整體核心技術較為缺乏,在該方面往往受制于人,在某些領域的制造工藝方面的精度不足,無法為現代化的智能化建設提供足夠的基礎設備支持,比如高精密減速機、高效伺服電動機、智能化控制器等關鍵部件都比較缺乏,還有就是針對工業機器人技術本身建立起來的相關系統更加不足,比如基于模塊化和可重構的工業機器人的機構設計,基于實時系統和高速通信總線的高性能開放式控制系統。在高速、負載工作環境下的工業機器人優化設計,高精度工業機器人的運動規劃和伺服控制,還有工業機器人的三維仿真技術、生產線集成技術和基于工業機器人建立的遠程故障技術和修復技術等,還需要足夠的經驗進行總結改進。由此看來,我國在工業機器人的發展道路上還任重而道遠[3]。

2工業機器人的整體設計方案及要點

基于現代機電一體化發展的工業機器人依賴于實際的生產需求建設,它本身可以實現快速測試,在投入使用后可進行快速生產,工業機器人的應用模式決定了它將成為一種發展最快的機電一體化智能技術,在這種大趨勢下,遵循已有的設計方案進行流程設計可以較好地完成技術的實現和更新[4]。

2.1設計前的基礎技術支持研究

依賴于機電一體化發展的工業機器人是一門復雜的綜合性學科,在進行設計時,往往需要對相關的底層技術進行研究,確保工業機器人項目實現的可行性,通過對于底層技術的研究,可以很好地確定工業機器人的研究成本、技術走向以及能發揮的極限作用,在基礎技術上主要如下:1)工業機器人的感知和傳感技術。要實現機器人的基礎功能,必須要有感知和傳感技術作為基礎支撐,它實現兩個基礎功能,一是能接受指令,對外界做出反應,二是能解析指令,調動自身展開行動,這兩項功能直接決定了機器人的智能性和結構的復雜性。在可預見的將來,高科技的工業機器人不但能參與高效生產,還能進行流程的管理和控制,在發展到更高端層次時,還能對自我行為進行復核和改良,以減少生產中的不確定性,在植入了感知和傳感技術后,工業機器人才能被稱為真正的工業機器人[5]。2)工業機器人的人機交互技術。以人類意識對機器人進行主導,參與機器人的執行決策,才能讓工業機器人按照人類的需求方向進行生產建設,這就需要建立人與機器人交互的窗口,也就是交互技術的實現。在最基礎的工業機器人的交互技術建設中,其交互方式可能僅僅是通過鍵盤輸入一些簡單的指令,如今,該交互逐漸開始向語音及交互的高級交互方式發展,再到后來,可能發展為通過人的表情、體溫變化等方式就能實現交互,在數據傳輸上,也可以使用更加高級的全浸入式圖形化環境、三維全息環境建模、真實三維虛擬現實裝置進行多方位的高效數據傳輸。交互方式的建立,是為了實現人機的協調性,保證機器能發揮預定的價值,這是人機交互技術的關鍵所在。3)工業機器人的自主導航技術。用于工業生產的工業機器人在傳統的模式下最開始可能只是一個固定的機械臂,但是在工業機器人的發展階段中,這樣的定點模式必然會被逐漸取締,而確定機器人怎么去某個位置,這又需要自主導航技術,當下,平面自主導航技術的基本應用已經實現,但是在未來,發展三維導航,優化導航路徑,對錯誤路徑進行避讓和重新規劃都是需要研發的內容,該技術的實現對于工廠內部的工業機器人的執行生產能力都有重要的引導作用,它將會成為未來工業機器人發展的核心技術之一。

2.2工業機器人整體設計

在完成基礎技術可行性的研究后,第一步設計就是工業機器人的整體結構設計,一般來說,工業機器人的整體系統設計分為執行系統、驅動系統、控制系統等幾部分主要系統模塊,而每一個系統都負責特定的功能,在整體設計的過程中,就要對大方向進行規劃,比如執行系統的指令執行方式的選擇,動力系統的驅動模式的選擇,控制系統的軟件編程功能的思想,而且該過程不僅要關注各個系統本身的功能實現,還要關注系統之間的指令傳播和協調關系,保證各個系統能在特定的環境下通過指令配合完成特定的生產功能[6]。

2.3設計數據分析

工業機器人是一門尖端的學科,在過程實現中必然涉及到不小的資金投入,在企業方面,認真規劃其價值和成本問題是保證企業可持續發展的重要前提。在設計上,需要根據需求進行詳細的數據分析,其中首要的就是分析工業機器人的實現價值,估算工業機器人投入使用后是否能切實幫助企業實現生產效率的提升,如果其成本還在人工成本之上,那么這樣的設計就失去了設計的意義,它不符合以機械取代人類實現高效發展的理念,然后才是在該基礎上進行詳細的設計數據的分析,比如要生產的機器人的數量,機器人的體型大小、內部功率、關節數設計、布局的實現方式等,這些數據都是數據分析中要進行重點探討的內容[7-8]。

