電氣工程自動化視角下的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人設(shè)計

陸寧

摘要：現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電氣工程及其自動化技術(shù)也在備受社會各界的關(guān)注，其自動化技術(shù)可以說是隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷形成質(zhì)的飛躍。電氣工程及其自動化技術(shù)對于當(dāng)前機(jī)器人的設(shè)計也產(chǎn)生了十分重要的影響，不管是人們的日常生活，還是工作、生產(chǎn)等方面，都通過自動化技術(shù)的應(yīng)用而被人們廣泛地認(rèn)識，同時也正是因為機(jī)器人理念的產(chǎn)生，使得自動化技術(shù)能夠引用其中。

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

引言

近幾年來，很多高校都開展了對機(jī)器人的研究，機(jī)器人實驗室為在校學(xué)生提供了資源、技術(shù)以及自由發(fā)揮進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造的機(jī)會，而國內(nèi)外越來越多的機(jī)器人比賽也為機(jī)器人愛好者提供了交流與展示的平臺。我國的機(jī)器人創(chuàng)新技術(shù)水平相比于美國、日本、俄國及一些歐洲國家仍有很大差距，而所涉及到的技術(shù)領(lǐng)域也同樣落后于這些國家。不過，近幾年來的技術(shù)高速發(fā)展說明了我國的實力仍有很大發(fā)展空間。機(jī)器人的設(shè)計研究涉及到諸多領(lǐng)域，在本文中主要介紹電氣工程及其自動化領(lǐng)域?qū)C(jī)器人設(shè)計的相關(guān)應(yīng)用。

1電氣工程及其自動化概念

電氣工程及其自動化是一門學(xué)科，這門學(xué)科包括多個技術(shù)領(lǐng)域，涉及面非常廣，從計算機(jī)、電機(jī)電子以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息控制技術(shù)，甚至還包括多種電力和機(jī)電技術(shù)結(jié)合成為一個整體的技術(shù)，這些不同領(lǐng)域的技術(shù)一同構(gòu)成電氣工程及其自動化學(xué)科。由于是一個工程型又帶有自動化功能形式的學(xué)科，其具有的特點就包含工程中的強(qiáng)力學(xué)以及網(wǎng)絡(luò)信息中的軟件學(xué)特點，形成一種強(qiáng)弱結(jié)合的形式。這個學(xué)科的課程包括電氣知識和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)知識，具體有：網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、儀器檢測和控制技術(shù)、電子和電路技術(shù)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)等強(qiáng)力學(xué)和軟件學(xué)技術(shù)相互結(jié)合的課程形式。這個綜合性學(xué)科主要教給學(xué)生的是各種工程和電氣以及計算機(jī)方面的知識，畢業(yè)學(xué)員一般均掌握包括計算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及儀器實驗分析技術(shù)等多方面的技術(shù)，在社會工作中能夠適應(yīng)多個領(lǐng)域的工作要求。電氣工程及其自動化學(xué)科的最主要課程為電氣和計算機(jī)工程，因此在進(jìn)行實驗和具體實踐時，這個兩門課程是最主要的測驗對象。通過設(shè)置不同等級的專業(yè)實驗教學(xué)訓(xùn)練平臺，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)的技術(shù)能力的同時根據(jù)自身的條件去挑戰(zhàn)更高的技術(shù)實驗。使學(xué)生除了掌握基礎(chǔ)的電機(jī)技術(shù)、電力電學(xué)技術(shù)以及計算機(jī)硬件技術(shù)之外還能夠掌握如線路綜合設(shè)計技術(shù)、高級計算機(jī)軟件管理技術(shù)以及CPLD技術(shù)等綜合性相對比較強(qiáng)的技術(shù)，在實際工作中能夠解決更多難題和滿足更多需求。電氣工程及其自動化在社會中的使用領(lǐng)域主要有：水力電力領(lǐng)域、信息處理領(lǐng)域、電力線路設(shè)計領(lǐng)域、各種變壓器設(shè)計領(lǐng)域以及與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的各種監(jiān)控設(shè)備（如交通攝像監(jiān)控、小區(qū)攝像監(jiān)控）、機(jī)器自動化設(shè)備（例如電梯、安全門）、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（如電子郵件、網(wǎng)絡(luò)條件軟件）以及智能控制設(shè)備（如樓道聲控開關(guān)燈）等方面，這些軍事電氣工程及其自動化學(xué)科在實際的運(yùn)用，具有廣泛性和多面性。

2電氣工程及其自動化技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計中的應(yīng)用

2.1搭建行業(yè)開放式資源平臺

機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展規(guī)模在不斷擴(kuò)大，針對產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，設(shè)計人員要關(guān)注搭建行業(yè)開放式資源共享平臺，要以行業(yè)協(xié)會、學(xué)會以及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為基石，對上述第三方機(jī)構(gòu)加強(qiáng)協(xié)調(diào)，搭建交流平臺，拓寬產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的開發(fā)渠道和技術(shù)研究渠道，真正的推動機(jī)器人行業(yè)在產(chǎn)品、人才、資源、技術(shù)等方面的流動。各個省市可以舉辦機(jī)器人競賽和挑戰(zhàn)賽等，激發(fā)愛好者的興趣，并提供可交流經(jīng)驗的競技平臺，以儲備產(chǎn)業(yè)發(fā)展人才，形成科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

2.2科學(xué)進(jìn)行硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計

（1）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(yùn)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。（2）軟件系統(tǒng)設(shè)計。在設(shè)計產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的過程中，要將產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的軟件設(shè)計作為要點之一。設(shè)計人員要從上層開發(fā)環(huán)節(jié)、驅(qū)動程序以及底層控制程序三個方面進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。上層開發(fā)設(shè)計的目的在于提供測試控制器，基于此，用戶可以在滿足控制要求的軟件平臺上進(jìn)行操作。在開發(fā)驅(qū)動時，則要考慮到控制器的抗干擾性，要從提高在不同網(wǎng)絡(luò)下的適應(yīng)性角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計。在進(jìn)行底層設(shè)計時，設(shè)計人員則要以伺服驅(qū)動的運(yùn)動功能為基礎(chǔ)，并借助C語言進(jìn)行編程開發(fā)，為整個控制系統(tǒng)提供可靠支撐。設(shè)計人員要依托于傳感器的狀態(tài)值自動切換無刷電機(jī)和電路電壓，并且可以借助相關(guān)算法提高對電機(jī)位置以及電機(jī)速度的控制精度。在電氣自動化技術(shù)和PLC控制系統(tǒng)的幫助下，可以實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)機(jī)器人運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的軟件故障的監(jiān)測和診斷，主要包括CAN的通信故障和功率器件的過載故障等。設(shè)計人員應(yīng)選用更加高效的C編譯器，提高兼容性，同時要借助CCS推出的軟件集成開發(fā)技術(shù)，更加科學(xué)的開展設(shè)計工作。

2.3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(yùn)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(yùn)行的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)對有效運(yùn)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?；诖耍O(shè)計人員在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)機(jī)器人設(shè)計時，必須依托于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實踐要求，對產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定且易于操作。

結(jié)語

從以上分析內(nèi)容可知，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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