導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇工業(yè)機(jī)器人，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

尹鏇博說，這些“鋼鐵之軀”的到來恰逢中國(guó)人口拐點(diǎn)的到來，人口紅利逐漸消失帶來的招工難、成本高，使得未來雇傭機(jī)器人成為必然。

若從微觀角度來看，企業(yè)內(nèi)部也正在進(jìn)行勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，尹鏇博說：“以前3月到4月的大量招工潮或許會(huì)逐漸減退，但對(duì)于高附加值的工人需求在不斷提升，機(jī)器人與機(jī)器人之間協(xié)調(diào)和控制的崗位需求在誕生，只是原本超低附加值的工位被取代。”

在2015年末的第二屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，2006年就宣稱要用機(jī)器人代替工人的富士康創(chuàng)始人兼總裁郭臺(tái)銘表示，傳聞中的工人大規(guī)模失業(yè)只是杞人憂天，“未來工人會(huì)由當(dāng)前的手工勞作為主轉(zhuǎn)變?yōu)槟X力工作為主?！?/p>

那么，真正的替代潮是否已經(jīng)到來？

進(jìn)階工業(yè)2.0

羅克韋爾自動(dòng)化中國(guó)區(qū)市場(chǎng)推廣經(jīng)理李仲杰告訴記者，從公司多年為客戶提供自動(dòng)化解決方案的經(jīng)驗(yàn)來看，工業(yè)自動(dòng)化的運(yùn)用也有一個(gè)自上而下的過程，“以往更多是在資源密集型的重工業(yè)生產(chǎn)和汽車制造行業(yè)，比如在較早開始運(yùn)用機(jī)器人的汽車產(chǎn)業(yè)，如今很少看到大量工人的情況。不過近年來，食品飲料、包裝等消費(fèi)品行業(yè)以及生命客戶行業(yè)也開始成為我們新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)”。

尹鏇博也向記者表示，目前臺(tái)達(dá)所深耕的電子消費(fèi)品市場(chǎng)就是一個(gè)全新且巨大的市場(chǎng)，“以一臺(tái)機(jī)械手臂能夠取代3個(gè)人來估算，假設(shè)目前全國(guó)有1個(gè)億的制造工人，就有超過3000萬臺(tái)機(jī)械手臂的市場(chǎng)容量?！?/p>

只是，問題的關(guān)鍵在于，如何評(píng)估機(jī)器人的適用性？

以汽車制造業(yè)為例，雖然機(jī)器人的應(yīng)用可以保持工序的一致性，但機(jī)器人更適合大規(guī)模生產(chǎn)，“就以單個(gè)汽車廠為例，一次性投入的成本在百億以上，如果一年只生產(chǎn)幾百輛車，恐怕很難收回成本?！崩钪俳芨嬖V記者，機(jī)器人擅長(zhǎng)的更多是大批量重復(fù)單一動(dòng)作，所謂的“無人工廠”更接近于烏托邦，“如果生產(chǎn)線需要同時(shí)應(yīng)對(duì)多款車型，對(duì)于機(jī)械設(shè)備與控制系統(tǒng)的要求更為復(fù)雜，那么投入的資金與時(shí)間成本更巨大”。

如果細(xì)化至消費(fèi)電子企業(yè)本身，尹鏇博強(qiáng)調(diào)，因?yàn)閾碛写竽X和自我意識(shí)，人工顯然更適合辨識(shí)與靈活組合，這對(duì)現(xiàn)階段的機(jī)器人來說很困難，“未來，機(jī)器人的市場(chǎng)有多大，取決于它們?cè)谧R(shí)別領(lǐng)域能夠做得多深，可以多大程度上取代人的手工作業(yè)?！?/p>

劉陽(yáng)（化名）是富士康鄭州工廠的一名工人，負(fù)責(zé)iPhone6s的主裝工作，在工廠的3年間，他也擁有了越來越多機(jī)器人伙伴，其中大部分品牌來自日本，“現(xiàn)在的攝像頭、電池安裝、電池板焊接都由機(jī)器人來完成，單一工序，比如器材的投遞也全部由機(jī)械臂操作，但組裝部分，類似拋光、打磨等精細(xì)工序還是需要人工”。

此外，企業(yè)對(duì)于機(jī)器人的依賴程度，同樣的工位，偏好人還是機(jī)器人來完成？“管機(jī)器人容易，管理人會(huì)有各種問題，每個(gè)企業(yè)因人而異?！币洸┱f。

劉陽(yáng)也向記者證實(shí)：“在富士康內(nèi)部，一條生產(chǎn)線動(dòng)輒上百人，一個(gè)車間上千人，整個(gè)工廠幾萬人，很容易發(fā)生爭(zhēng)吵打架事件，管理壓力不小?！?/p>

當(dāng)然，很多人忽視的是，工業(yè)機(jī)器人是否被大范圍應(yīng)用，也取決于企業(yè)本身是否具備了自動(dòng)化的條件。臺(tái)達(dá)會(huì)定期前往客戶的工廠做自動(dòng)化可行性評(píng)估，但尹鏇博常常發(fā)現(xiàn)不少工廠連標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序都沒有建立起來，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)的一致性都沒有達(dá)到，對(duì)于并不具備學(xué)習(xí)能力的工業(yè)機(jī)器人而言，要上馬作業(yè)幾乎不可能?！昂芏嘀行∑髽I(yè)都誤以為，只要買了機(jī)器人，就可以解決他們很多事，其實(shí)不然，自動(dòng)化對(duì)于企業(yè)本身的要求并不低?！?/p>

如果將當(dāng)年美國(guó)福特第一條自動(dòng)化生產(chǎn)線的誕生作為工業(yè)2.0的標(biāo)志，那么正如工信部部長(zhǎng)苗圩所言，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大量中小企業(yè)還在做工業(yè)2.0的補(bǔ)課。

成本因素

中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，得益于汽車、電子、食品等行業(yè)規(guī)模的增長(zhǎng)，2014年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求量約6.14萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)約30.3%，而 2010年的需求量?jī)H為2.32萬臺(tái)。

尹鏇博告訴記者，臺(tái)達(dá)的調(diào)研顯示，2012年整個(gè)消費(fèi)電子行業(yè)，人與機(jī)器的生產(chǎn)比例大致為4：6，現(xiàn)在已超過3：7，甚至有些大型制造企業(yè)已達(dá)2：8?！耙?yàn)闄C(jī)器取代的進(jìn)展快，也讓國(guó)內(nèi)不少電子廠不需要追隨紡織廠、玩具工廠外遷來尋求更低的制造成本?！?/p>

那么雇個(gè)機(jī)器人有多貴？就目前工業(yè)機(jī)器人的投資回報(bào)周期來看，像臺(tái)達(dá)從2014年到2015年生產(chǎn)的DRS40L DRS60L以及DRV90三款3公斤負(fù)重的機(jī)器人，最短一年到一年半就能收回成本，從整體行業(yè)來看，3-5年為常規(guī)的回報(bào)周期，而汽車廠則通常以10年計(jì)。

那么有沒有可能進(jìn)一步下調(diào)價(jià)格，將回收周期縮短？尹鏇博坦言，價(jià)格有下降空間，但問題在于，現(xiàn)在銷售的機(jī)器人中，超過80%依賴進(jìn)口，即便剩下20%國(guó)產(chǎn)機(jī)器人，核心零部件還是必須進(jìn)口。

