摘 要 工業(yè)機器人指工業(yè)領域應用的一種多關節(jié)機械手或者是擁有多個自由度的機器裝置，它主要通過自身動力以及相關的電氣控制來實現(xiàn)各種功能運動�，F(xiàn)代的工業(yè)機器人擁有可編輯、擬人化、通用性等相關特點，同時隨著PLC電氣控制系統(tǒng)的引入和發(fā)展，工業(yè)機器人得到了更高的發(fā)展，廣泛地應用于機械制造、電力工程、醫(yī)藥、冶煉、物流等行業(yè)。
關鍵詞 機械機構;PLC;工業(yè)過程;設計分析
1 工業(yè)機器人簡介
工業(yè)機器人主要由主體、驅(qū)動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)組成，工業(yè)機器人主體即機座和執(zhí)行機構構成，一般機器人擁有3～6個運動自由度。驅(qū)動系統(tǒng)由動力裝置和傳動機構構成，以用來執(zhí)行相應的動作�？刂葡到y(tǒng)是對驅(qū)動和執(zhí)行機構發(fā)出和控制指令的系統(tǒng)。
常見的工業(yè)機械人類型包含：直角坐標機器人、SCARA機器人、Delta機器人、4自由度標準工業(yè)機器人以及6自由度標準工業(yè)機器人等。他們主要用于機器焊接、物品搬運、涂膠、噴漆以及切割測量等。機器人的主要由機械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、示教盒、軟件系統(tǒng)等組成，其技術特點及優(yōu)勢如下表[1]：
2 機器人控制系統(tǒng)基本結構
機器人的電氣控制系統(tǒng)主要由上位計算機、運動控制器、驅(qū)動器、電動機、執(zhí)行機構和反饋裝置構成。計算機一般采用微型機或者微處理器構成的調(diào)度指揮機構。示教盒是機器人工作軌跡和參數(shù)設定及人機交換操作平臺，其擁有自己獨立的CPU處理中心和儲存單元，同時與主計算機串行通信以實現(xiàn)信息交互。
電動機一般采用進步電機、直流伺服電機或者交流伺服電機，進步電機是一種可以將電脈沖信號變換成相應的角位移或者直線位移的執(zhí)行元件。其擁有3%～5%的步距角精度，外表允許80～90度的高溫，力矩會隨著轉(zhuǎn)速升高而降低。擁有結構簡單、維護方便、高可靠性等優(yōu)點。直流伺服電機具有高優(yōu)性的啟動、制動的特性，可以實現(xiàn)相應迅速、控制功率耗損小的優(yōu)點。交流伺服電機連續(xù)工作范圍大，機械特性比較硬，同時因為無電刷和換向器，因此工作可靠，維護保養(yǎng)要求低，同功率下較直流電機體積和重量更小[2]。
3 控制系統(tǒng)分類
3.1 集中控制系統(tǒng)
集中控制系統(tǒng)是一種結構簡單、成本低，使用一臺計算機可實現(xiàn)全部控制功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要的特點是可以充分利用PC資源的開放性，因此具有多種控制卡、可通過PCI插槽及標準串口、并口集成控制系統(tǒng)的開放性。同時該系統(tǒng)便于信息采集和分析，其整體和協(xié)調(diào)性較好，系統(tǒng)硬件的擴展較為方便。但其缺點是控制較為集中，出現(xiàn)問題影響范圍廣，缺乏相應的靈活性。
3.2 主從控制系統(tǒng)
主從控制系統(tǒng)主要通過主、從兩級的處理器進行全部功能的控制，其主系統(tǒng)主要實現(xiàn)管理、坐標變換、軌跡生成以及系統(tǒng)診斷等功能;而從系統(tǒng)主要是實現(xiàn)機器人的關節(jié)動作的控制。主從系統(tǒng)的控制主要特點是實時性較好，廣泛適用于高精度和高速度系統(tǒng)的控制使用。
3.3 分散控制系統(tǒng)
分散控制系統(tǒng)主要是將系統(tǒng)分為幾個模塊，每一模塊控制不同的任務和策略，系統(tǒng)會根據(jù)目標及任務進行綜合協(xié)調(diào)和分配，同時通過子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)完成控制，在該系統(tǒng)結構中因為子系統(tǒng)是由控制器和不同被控制對象或設備構成，各個子系統(tǒng)間通訊主要是通過網(wǎng)絡進行聯(lián)系。其特點是實時性好，容易實現(xiàn)擴展。
4 機器人控制器
工業(yè)機器人控制器是影響機器人性能的關鍵部件，是根據(jù)指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業(yè)任務的裝置，決定著機器人的性能優(yōu)勢�？刂破骺蛇M行多個任務操作，可具有網(wǎng)絡通信功能，生產(chǎn)效率更加高。其具有多任務功能、網(wǎng)絡功能、豐富的網(wǎng)絡通信功能。機器人的控制可分為串行、并行兩種結構類型，串行處理結構主要指控制算法采用串行機來進行處理。并行處理結構將控制算法并行處理。控制器的系統(tǒng)結構特點發(fā)展同時也朝著開放式系統(tǒng)結構、合理模塊化設計、高效任務劃分方向進行發(fā)展。同時也朝著實時性、多任務、網(wǎng)絡通信、直觀人機接口方向進行展望。
5 編碼器
編碼器是用來對控制對象的實際位置檢測的傳感器，是構成控制系統(tǒng)的必要元件。編碼器按照不同的形式可分為直線型、旋轉(zhuǎn)型編碼器和增量式、絕對式編碼器，四種類型。
旋轉(zhuǎn)光電編碼器主要由發(fā)射部分、碼盤以及檢測部分組成，發(fā)射部分即光源;碼盤為光柵盤在一定直徑的圓板上按照一定的編碼形成的開通若干個長方形孔;檢測部分處理檢測信號的電路板。
絕對編碼器是通過刻線碼道，每條碼道依次以2線、4線、8線、16線進行刻線編碼，在編碼器的每一個位置通過讀取每道刻線的通、暗，進而獲得從2的零次方到2的n-1次方的唯一二進制代碼，這樣就形成不受停電干擾的由光電碼盤機械位置位置編碼。
增量編碼器具有精度高、結構簡單，成本低的特點，可是實現(xiàn)無接觸測量，其廣泛適合測角，也可以適合測速。但其缺點是在脈沖傳輸中易干擾產(chǎn)生累積誤差。
6 結束語
本文通過對工業(yè)機械人中的電氣控制系統(tǒng)詳述，簡要的分析了電氣控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)機器人中的應用設計。電氣控制系統(tǒng)在經(jīng)過直接數(shù)字控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)。綜合運用計算機輔助設計、集散控制系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸形成了從產(chǎn)品設計及制造和生產(chǎn)管理的智能化生產(chǎn)的完整系統(tǒng)，將自動化生產(chǎn)技術推進到更高的水平。后續(xù)隨著微電子技術、電子電力技術、檢測傳感技術的發(fā)展，電氣控制技術將會得到更大的發(fā)展。
參考文獻
[1] 湯濤.現(xiàn)代工業(yè)機器人結構與電氣控制系統(tǒng)設計應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：22.
[2] 張秋，周波.機械設備的邏輯控制設計分析應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010：33.
