機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

郭美君

（遼寧工程職業(yè)學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)受到了更多的關(guān)注，建立基于智能化技術(shù)的應(yīng)用模式，配合數(shù)字電子計算機(jī)共同建立完整的運(yùn)行模式，可以有效優(yōu)化自動化技術(shù)應(yīng)用效能，維護(hù)制造業(yè)發(fā)展動力。

1 核心技術(shù)

目前，制造業(yè)自動化生產(chǎn)線涉及的自動裝配、圖像系統(tǒng)檢查、智能搬運(yùn)等工位中普遍使用機(jī)械手操作，提高效率的同時優(yōu)化作業(yè)質(zhì)量，且不受作業(yè)環(huán)境影響，更好地打造完整可控的作業(yè)模式。其核心技術(shù)主要體現(xiàn)在：

1）智能控制器。基于伺服類電機(jī)控制技術(shù)，結(jié)合嵌入式芯片建立相應(yīng)的控制平臺，有效地結(jié)合相關(guān)參數(shù)要求和規(guī)范，建立相匹配的運(yùn)行模式，更好地維護(hù)應(yīng)用管理效果。伺服原理如圖1 所示。一般而言，在實際運(yùn)行過程中還需要利用溫度控制策略、空間控制策略、實踐控制策略、負(fù)載控制策略等，配合控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，從而實現(xiàn)完整的智能控制處理，保證相應(yīng)工作按照指令要求有序落實，最大程度提高系統(tǒng)統(tǒng)籌管理水平。

圖1 伺服原理

2）機(jī)械關(guān)節(jié)?；谒欧姍C(jī)關(guān)節(jié)應(yīng)用技術(shù)，配合通用氣動關(guān)節(jié)以及關(guān)節(jié)位置傳感器即可開展相應(yīng)工作，借助傳感器獲取相關(guān)參數(shù)，結(jié)合參數(shù)關(guān)聯(lián)性落實具體的指令信息，最大程度維護(hù)整體運(yùn)行管理的規(guī)范性，也能匹配后續(xù)作業(yè)規(guī)范，保證機(jī)械關(guān)節(jié)運(yùn)行的靈活性。

3）觸覺傳感器?；诿嫦蛉祟愂褂玫挠|覺傳感系統(tǒng)，建立相應(yīng)的系統(tǒng)控制單元，按照編程內(nèi)容完成具體操作工序，保證工序銜接合理的同時，維持后續(xù)應(yīng)用管理的科學(xué)性，最大程度避免運(yùn)行穩(wěn)定性不足的問題，打造多元化控制模式，配合專家系統(tǒng)就能更好地提高數(shù)據(jù)信息參數(shù)獲取和處理分析的水平[1]；建立面向機(jī)械手使用的負(fù)載觸覺傳感系統(tǒng)，及時完成指令信息的分級和處理，確保后續(xù)操作環(huán)節(jié)的可控性和規(guī)范性，整合具體作業(yè)內(nèi)容，保證觸覺信息交互和共享都能順利展開，實現(xiàn)統(tǒng)籌管理的目標(biāo)。

4）機(jī)器人視覺研究。利用面向人類的觸覺傳感系統(tǒng)和面向機(jī)械手的負(fù)載觸覺傳感系統(tǒng)，建立相應(yīng)的視覺信息統(tǒng)籌控制模式，解析視覺數(shù)據(jù)和參數(shù)，以保證機(jī)械手相應(yīng)動作符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

2 運(yùn)行研究

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行方式

在機(jī)械子系統(tǒng)運(yùn)行過程中，依據(jù)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)種類建立相應(yīng)的運(yùn)行方案，按照不同運(yùn)行方式完成具體工作，整合相應(yīng)的資源信息，維系統(tǒng)籌控制的合理性。

第一，齒輪運(yùn)動體傳動方式，驅(qū)動器能提供傳動需要的能量，并且側(cè)向偏移的滾輪預(yù)張力系統(tǒng)還能減少游隙造成的影響，在壓緊滾輪系統(tǒng)維持嚙合充足的同時，配合塑料齒形帶和鋁制齒條組合形式，就能搭建一條無需潤滑的傳動通道，更好地提高作業(yè)的安全性和便捷性，維持機(jī)械手控制作業(yè)的整體水平[2]。

第二，伸縮運(yùn)動方式，能實現(xiàn)最小總高度下的最大提升動力，滾柱軸承上安裝免維護(hù)的塑料滾輪，能減少磨損，維持較為合理的平滑運(yùn)行狀態(tài)，更好地滿足導(dǎo)向控制需求。與此同時，驅(qū)動站應(yīng)用過程中，空心軸和法蘭設(shè)計也要滿足伺服驅(qū)動器法蘭處理要求，更好地維護(hù)整體驅(qū)動技術(shù)運(yùn)行效果。

第三，動態(tài)提升傳動方式，主要是應(yīng)用輕型緊湊的結(jié)構(gòu)形成封閉扭矩形態(tài)，在對應(yīng)側(cè)利用觸發(fā)板完成處理工作，配合使用限位塊和附加機(jī)械元件。電纜結(jié)構(gòu)則借助型材中心開口處理模式，帶動整個封閉結(jié)構(gòu)維持良好的作業(yè)狀態(tài)。與此同時，這種傳動處理模式還能保證鑄造外殼體承受較大的側(cè)向力和水平加速引起的彎矩，更好地建立完整的連接處理模式[3]。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行原理