與諸多制造產(chǎn)業(yè)類似，國(guó)產(chǎn)化的比例很大程度上決定了成本高低。從機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)鏈來看，有兩大核心，首先是機(jī)械制造環(huán)節(jié)。盡管現(xiàn)在CPU的運(yùn)算速度一次次超越峰值，但是如何讓機(jī)械運(yùn)作跟得上系統(tǒng)速度？另一項(xiàng)，就是唇齒相依的控制層與感知層面的技術(shù)。

篇2

[關(guān)鍵詞]工業(yè)機(jī)器人 編程 示教

一、機(jī)器人編程語(yǔ)言系統(tǒng)的組成

機(jī)器人編程語(yǔ)言像一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),包括硬件、軟件和被控設(shè)備。即機(jī)器人語(yǔ)言包括語(yǔ)言本身、運(yùn)行語(yǔ)言的控制機(jī)、機(jī)器人、作業(yè)對(duì)象、周圍環(huán)境和設(shè)備接口等。機(jī)器人編程語(yǔ)言系統(tǒng)的組成如圖1所示。圖中的箭頭表示信息的流向,機(jī)器人語(yǔ)言的所有指令均通過控制機(jī)經(jīng)過程序的編譯、解釋后發(fā)出控制信號(hào)。

控制機(jī)一方面向機(jī)器人發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制信號(hào),另一方面,向設(shè)備發(fā)控制信號(hào),設(shè)備如機(jī)器人焊接系統(tǒng)中的電焊機(jī)以及機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)中的空壓機(jī)等。周圍環(huán)境通過感知系統(tǒng)把環(huán)境信息通過控制機(jī)反饋給語(yǔ)言,而這里的環(huán)境是指機(jī)器人作業(yè)空間內(nèi)的物置、姿態(tài)以及物體之間的相互關(guān)系。

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二、工業(yè)機(jī)器人的語(yǔ)言功能

1.運(yùn)算功能。運(yùn)算功能是機(jī)器人最重要的功能之一。對(duì)于裝有傳感器的機(jī)器人所進(jìn)行的主要是解析幾何運(yùn)算,包括機(jī)器人的正解、逆解、坐標(biāo)變換及矢量運(yùn)算等。根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果,機(jī)器人能自行決定工具或手爪下一步應(yīng)到達(dá)何處。

2.運(yùn)動(dòng)功能。運(yùn)動(dòng)功能是機(jī)器人最基本的功能。機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的是用它來代替人的繁復(fù)勞動(dòng),因此機(jī)器人發(fā)展到今天,不管其功能多么復(fù)雜,動(dòng)作控制仍然是其基本功能,也是機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的基本功能。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能就是機(jī)器人語(yǔ)言用最簡(jiǎn)單的方法向各關(guān)節(jié)伺服裝置提供一系列關(guān)節(jié)位置及姿態(tài)信息,由伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

3.決策功能。所謂決策的能就是指機(jī)器人根據(jù)作業(yè)空間范圍內(nèi)的傳感信息不做任何運(yùn)算而做出的判斷決策。這種決策功能一般用條件轉(zhuǎn)移指令由分支程序來實(shí)現(xiàn)。條件滿足則執(zhí)行一個(gè)分支,不滿足則執(zhí)行另一個(gè)分支。

三、機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)

要想操控機(jī)器人完全按照設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng),必須明確機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng),在什么情況下該用何種坐標(biāo)系。當(dāng)前的主流機(jī)器人都是采用6自由度,即6個(gè)能夠獨(dú)立活動(dòng)的坐標(biāo)軸,如圖2所示:

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機(jī)器人可以建立的坐標(biāo)系有“World坐標(biāo)系”,“Base坐標(biāo)系”,“Tool坐標(biāo)系”,“Axis軸坐標(biāo)系”四個(gè)。各個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)和用途均不一樣:Axis坐標(biāo)一般用來操作機(jī)器人的各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)(如果是六個(gè)自由度的機(jī)器人會(huì)有A1-A6六個(gè)軸,每個(gè)軸都有自己的旋轉(zhuǎn)方向和角度),機(jī)器人在運(yùn)行過程中需要各個(gè)軸之間配合運(yùn)動(dòng),有旋轉(zhuǎn)也有直線等;World坐標(biāo)系統(tǒng)主要是在編程的時(shí)候用來標(biāo)定機(jī)器人的初始位置以及零點(diǎn)位置,該坐標(biāo)系統(tǒng)類似于空間三維坐標(biāo)系統(tǒng);Tool坐標(biāo)主要是機(jī)器人在進(jìn)行實(shí)際工作時(shí)的一個(gè)參照坐標(biāo)系,他的工具可以是夾具、焊鉗或者噴槍等;Base坐標(biāo)主要是機(jī)器人相對(duì)于自身的坐標(biāo)系統(tǒng),其原點(diǎn)一般在機(jī)器人底座的中心點(diǎn)。

四、工業(yè)機(jī)器人的編程

所有的機(jī)器人編程主要是從定義機(jī)器人運(yùn)行軌跡和運(yùn)行方式入手的。當(dāng)前主流的機(jī)器人都是采用定義三種軌跡方式:點(diǎn)到點(diǎn),直線和圓弧。

1.點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng):工作空間內(nèi)機(jī)器人始終在兩點(diǎn)之間的定位,以最快的路徑進(jìn)行,而且所有的軸的移動(dòng)同時(shí)開始和結(jié)束,所有的軸必須同步;這時(shí)無法精確的預(yù)計(jì)機(jī)器人的軌跡。采用該語(yǔ)句進(jìn)行程序設(shè)計(jì)在實(shí)際操作過程中容易出現(xiàn)無法預(yù)知的運(yùn)動(dòng)軌跡,如圖3,容易造成一定的安全事故,因此,在編程的時(shí)候盡量不用或者少用該語(yǔ)句。

03

篇3

Meeting the requirement with easy， fast and efficient method is the target in the field of manufacturing. So an intelligent and automatic production line is really important. Germany has put forward the conception industry 4.0 and China also promotes the plan "Made in China 2025".

未來生產(chǎn)力

未來的工業(yè)大批量生產(chǎn)是怎么樣的？還有多少工作需要人工操作？筆者認(rèn)為隨著智能工業(yè)化的普及，機(jī)器人工業(yè)革命將離我們?cè)絹碓浇涸S多人工生產(chǎn)崗位被淘汰，取而代之的是智能化機(jī)器人更大規(guī)模的生產(chǎn)力以及有效的生產(chǎn)成本控制。

全球自動(dòng)化趨勢(shì)正加速到來，中國(guó)制造業(yè)面臨的最大難題將是機(jī)器智能和自動(dòng)化帶來的沖擊。在可預(yù)見的將來，機(jī)器人行業(yè)將與大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通信等進(jìn)行跨領(lǐng)域技術(shù)融合，基于服務(wù)創(chuàng)新的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系也許很快就要到來。