2.4伺服控制系統

伺服控制系統是工業機器人設計的重點部分,它的主要功能是將人為輸入的信號指令通過伺服控制系統轉化為機械的位移、轉角和速度等相關信息,而通過閉環控制系統的設計能更好地感受電流型號的大小、強弱,潔凈室www.hrjhgs.com,從而實現更小的誤差設計,但采用開環設計的伺服控制系統就沒有這樣的功能,通過伺服控制系統的設計和優化,可以讓工業機器人反應更快,執行更迅速更有效的功能,所以也就顯得更加敏捷高效。

3基于PLC控制的工業機器人系統設計

PLC技術是指在傳統的順序控制上加入了現代的可編程存儲器的設計,作為工業機器人人的核心指揮系統,基于PLC控制技術的工業機器人才會具備一個更加智慧的大腦。從成本來看,PLC的技術難題較少,其應用較為成熟,它是我國當下主流的工業機器人的控制系統,而且在之后的半個世紀內,PLC控制系統將會一直處于高速發展的階段。人們都知道,大腦直接決定了一個人的行事作風,這對于機器人而言同樣如此,在PLC系統的設計選擇上,可以從硬件和軟件兩方面進行關注。

3.1硬件設置

硬件的發展與機電技術的發展水平有著密切的關系,當下的PLC系統的核心控制上,主要采用的核心組件具備這些特點,包括程序容量大(60K)、I/O點數多(4096點),運算處理速度快(0.034μs),存儲器可擴展性強(1M),與外部設備通信功能較強(USB接口、RS232接口)等主要特性。在存儲器的選擇上,給出的要求一般在240K字節程序存儲器以上,在實際的生產中,往往還要做出一定的冗余空間預留,以做好機械的升級準備。在信息選擇模塊上一般采用HMI實現交流,它基于MC協議進行通信與數據傳輸,具有很好的執行安全性和執行高效性,操作起來較為方便。

3.2軟件程序設計

工業機器人的軟件程序設計是其重點,它直接在工業機器人的大腦中收發指令,確定工業機器人的功能實現,而在具體的軟件編程中,需要根據工業機器人的職能進行編程設計,以現代化軋鋼廠的生產流程來看,它在鋼卷剛剛完成生產時需要拆捆機器人對鋼卷進行自動拆捆,其軟件設計的數據就要包含控制卷邊和捆帶位置的程序,需要執行卷邊和坤帶流程的程序,還需要處理廢料的程序,在完成樣品制作后,就會面臨取樣檢測機器人的檢查,它的執行方式就是從取樣裝置中取樣完成質檢然后將數據反饋到主系統從而實現流程控制,然后是自動貼標簽的機器人,它的執行流程很簡單,但是如何確定什么時候該貼標簽,貼什么樣的標簽都需要通過軟件編程來實現,最后就是將生產完成的鋼卷進行調運時使用的無人調運機器人,它采用自動定位,輕裝輕卸的技術最大程度地保證了成品鋼卷的存儲質量,而該過程的執行需要優秀的程序進行控制,因此掌握數量的軟件編程知識,也是進軍現代工業機器人領域必不可少的技能之一[9-10]。

4結束語

工業機器人領域不僅關系我國的基礎工業生產,還是我國科技實力水平的體現,發展高端工業機器人,會為我國在國際上爭取足夠的話語權。在實際的研發過程中,這需要廣大的科研工作者的一致努力,充分認識到當下我國在該領域與西方發達國家之間的差距,奮起直追,鼓勵創新,發展屬于國家自己的核心技術,是實現大國復興的必經之路。

參考文獻:

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[3]陳宇,段鑫.可編程控制器基礎及編程技巧[M].廣州:華南理工大學出版社,2012.

[4]譚民,王碩.機器人技術研究進展[J].自動化學報,2013,39(7):963.

[5]孟明輝,周傳德,陳禮彬,等.工業機器人的研發及應用綜述[J].上海交通大學學報,2016(增刊1):98.

[6]彭紫朋.淺析機電一體化技術的發展和應用方向[J].機電信息,2019(17):182-183.

[7]胡穎雁.工業機器人中機電一體化技術的應用分析[J].內燃機與配件,2019(11):232-233.

[8]張康明.機電一體化技術在工業機器人中的應用[J].南方農機,2019,50(10):191-192.

[9]曹鴻儒,韓達,王碩.淺析機電一體化的應用方向和發展趨勢[J].南方農機,2019,50(5):140.

[10]馬永樹,王計波.工業4.0背景下的機電一體化技術應用與發展[J].內燃機與配件,2018(19):180-181.

作者:王長林 單位:江蘇城市職業學院 在线看日本免费不卡资源,日本免费网址大全在线观看,日本不卡免费一区二区

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