在機(jī)械手控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，動力執(zhí)行模塊主要包括AC 交流電機(jī)、DC 直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)以及液壓驅(qū)動系統(tǒng)等，結(jié)合不同的執(zhí)行指令落實相應(yīng)的工作，共同維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，以確保機(jī)械手控制環(huán)節(jié)的可靠性和安全性。目前，系統(tǒng)控制模式包括PC 控制、PLC 控制、運(yùn)動板卡控制及軟件控制等，依據(jù)具體應(yīng)用規(guī)范和管理標(biāo)準(zhǔn)，維持系統(tǒng)應(yīng)用管理的基本水平，更好地提高系統(tǒng)綜合控制效果。

1）PC 控制。使用C 語言或其他標(biāo)準(zhǔn)編程語言編程完成程序的控制處理，與復(fù)雜的圖形接口共同應(yīng)用在具體場景中，建立完整的控制模式，打造除機(jī)器控制以外的數(shù)據(jù)采集處理模式，有效提升機(jī)器和制造商信息連通效果。這種控制模式能打造整體圖像，具備大容量存儲記憶和開放式網(wǎng)絡(luò)，承載大量商業(yè)軟件，配合標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)支持即可維持信息交互處理的流暢性?；诖耍诮⒋蠓秶稚/O 設(shè)備的基礎(chǔ)上，有效打造集中控制場景，能更好地提高電氣控制的實效性，保證機(jī)械手控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定[4]。

2）PLC 邏輯控制方法。PLC 控制方案的可靠性較高，利用實踐作業(yè)即可總結(jié)技術(shù)的要點(diǎn)和關(guān)鍵，支持在線編輯。一般而言，應(yīng)用在I/O 位于中心的應(yīng)用體系中，建立匹配的過程管理模式，整體結(jié)構(gòu)控制環(huán)節(jié)可以支持500 個I/O點(diǎn)控制處理[5]。建立程序原點(diǎn)系統(tǒng)、伸縮氣缸系統(tǒng)、放松機(jī)械爪系統(tǒng)等，結(jié)合相應(yīng)的控制模式就能有效地完成指令信息，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)手臂的復(fù)位處理。啟動程序后就能保證相應(yīng)的動作到達(dá)指定軌跡，滿足實際應(yīng)用要求。此外，結(jié)合PLC 技術(shù)，在直流和交流機(jī)械手控制系統(tǒng)中能有效建立相應(yīng)的作業(yè)規(guī)劃，將電脈沖轉(zhuǎn)化為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，配合驅(qū)動器收取的信號，按照I/O 和機(jī)械手關(guān)系表落實具體指令（如表1 所示），配合自縮程度設(shè)計環(huán)節(jié)，更好地確保程序指令連接的合理性，提高系統(tǒng)的抗干擾能力[6]。在應(yīng)用PLC 技術(shù)的過程中，結(jié)合對應(yīng)指令設(shè)計規(guī)范，更好地建立完整的輸入輸出控制模式，可在最大程度上保證相應(yīng)指令處理的規(guī)范性，強(qiáng)化工業(yè)機(jī)械手和PLC 技術(shù)的聯(lián)動效果，維持最優(yōu)處理效能[7]。

表1 PLC控制系統(tǒng)中I/O和機(jī)械手關(guān)系

3）運(yùn)動板卡控制。基于電氣應(yīng)用要求，實現(xiàn)低等到中等復(fù)雜程度應(yīng)用場景機(jī)器控制處理，配合運(yùn)動控制模式建立相匹配的機(jī)器控制處理模式，在相應(yīng)環(huán)境中，完成輸入輸出和運(yùn)動參數(shù)的控制處理，應(yīng)用在多種場景中，提供運(yùn)動功能和機(jī)器控制功能。另外，運(yùn)動板卡控制方式能建立獨(dú)立控制模式，使用人機(jī)接口交互控制方式，完成數(shù)據(jù)輸入后，及時建立輸出信號匹配體系，將復(fù)雜的機(jī)器拆分為簡單的機(jī)器控制元件，確保子元件通訊更加便捷高效。

4）軟件控制。在機(jī)械手控制系統(tǒng)中依賴軟件控制完成相應(yīng)工作，使用對應(yīng)的控制模式，構(gòu)建更加合理且高效的運(yùn)行平臺，提高控制指令傳遞的水平，維持作業(yè)的基本效果。首先，建立點(diǎn)對點(diǎn)控制模式，基于軟件操作流程建立點(diǎn)對點(diǎn)交互處理機(jī)制，實時管理機(jī)械手點(diǎn)位。其次，建立數(shù)控編程模式，配合位置、速度、插補(bǔ)以及電子尺建立完整的數(shù)控體系，確保相應(yīng)的控制環(huán)節(jié)和指令處理有序開展，提高階段性作業(yè)的質(zhì)量水平。最后，建立軌跡制圖模式、模擬仿真模式、外圍控制模式等，打造相應(yīng)的控制方案，配合子系統(tǒng)應(yīng)用要求，維持處理環(huán)節(jié)的可控性，提高動作指令精準(zhǔn)程度。除此之外，網(wǎng)絡(luò)鏈接模式也較為常見，基于以太網(wǎng)串口通訊建立相匹配的數(shù)據(jù)接收發(fā)送體系，更好地執(zhí)行傳送時間表內(nèi)的指令操作內(nèi)容，保證機(jī)械手臂動作的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性符合預(yù)期[8]。

3 結(jié)語

綜上所述，在機(jī)械手控制系統(tǒng)研究工作中，分析控制原理，了解PC 控制、PLC 控制、運(yùn)動板卡控制以及軟件控制相關(guān)內(nèi)容，旨在更好地完善控制環(huán)節(jié)，建立相匹配的輸入輸出體系，發(fā)揮機(jī)械手控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，為工業(yè)和制造業(yè)系統(tǒng)發(fā)展與進(jìn)步奠定堅實基礎(chǔ)。