機(jī)器人出現(xiàn)在工廠里并不新鮮。幾乎在每一個(gè)制造業(yè)部門，從汽車到半導(dǎo)體，它們都變得不可或缺。電動(dòng)車企業(yè)特斯拉公司在加利福尼亞州弗里蒙特有個(gè)新計(jì)劃，要使用160個(gè)具有高度靈活度的工業(yè)機(jī)器人每星期組裝約400輛汽車。每當(dāng)一個(gè)新的汽車底盤到了流水線的下一個(gè)位置，便會(huì)有多個(gè)機(jī)器人圍上來，協(xié)同操作。機(jī)器人能夠使用機(jī)械手臂自主切換工具，完成各種任務(wù)。比如，同一個(gè)機(jī)器人能安裝座位、更換設(shè)備、涂黏合劑并將風(fēng)窗玻璃安裝到位。據(jù)國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)稱，工業(yè)機(jī)器人全球的出貨量在2000～2012年間增長(zhǎng)了60%以上，2012年的總銷售額約為280億美元。迄今為止，全球增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)是中國(guó)，機(jī)器人裝置在2005～2012年間以每年大約25%的速度增長(zhǎng)。

目前，工業(yè)機(jī)器人也有其局限性，對(duì)于指令只能做到簡(jiǎn)單規(guī)律性的重復(fù)，也就是說，還沒有達(dá)到所謂的“智能”。例如，在搬運(yùn)箱子過程中，只能完成從A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)輸，如果途中發(fā)生以外掉落，工業(yè)機(jī)器人無法自動(dòng)識(shí)別并將貨物拾起繼續(xù)完成運(yùn)輸。如今工業(yè)機(jī)器人的工作單一性也是局限之一，同一條生產(chǎn)線上很難實(shí)現(xiàn)根據(jù)客戶需求訂制完成幾個(gè)不同方案，可見還未達(dá)到真正的“智能化生產(chǎn)”，這也是工業(yè)機(jī)器人所追求的。

向工業(yè)4.0邁進(jìn)的KUKA機(jī)器人

2015年8月26日，世界領(lǐng)先的機(jī)器人公司KUKA ，登陸2015第十一屆上海國(guó)際汽車制造技術(shù)及裝備與材料展覽會(huì)（AMTS 2015）的車身焊裝工程展區(qū)，展示車身焊裝工程最先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)。

此次KUKA攜帶三臺(tái)機(jī)器人組成的機(jī)器人焊接與涂膠應(yīng)用工作站參展，展示柔性自動(dòng)化解決方案。其中有KUKA最新的重負(fù)載機(jī)器人FORTEC系列KR360 R2830，展示白車身零件的抓取和搬運(yùn)。而特別為汽車行業(yè)研發(fā)的QUANTEC系列KR210 R2700 extra， 則出色展示白車身零件的焊接應(yīng)用和涂膠應(yīng)用。

汽車財(cái)經(jīng)全媒體對(duì)庫(kù)卡機(jī)器人（上海）有限公司汽車行業(yè)銷售部經(jīng)理王磊進(jìn)行了專訪。機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用，他認(rèn)為機(jī)器人在如今工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用很廣，最具代表性的是汽車行業(yè)。KUKA工業(yè)機(jī)器人在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用占所有業(yè)務(wù)的50%～60%。王磊表示：“如今人工仍然是工業(yè)化進(jìn)程中最核心價(jià)值， 同時(shí)，機(jī)器人的應(yīng)用將成為定義行業(yè)未來發(fā)展的關(guān)鍵元素。高效、靈活以及最重要的安全的生產(chǎn)系統(tǒng)只有在充分尊重生產(chǎn)員工需求的基礎(chǔ)下，才有可能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的自動(dòng)化理念?！痹诒敬蜛MTS 2015上，KUKA不僅展示其產(chǎn)品怎樣提高客戶的競(jìng)爭(zhēng)力，更要證明公司如何在一個(gè)全球電子化的時(shí)代擁抱這個(gè)大趨勢(shì)。

KUKA機(jī)器人相對(duì)于這一領(lǐng)域其它品牌的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，在四大工業(yè)機(jī)器人家族中，KUKA在汽車行業(yè)中的應(yīng)用是全球最成功，在中國(guó)占有率最高、銷量最多；在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用包括整車廠中的焊接、涂膠、搬運(yùn)、裝配、緄邊、激光焊接、沖壓、總裝等環(huán)節(jié)；KUKA工業(yè)機(jī)器人平均2年維護(hù)更新一次，7～8年不壞，具有極高的可靠性，大大為企業(yè)減少了使用成本和投資成本； KUKA工業(yè)機(jī)器人在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上有著非常大的優(yōu)勢(shì)，其中中型機(jī)器人能夠基本完成焊裝車間95%的工作； KUKA機(jī)器人在材料方面也有革新，使其輕量化，用鋁合金作為材料；KUKA機(jī)器人目前全球裝機(jī)量已超過15萬臺(tái)。截至2015年8月底，KUKA機(jī)器人中國(guó)的訂單數(shù)已經(jīng)超過2014年的訂單數(shù)。和人工相比，工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的汽車零部件產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性更高，同時(shí)將人工從危險(xiǎn)、重復(fù)、繁重的工作當(dāng)中解放出來，參與到更加高級(jí)的智能化研發(fā)當(dāng)中。

庫(kù)卡機(jī)器人（上海）有限公司建立于2000年。庫(kù)卡公司工業(yè)機(jī)器人至今已在全球安裝了超過15萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。公司生產(chǎn)有效負(fù)荷能力3kg到1300kg的五軸和六軸機(jī)器人，其工作范圍從635mm到3900mm不等，全部由一臺(tái)基于計(jì)算機(jī)的操控平臺(tái)控制。KUKA機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、消費(fèi)產(chǎn)品、物流、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等工業(yè)上。主要應(yīng)用于材料處理、機(jī)床裝料、裝配、包裝、堆垛、焊接、表面修整等領(lǐng)域。

KUKA機(jī)器人在如今工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用很廣，最具代表性的是汽車行業(yè)。KUKA工業(yè)機(jī)器人在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用占所有業(yè)務(wù)的50% ～ 60%。

――庫(kù)卡機(jī)器人（上海）有限公司

篇4

【關(guān)鍵詞】 快速切換；工業(yè)機(jī)器人；安裝調(diào)試

隨著時(shí)代的發(fā)展，人類生產(chǎn)力的開始變革，人工逐漸被機(jī)械取代，開始廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的各個(gè)方面。尤其是工業(yè)機(jī)器人的誕生，在很多方面代替了人工勞動(dòng)，使生產(chǎn)向自動(dòng)化邁進(jìn)，顯著提高了生產(chǎn)效率。此外，工業(yè)機(jī)器人具有很多人工沒有的優(yōu)點(diǎn)，如適用性強(qiáng)、重復(fù)精度高等，這些優(yōu)點(diǎn)使其在電子、物流、化工和航天等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，使用工業(yè)機(jī)器人可以節(jié)約人力資源，增強(qiáng)企業(yè)的生產(chǎn)力，在相關(guān)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和提升裝備制造能力方面具有十分重要的意義。

一、工業(yè)機(jī)器人的定義

工業(yè)機(jī)器人是一類面向工業(yè)領(lǐng)域的具有多關(guān)節(jié)機(jī)械手的機(jī)器裝置，有一定的自動(dòng)性，主要是靠自身動(dòng)力和外界控制來實(shí)現(xiàn)功能的。它受人類操縱，按照預(yù)先編排的程序執(zhí)行指令。現(xiàn)代的改良版的工業(yè)機(jī)器人可以人工智能根據(jù)制定的原則綱領(lǐng)來運(yùn)作。除此之外工業(yè)機(jī)器人還具有一定的柔韌性和擴(kuò)展性，可以根據(jù)接收到的信號(hào)完成規(guī)定運(yùn)動(dòng)，從而快速適應(yīng)新環(huán)境。

工業(yè)機(jī)器人的手部還有一個(gè)名字就是末端操作器，是指機(jī)器人手腕上用來直接抓握零件或執(zhí)行作業(yè)的部分。工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)能力和效率深受其末端操作器能力的影響，因此可以通過以下操作提高機(jī)器人的作業(yè)能力、作業(yè)效率：改良操作器的設(shè)計(jì)，提高其靈活程度和臨場(chǎng)反應(yīng)能力，為機(jī)器人配置專門的工具庫(kù)和作業(yè)所需的相關(guān)操作器，定期更新末端操作器的自動(dòng)更新系統(tǒng)。結(jié)合上述方法，提高工業(yè)機(jī)器人工作能力，并在此基礎(chǔ)上使用工具庫(kù)中的各種操作器、借助工作自動(dòng)轉(zhuǎn)換來達(dá)到完成任務(wù)的目的。

二、快換裝置的優(yōu)點(diǎn)

快速轉(zhuǎn)換裝置的優(yōu)點(diǎn)如下：第一，可以在極短時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn)線的更換；第二，各種工具的更換快速準(zhǔn)確；第三，可以在應(yīng)用中同時(shí)使用多個(gè)末端執(zhí)行器，增加機(jī)器人柔性；第四，可自動(dòng)交換末端執(zhí)行器取代原有功能復(fù)雜的功能執(zhí)行器。

機(jī)器人快換裝置能夠做到在制造和裝備的過程中快速交換使用不同的末端執(zhí)行器，從而達(dá)到增加柔性的目的，已經(jīng)在自動(dòng)點(diǎn)焊、沖壓、檢測(cè)、裝配、包裝等操作方面廣泛應(yīng)用。另外，快換裝置能夠在一些突況下為其提供備份工具，減少意外事件的發(fā)生，機(jī)器人快換裝置自動(dòng)更換備用工具比人工更換工具更加快速方便。快速裝置還在一些非機(jī)器人領(lǐng)域，如托臺(tái)系統(tǒng)、人工材料抓舉等領(lǐng)域上有著十分積極的作用。

三、對(duì)工人機(jī)器人進(jìn)行安裝調(diào)試的意義

第一，影響設(shè)備性能。運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備如果出現(xiàn)安裝、調(diào)試不夠精準(zhǔn)的現(xiàn)象，設(shè)備就容易出現(xiàn)難以固定、震動(dòng)、移位等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致機(jī)器人無法按設(shè)計(jì)速度運(yùn)轉(zhuǎn)；型號(hào)較大的設(shè)備的重心如果沒有準(zhǔn)確固定在支撐點(diǎn)上，生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)傾斜，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響甚至危害工作人員的人身安全。

第二，影響設(shè)備壽命。如果兩個(gè)相連設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)軸的中心不在一條線上，那么運(yùn)轉(zhuǎn)中軸就會(huì)長(zhǎng)時(shí)間承受彎曲帶來的壓力，直徑較大的軸長(zhǎng)期處于此狀態(tài)，最終會(huì)斷裂；包含相對(duì)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，若安裝位置不夠準(zhǔn)確，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)面上就難以保持受力平衡，很快會(huì)出現(xiàn)磨損，帶來不同程度的損傷。

第三，影響設(shè)備的作業(yè)率。設(shè)備的安裝、調(diào)試準(zhǔn)確性沒有保障，發(fā)生故障的次數(shù)就會(huì)增加，就會(huì)需要修理、停機(jī)，嚴(yán)重影響各企業(yè)的生產(chǎn)狀況，對(duì)企業(yè)效益造成損傷。

四、安裝調(diào)試的具體操作

第一，了解程序。安裝調(diào)試設(shè)備的工作范圍確定后，就需要對(duì)整個(gè)工程的情況有一個(gè)詳細(xì)的了解，了解我們要安裝調(diào)試的設(shè)備在工程項(xiàng)目中的作用、整個(gè)項(xiàng)目中會(huì)用到哪些設(shè)備、各設(shè)備之間的關(guān)系、哪些設(shè)備比較關(guān)鍵，哪些設(shè)備之間的相互位置尺寸要做到絲毫不差、哪些可以適當(dāng)釋放。此外，還要詳細(xì)的研究分析安裝圖紙，掌握所安裝調(diào)試設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)功能，并尋找適合的工具和設(shè)備。

第二、制定方案。要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和風(fēng)俗習(xí)慣，對(duì)每臺(tái)設(shè)備制定科學(xué)詳盡的安裝調(diào)試方案，在制定過程中要考慮周全，準(zhǔn)備多個(gè)應(yīng)急方案，做到面面俱到、有的放矢，確保不會(huì)因發(fā)生意外情況而安裝調(diào)試質(zhì)量和進(jìn)度造成影響。此外，在進(jìn)場(chǎng)前，還應(yīng)制定相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書，作業(yè)指導(dǎo)書中要注明操作規(guī)程、要點(diǎn)、需用人員及設(shè)備、自檢要求等，還應(yīng)該為所需的安裝設(shè)備統(tǒng)一提供依據(jù)。作業(yè)指導(dǎo)書要一式五份，保證公司、客戶、監(jiān)理部門、安裝調(diào)試指揮部、現(xiàn)場(chǎng)施工隊(duì)等各有一份，避免出現(xiàn)不必要的麻煩。

第三，嚴(yán)格執(zhí)行操作方案。每安裝完一臺(tái)或一組設(shè)備，都要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的復(fù)查，在安裝連接設(shè)備時(shí)，也要對(duì)已安裝好的設(shè)備的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行詳細(xì)的復(fù)查，避免出現(xiàn)因尺寸變化造成整體返工的情況出現(xiàn)。設(shè)備全部安裝完以后要進(jìn)行一次認(rèn)真的自檢，盡量做到在調(diào)試驗(yàn)收前發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決出現(xiàn)的問題，達(dá)到安裝驗(yàn)收一次合格的高標(biāo)準(zhǔn)，保證設(shè)備安裝進(jìn)度正常，并在規(guī)定工期內(nèi)完工。

綜上所述，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用為各個(gè)行業(yè)帶來了諸多便利，通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人的制造理念、運(yùn)行原理和發(fā)明技術(shù)等方面的深入研究，并與相關(guān)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行密切合作，針對(duì)機(jī)器人應(yīng)用方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和突破，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在各大領(lǐng)域的發(fā)展與推廣。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：PLC控制；工業(yè)機(jī)器人；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；方案

引言

我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中涉及到重體力勞動(dòng)的工人數(shù)量不在少數(shù)，如何減輕工人勞動(dòng)量，提升生產(chǎn)效率，是諸多企業(yè)現(xiàn)階段急需解決的問題。在此背景下，基于PLC系統(tǒng)控制的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。

1工業(yè)機(jī)器人整體方案

1.1工業(yè)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)可分為執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分模塊，這些系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)工業(yè)機(jī)器人的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與操作指令。其中執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要構(gòu)成之一，該系統(tǒng)主要控制機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的正常運(yùn)行，將工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)零部件串聯(lián)起來并有效配合；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力控制中心，主要為執(zhí)行系統(tǒng)提供動(dòng)力，提供動(dòng)力的主要方式為液壓、氣壓和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)等；控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的大腦，主要負(fù)責(zé)控制和指揮工作，向執(zhí)行系統(tǒng)傳遞信息，因此也可稱為中樞管理系統(tǒng)，其主要依靠計(jì)算機(jī)和相關(guān)編程軟件實(shí)現(xiàn)功能，此外還需要電氣控制回路和電器元件等作為輔助。

1.2設(shè)計(jì)基本要求

工業(yè)機(jī)器人能否達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，都需要依據(jù)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行衡量。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)不同，其評(píng)價(jià)指標(biāo)也是不同的。機(jī)器人可以通過多種編程語(yǔ)言進(jìn)行控制，以此來完成復(fù)雜的制造任務(wù)。部分企業(yè)為了節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率，所使用的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)布局、機(jī)器大小、關(guān)節(jié)數(shù)、傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式等部分都會(huì)因操作功能不同而異。因此，在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)整體方案中，機(jī)器人必須滿足基本工作空間、機(jī)械自由度、有效負(fù)載、動(dòng)力等相關(guān)重要參數(shù)。

1.3伺服控制系統(tǒng)

伺服控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，其主要分為兩種操控方式：一是開環(huán)控制系統(tǒng)；二是閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)伺服控制系統(tǒng)主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)為整個(gè)結(jié)構(gòu)提供動(dòng)力；而閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)使用直流或交流作為動(dòng)力，兩者的動(dòng)力來源完全不同。此外，閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)采用的是負(fù)反饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的檢測(cè)元件將執(zhí)行部件的位移、轉(zhuǎn)角、速度等形變量變成電信號(hào)，之后將這種電信號(hào)傳遞到系統(tǒng)輸入端，與標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行比較，得出最終信號(hào)的大小，最后按照減小誤差的方法控制驅(qū)動(dòng)電路，并將誤差減小到零，而開環(huán)伺服控制系統(tǒng)則沒有此種功能。

2基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)置

在選擇PLC系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)本著實(shí)現(xiàn)基本功能的目標(biāo)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練、性能優(yōu)異的控制程序，并具有程序容量大（60K）、I/O點(diǎn)數(shù)多（4096點(diǎn)），運(yùn)算處理速度快（0.034μs），存儲(chǔ)器可擴(kuò)展性強(qiáng)（1M），與外部設(shè)備通信功能較強(qiáng)（USB接口、RS232接口）等主要特性。

另外，機(jī)器人需具有240K字節(jié)程序存儲(chǔ)器、128K字節(jié)標(biāo)準(zhǔn)RAM和496K字節(jié)標(biāo)準(zhǔn)ROM等設(shè)備模塊，為系統(tǒng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)提供必備條件。在PLC模塊中，檢測(cè)元件和執(zhí)行元件應(yīng)選擇適合的輸入和輸出模塊，做好系統(tǒng)分配，確定合適的冗余量。

信息選擇模塊是通過HMI實(shí)現(xiàn)交流的，其基于MC協(xié)議進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸，該協(xié)議能夠讀取系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和讀寫順序，全面把控PLC的蹤跡。此外，該種系統(tǒng)不需要編程功能，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)交互，操作起來極為方便。

2.2軟件程序設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人的軟件程序設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)軟件的控制程序進(jìn)行編程與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行PLC編程之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際控制需求編制程序流程圖，以下僅以搬運(yùn)系統(tǒng)為例。

圖1 搬運(yùn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

圖1中可以看到機(jī)器人通過5個(gè)示教程序來完成四個(gè)工藝過程的物料流轉(zhuǎn)，依次為毛坯件上料到生產(chǎn)過程1，生產(chǎn)過程1下料到生產(chǎn)過程2，生產(chǎn)過程2下料到生產(chǎn)過程3，生產(chǎn)工程3下料到生產(chǎn)過程4，生產(chǎn)過程4下料為成品。根據(jù)啟動(dòng)條件，搬運(yùn)機(jī)器人可以隨機(jī)啟動(dòng)，這種自動(dòng)化機(jī)器人在實(shí)際搬運(yùn)工作中運(yùn)行方便，能大大提高工作效率。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)制造的各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著我國(guó)信息技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)不斷發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)將會(huì)運(yùn)用到更廣泛的領(lǐng)域。因此，為了促進(jìn)工業(yè)又好、又快發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)應(yīng)該在未來更加滿足工業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求和人性化需求，以此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。

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[關(guān)鍵詞]PLC；工業(yè)機(jī)器人；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）29-0359-01

引言

目前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛用于機(jī)械制造業(yè)中，代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作。工業(yè)機(jī)器人多用在自動(dòng)工位上，由設(shè)備控制程序的啟動(dòng)和運(yùn)行。本文主要介紹如何利用GEPLC實(shí)現(xiàn)對(duì)FANUC系統(tǒng)機(jī)器人的自動(dòng)控制。

一、基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)概述

目前，PLC控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)以及CAD技術(shù)已經(jīng)成為了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域最關(guān)鍵的幾個(gè)技術(shù)。這幾個(gè)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，給現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的形成提供了巨大的幫助。近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的研究已經(jīng)進(jìn)入了關(guān)鍵階段，實(shí)現(xiàn)基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用也成為了現(xiàn)實(shí)。由于基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)可以在工業(yè)生產(chǎn)之中發(fā)揮重要作用，基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用水平已經(jīng)成為了衡量工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展水平的關(guān)鍵因素之一。基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)可以使得工業(yè)機(jī)器人在PLC系統(tǒng)的控制之下，自動(dòng)地完成工業(yè)生產(chǎn)過程之中要進(jìn)行的多功能型任務(wù)。除此之外，基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)還可以完勝一系列的工業(yè)生產(chǎn)工作，有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化生產(chǎn)。

二、基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的控制特點(diǎn)

基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在應(yīng)用中有著許多的優(yōu)良特性，其主要集中體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，PLC編碼控制器擁有著強(qiáng)大的控制性能，可以迅速地向工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)出指令信息，而且在對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的控制過程中，還可以通過聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的各種操作指令；其次，PLC編碼控制器擁有著可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，由于PLC編碼控制器擁有著相應(yīng)的編碼加密處理，這就形成了PLC編碼控制器的強(qiáng)大抗干擾能力，使得基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)；最后，PLC編碼控制器擁有著適用范圍廣的特點(diǎn)，目前，基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)可以廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，體現(xiàn)了其適用范圍的廣泛性。

三、基于PLC實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、底層控制器的選型

底層控制器作為控制系統(tǒng)的核心，其選擇的合適與否對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說十分重要，其性能直接影響了控制系統(tǒng)的可靠性、數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性等。移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境較惡劣，干擾源眾多，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高，所以選擇一種穩(wěn)定可靠地運(yùn)動(dòng)控制器至關(guān)重要，既要滿足系統(tǒng)要求，又要具有良好的可擴(kuò)展性和兼容性。

考慮到實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及可擴(kuò)展程度等問題，選擇PLC用于適合本系統(tǒng)的底層運(yùn)動(dòng)控制器。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

2、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)輪式全向移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行選型以后，根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人的硬件組成進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。移動(dòng)機(jī)器人的電氣系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：主電路、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路和PLC控制系統(tǒng)電路。

移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)主電路通過PLC和繼電器實(shí)現(xiàn)控制?？刂圃砣缦拢豪^電器由線圈和輔助觸點(diǎn)兩部分組成。當(dāng)線圈通電的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。在控制電路中，繼電器線圈的電壓為24V，繼電器線圈的一端與PLC數(shù)字量輸出相連，另一端與地相連。PLC的數(shù)字量輸出電壓為24V，通過控制PLC數(shù)字量的輸出進(jìn)而控制繼電器線圈的通電和斷電，繼電器觸點(diǎn)所控制的元件就會(huì)得電和失電。

3、I/O配置段設(shè)計(jì)

I/O配置段包括I/O刷新周期（典型為4ms）和I/O數(shù)據(jù)映像區(qū)大小信息，通過軟PLC編程系統(tǒng)的工程配置模塊進(jìn)行可視化配置，以適應(yīng)不同機(jī)器人應(yīng)用程序?qū)/O設(shè)備的不同需求。長(zhǎng)度固定為16字節(jié)，內(nèi)容包括I/O刷新周期、本地?cái)?shù)字輸入LDI（Local Digital Input）單元個(gè)數(shù)、本地?cái)?shù)字輸出LDO（Local Digital Output）單元個(gè)數(shù)、本地模擬輸入LAI（Local Analog Input）單元個(gè)數(shù)、本地模擬輸出LAO（Local Analog Output）單元個(gè)數(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)字輸入RDI（Remote Digital Input）單元個(gè)數(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)字輸出RDO（Remote Digital Output）單元個(gè)數(shù)、遠(yuǎn)程模擬輸入RAI（RemoteAnalogInput）單元個(gè)數(shù)、遠(yuǎn)程模擬輸出RAO（Remote Analog Output）單元個(gè)數(shù)。

4、PLC程序設(shè)計(jì)

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在中國(guó)制造2050和工業(yè)4.0“機(jī)器換人”的大背景下，中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)正由制造向智造轉(zhuǎn)型升級(jí)。本文在鉛蓄電池極板生產(chǎn)線中引入工業(yè)機(jī)器人，開發(fā)了一種極板搬運(yùn)工作站，并進(jìn)行了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大大提電池極板生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

【關(guān)鍵詞】

工業(yè)機(jī)器人；電池極板；搬運(yùn)工作站

鉛蓄電池是一種技術(shù)成熟且安全性能好的能源，工業(yè)和生活領(lǐng)域的發(fā)展，如低速電動(dòng)車、通訊設(shè)備儲(chǔ)能等都離不開鉛蓄電池，尤其是電動(dòng)車是減少大氣污染的重要措施。然而在電池極板生產(chǎn)中，行業(yè)內(nèi)規(guī)?；\(yùn)作的企業(yè)主要還是依靠勞動(dòng)力手工操作，特別是電池極板上下料搬運(yùn)作業(yè)，其勞動(dòng)工作強(qiáng)度大，員工搬運(yùn)工作效率低下、同時(shí)鉛粉污染危害健康人員的身體，影響工人的工作壽命[1]，其發(fā)展急需產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備，形成了一些具有競(jìng)爭(zhēng)力的著名公司，如瑞典的ABB，日本的FANUC、安川，德國(guó)的KUKA[2-3]，占領(lǐng)國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的大部分份額。在國(guó)內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人受制核心零部件和工藝原因，還在剛起步。目前有沈陽(yáng)新松、廣州數(shù)控設(shè)備有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化有限公司等，在系統(tǒng)集成和核心零部件進(jìn)行了相關(guān)的研究和突破，都有了相應(yīng)的進(jìn)展。同時(shí)國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了一大批以工業(yè)機(jī)器人集成技術(shù)為中心的公司，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的集成應(yīng)用，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，為制造業(yè)、快消行業(yè)等服務(wù)工作。工業(yè)機(jī)器人是一種能模仿人工操作，可編程和自動(dòng)控制的高端智能裝備，具有高自動(dòng)化、柔性化，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0“機(jī)器換人”戰(zhàn)略的核心，是“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的重要組成部分。在鉛蓄行業(yè)，引入工業(yè)機(jī)器人，可以代替手工操作的同時(shí)可以大大提電池極板生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)安全和提高企業(yè)的效益[4]。因此，機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站的研究對(duì)鉛蓄行業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站的設(shè)計(jì)

目前工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用，主要以機(jī)器人人工作站和機(jī)器人工作生產(chǎn)線的形式進(jìn)行整合集成應(yīng)用。搬運(yùn)機(jī)器人工作站，它的主要工作任務(wù)針對(duì)重物、消耗人力大且動(dòng)作簡(jiǎn)單重復(fù)的搬運(yùn)和貯藏工作[5]，如機(jī)床上下料、堆料碼垛，機(jī)床柔性線等。針對(duì)電池極板的幾何特性分析和工藝要求，進(jìn)行極板機(jī)器人搬運(yùn)工作站的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1.1工作站工作原理機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站由搬運(yùn)機(jī)器人、電池極板輸送機(jī)、極板架和控制系統(tǒng)等組成。機(jī)器人工作站以工業(yè)機(jī)器人為工作核心，極板輸送機(jī)和極板架都在機(jī)器人工作空間內(nèi)，工作時(shí)，電池極板由極板輸送機(jī)運(yùn)送至輸送機(jī)末端定位點(diǎn)，然后等待機(jī)器人抓取電池極板，機(jī)器人收到相應(yīng)的傳感器信號(hào)后，按照預(yù)先規(guī)劃的路徑到達(dá)極板位置，末端夾取執(zhí)行器夾手對(duì)其進(jìn)行夾取，然后按照規(guī)劃軌跡搬運(yùn)至極板架位置，將極板準(zhǔn)確放置于極板架上，代替人工作業(yè)。

1.2工作站機(jī)器人選型衡量工業(yè)機(jī)器人的指標(biāo)很多，有自由度、工作空間、定位精度及重復(fù)定位精度、承載能力及最大工作速度等。極板搬運(yùn)工作站的機(jī)器人選型主要考慮以下幾個(gè)重要指標(biāo)：（1）自由度指標(biāo)，它是衡量機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活程度的參數(shù)，是衡量機(jī)器人的重要指標(biāo)，自由度越多，機(jī)器人越靈活，一般地工業(yè)機(jī)器人的自由度為3-6個(gè)。（2）工作空間指標(biāo)，它指的是機(jī)器人的工作范圍，機(jī)器人腕部或者末端執(zhí)行器能達(dá)到的最大范圍，工作空間越大，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍越大。在運(yùn)動(dòng)控制中，注意機(jī)器人的極限位置，注意抓取位置和極限位置的考慮。（3）承載能力指標(biāo)，機(jī)器人在工作范圍內(nèi)任何位置能承受最大的載荷，取決于負(fù)載的質(zhì)量、速度和加速度等，同時(shí)要考慮末端執(zhí)行器的質(zhì)量，故機(jī)器人承載能力是末端執(zhí)行器和機(jī)械手抓取負(fù)載的總和還要大。（4）定位精度指標(biāo)，機(jī)器人實(shí)際位置與理想位置之間的偏差，同時(shí)重復(fù)定位精度是考驗(yàn)一個(gè)機(jī)器人同一環(huán)境和條件下，重復(fù)若干次其分散的偏差值，機(jī)器人多次重復(fù)到相同位置的偏差越小，機(jī)器人的重復(fù)定位值越高。通過這幾個(gè)指標(biāo)，極板搬運(yùn)機(jī)器人工作站可以選擇工作空間大、承載能力強(qiáng)、定位精度高的6自由度工業(yè)機(jī)器人作為機(jī)器人工作的機(jī)器本體，設(shè)計(jì)相應(yīng)的安裝座，以它為中心來設(shè)計(jì)整個(gè)工作站的安裝控件。同時(shí)，6自由度的機(jī)器人具有較高的靈活性，方便完成極板的抓取和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路徑的軌跡規(guī)劃。

1.3末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)一般是針對(duì)作用對(duì)象進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)，它是機(jī)器人操作與目標(biāo)對(duì)象直接接觸進(jìn)行工作，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件，它可以擴(kuò)大工作空間范圍，提升工作作業(yè)能力具有非常重要的作用。有電磁式、氣動(dòng)式、機(jī)械式等，其中機(jī)械式夾取可以分為雙指式和多指式，其中雙指式又分為回轉(zhuǎn)式和平移式。根據(jù)電池極板的幾何外形，故末端執(zhí)行器夾具可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的平移型二指手抓對(duì)其進(jìn)行抓取，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)具有響應(yīng)動(dòng)作快，靈活，動(dòng)力清潔等優(yōu)點(diǎn)，其平移范圍必須大于極板的橫向尺寸。

1.4電池極板輸送機(jī)電池極板輸送機(jī)由支架，輸送鏈、輸送槽、極板定位板等組成，其中輸送鏈安裝在機(jī)架的若干個(gè)鏈槽內(nèi)。工作時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)，然后鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)構(gòu)對(duì)放置在其上面的電池極板進(jìn)行傳送。采用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，啟動(dòng)時(shí)電池極板運(yùn)行平穩(wěn)，無打滑現(xiàn)象，其適用于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

2控制系統(tǒng)

機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站電氣控制系統(tǒng)主要的功能實(shí)現(xiàn)包括：①工業(yè)機(jī)器人示教、調(diào)試編程與自動(dòng)運(yùn)行等功能；②極板末端執(zhí)行器氣缸動(dòng)作、傳感器的信號(hào)傳遞，實(shí)現(xiàn)抓??；③工業(yè)機(jī)器、PLC和人機(jī)界面交互和參數(shù)的設(shè)置；④整個(gè)極板搬運(yùn)工作站的實(shí)現(xiàn)。

2.1極板工作站控制系統(tǒng)組成極板搬運(yùn)工作站的控制系統(tǒng)包括：①PLC控制系統(tǒng)；②機(jī)器人控制系統(tǒng)；③示教器。其主要系統(tǒng)采用PLC為控制核心，機(jī)器人控制器的I/O信號(hào)模塊與PLC通信模塊可以直接或者間接通信，電池極板輸送鏈上的極板信號(hào)和極板末端執(zhí)行器信號(hào)也是通過PLC然后傳遞給機(jī)器人，進(jìn)行信號(hào)的傳遞。工作時(shí)，搬運(yùn)機(jī)器人按照人工示教好的程序正常運(yùn)行，同時(shí)受PLC的控制。（1）機(jī)器人示教器，機(jī)器人編程有離線編程和示教編程，示教再現(xiàn)是機(jī)器人編程應(yīng)用較廣的編程方式。工作人員觀察產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝流程，然后根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作位姿、工作路徑、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，按照需要的任務(wù)要求完成機(jī)器人編程示教。整個(gè)編程過程中，機(jī)器人示教器是一個(gè)重要的編程設(shè)備，通過其對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。（2）機(jī)器人控制器其核心是多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸機(jī)器人的關(guān)節(jié)伺服控制，同時(shí)又相應(yīng)的機(jī)器人專用端口和機(jī)器人通用端口和PLC進(jìn)行信息傳遞，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的總線控制和以太網(wǎng)控制端口，方便與外部設(shè)備通訊。（3）PLC控制柜，其以PLC為控制核心，將機(jī)器人控制柜、傳感系統(tǒng)、人機(jī)界面進(jìn)行集成控制，整個(gè)搬運(yùn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要依賴PLC的邏輯控制的調(diào)試與實(shí)現(xiàn)，具有非常重要的作用。

2.2控制軟件設(shè)計(jì)機(jī)器人工作站的控制軟件設(shè)計(jì)以PLC為中心實(shí)現(xiàn)。根據(jù)搬運(yùn)工作站的工作原理，首先采用示教器對(duì)機(jī)器人進(jìn)行軌跡路徑規(guī)劃，考慮機(jī)器人在搬運(yùn)極板時(shí)所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能，以最舒服的姿態(tài)來進(jìn)行工作。將機(jī)器人進(jìn)行軌跡示教完成以后，再根據(jù)機(jī)器人抓取執(zhí)行器極板準(zhǔn)備、極板到位、進(jìn)行抓取、機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)到極板架放置，放置結(jié)束后重新循環(huán)開始的整個(gè)過程，然后進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)初始化、手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、信號(hào)顯示系統(tǒng)和系統(tǒng)復(fù)位。（1）系統(tǒng)初始化：當(dāng)整個(gè)控制系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，按一下初始化按鈕，機(jī)器人搬運(yùn)工作站所有的執(zhí)行動(dòng)作按照一定的先后順序恢復(fù)到預(yù)先的原始位置，使機(jī)器人工作站處于準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備開始工作。（2）手動(dòng)運(yùn)行：機(jī)器人單機(jī)示教軌跡路徑，完成路徑的最佳規(guī)劃，手動(dòng)運(yùn)行是用來對(duì)整個(gè)機(jī)器人各個(gè)功能塊進(jìn)行調(diào)試時(shí)的狀態(tài)。通過手動(dòng)運(yùn)行模塊，可以調(diào)試抓取執(zhí)行器的開合動(dòng)作，以此來進(jìn)行極板的抓取力度調(diào)節(jié)。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)抓取后整機(jī)聯(lián)合運(yùn)行調(diào)試操作，讓機(jī)器人、末端執(zhí)行器和極板輸送架達(dá)到最佳狀態(tài)。（3）自動(dòng)運(yùn)行：自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)是整機(jī)連續(xù)工作狀態(tài)，一旦參數(shù)都設(shè)置好后，正常情況下進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人能自動(dòng)完成電池極板的抓取，搬運(yùn)、放置循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，可以通過按鈕或者觸摸屏上的啟動(dòng)開始，接受停止指令后停止。其程序的設(shè)計(jì)可以采用步進(jìn)順序控制，按照一定的生產(chǎn)流程來實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人極板的搬運(yùn)工作。（4）信號(hào)顯示系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)：通過信號(hào)顯示可以觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可以觀察其各功能狀態(tài)，通過信號(hào)顯示來判斷程序運(yùn)行的進(jìn)度、狀態(tài)以及極板的搬運(yùn)數(shù)量。同時(shí)一旦出現(xiàn)故障，可以通過報(bào)警燈來提示故障問題，通過觸摸屏顯示系統(tǒng)快速找到故障點(diǎn)，并且可以通過相應(yīng)的復(fù)位系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

2.3人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，主要通過觸摸屏和組態(tài)來實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)和人的人機(jī)交互，通過信息的交流來實(shí)現(xiàn)人對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的控制。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的純按鍵操作平臺(tái)逐漸被觸摸屏所取代，可以克服接線繁瑣、按鈕多等諸多問題。同時(shí)，隨著組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，可以組建適合工業(yè)生產(chǎn)相應(yīng)的控制系統(tǒng)界面，包啟動(dòng)、停止、循環(huán)、單機(jī)及數(shù)等功能，同時(shí)可以制作相應(yīng)效果更好的系統(tǒng)界面。本文選取昆侖通態(tài)的觸摸屏為人機(jī)交互界面，同時(shí)通過昆侖的MCGS組態(tài)軟件集成實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工作站的控制要求，根據(jù)機(jī)器人工作站功能及控制任務(wù)的要求，配置相應(yīng)的對(duì)象定義，編輯屬性和狀態(tài)特征等，同時(shí)制作組態(tài)畫面來顯示狀態(tài)信號(hào)和一系列的人機(jī)操作等。人機(jī)界面完成控制硬件與軟件的聯(lián)系，建立了操作人員與監(jiān)控層的控制與溝通平臺(tái)，在機(jī)器人搬運(yùn)工作中方便靈活。

3總結(jié)

本文開發(fā)了一種鉛蓄電池的極板搬運(yùn)機(jī)器人工作站，該極板搬運(yùn)機(jī)器人工作站可以實(shí)現(xiàn)極板輸送、定位抓取、搬運(yùn)、放置等功能，同時(shí)控制系統(tǒng)采用PLC和昆侖人機(jī)界面進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)整機(jī)的運(yùn)行，其操作性高、性能穩(wěn)定，從而代替人工實(shí)現(xiàn)極板的自動(dòng)搬運(yùn)，大大提高工作效率。

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篇8

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人；市場(chǎng)需求；關(guān)鍵技術(shù)；問題

工業(yè)機(jī)器人制造和發(fā)展的過程中涉及到的技術(shù)和領(lǐng)域非常多，包括機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)等，通過多種高新技術(shù)的整合形成的一種綜合式的研究領(lǐng)域，因此，工業(yè)機(jī)器人在發(fā)展的過程中對(duì)所有涉及到的科學(xué)領(lǐng)域都一定的聯(lián)系。隨著工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化等成都越來越高，其在使用的過程中能夠滿足人們的更多需求，本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

1、機(jī)器人發(fā)展歷程

1.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展史

我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人起步較晚，大概在上世紀(jì)70年代才開始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究，到目前為止，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的時(shí)間。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的前期研究，其主要是自主研發(fā)，在這一過程中面臨的問題較多，導(dǎo)致發(fā)展較為緩慢，隨后我國(guó)將其列入到我國(guó)的國(guó)家計(jì)劃中，發(fā)展速度開始加快，特別是幾個(gè)五年計(jì)劃中對(duì)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的技術(shù)支持，為我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展提供了充足的動(dòng)力。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)和制造逐漸為用戶帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)也逐漸被引進(jìn)我國(guó)，國(guó)內(nèi)的各行各業(yè)也在逐漸將生產(chǎn)設(shè)備向著自動(dòng)化技術(shù)前進(jìn)，這都為我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。截止到目前，我國(guó)的北進(jìn)和上海等城市已經(jīng)擁有了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，一些產(chǎn)品已經(jīng)投入了市場(chǎng)，為我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

1.2 國(guó)外發(fā)展史

世界上工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最先進(jìn)的國(guó)家是日本，在當(dāng)前，全球大約有40%的工業(yè)機(jī)器人來源于日本，其不論是在工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)含量以及市場(chǎng)的發(fā)展中都具有非常大的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)著世界機(jī)器人市場(chǎng)的最大份額。在2004年，日本將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入到國(guó)家的新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中，隨后又在其他的發(fā)展戰(zhàn)略中將工業(yè)機(jī)器人發(fā)展列入其中，通過日本政府的重視，日本的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展具有非常好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等支持，為日本的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部條件。此外，還有機(jī)器人的誕生地美國(guó)，其對(duì)機(jī)器人的研究最早，經(jīng)過40多年時(shí)間的發(fā)展，美國(guó)的工業(yè)人機(jī)器人已經(jīng)具有非常雄厚的資金和技術(shù)支持，國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商具有較高的科研能力，為美國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供了有力的技術(shù)和資金支持，其他的像西方的發(fā)達(dá)國(guó)家，其對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展都具有相當(dāng)高的重視，這為其國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的氛圍。

2、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，其主要是為了滿足制造生產(chǎn)的高效和高精度，為此，未來的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展將逐漸向著高速、高精和智能化等方向發(fā)展，通過日本的機(jī)械學(xué)會(huì)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展研究得知，隨著工業(yè)機(jī)器人的精度設(shè)計(jì)水平提高，其將會(huì)向著重復(fù)定位精度方向發(fā)展，這為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用創(chuàng)造了非常大的優(yōu)勢(shì)。此外，各種新材料的開發(fā)和利用也使得工業(yè)機(jī)器人能夠不斷減輕自身的重量，為其應(yīng)用提供更加便利的條件，下面對(duì)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹：

首先是工業(yè)及其熱的精密化和柔性化等特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)器人在開發(fā)和使用的過程中涉及到的技術(shù)種類較多，為了保證工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展，需要通過有效的技術(shù)檢測(cè)來對(duì)工業(yè)機(jī)器人的管理進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和控制等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的品質(zhì)和產(chǎn)量雙增加。此外，隨著當(dāng)前可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念的盛行，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展也將逐漸向著低能耗、無污染的方向前進(jìn)，著將是為來工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展最高水平。

然后是工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化成套裝備，其在生產(chǎn)的過程中更加注重產(chǎn)品的精細(xì)化加工和生產(chǎn)，隨著我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，其逐漸向著高智能化的方向前進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和數(shù)字化等特點(diǎn)。

然后是工業(yè)機(jī)器人以及成套的自動(dòng)化設(shè)備，這是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，像制造業(yè)中的生產(chǎn)、安裝和檢測(cè)等都對(duì)其具有較高的技術(shù)要求，且這些設(shè)備廣泛應(yīng)用在汽車的整體以及單個(gè)零件的生產(chǎn)中，此外還有軍工和金融等多個(gè)行業(yè)。

3、國(guó)際市場(chǎng)需求分析

根據(jù)IFR的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以得知，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)和銷售目前已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)非?？捎^的水平，在2008年，全球的工業(yè)機(jī)器人安裝就達(dá)到了11.3萬套，而對(duì)應(yīng)的銷售額也達(dá)到了62億美元的總體水平，大約占據(jù)了整體市場(chǎng)容量的三分之一左右。隨后，每年的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)和安裝也在逐漸增加，除了2008年和2009年金融危機(jī)的影響，后續(xù)幾年工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)和銷售額都在穩(wěn)步增長(zhǎng)中。對(duì)于我國(guó)當(dāng)前的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)、制造和銷售，僅僅有30%是國(guó)產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人，而其他的市場(chǎng)份額幾乎被美日德等發(fā)達(dá)國(guó)家占據(jù)完全，通過對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求是非常大的。在國(guó)際市場(chǎng)上，我國(guó)是工業(yè)機(jī)器人進(jìn)口最大的國(guó)家之一，且我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展速度也是非常快的。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷成熟，國(guó)際上也出現(xiàn)了一批具有高端技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)廠家，像KUKA和ABB等，這些工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商的技術(shù)水平非常高，在國(guó)際市場(chǎng) 上占有非常高的地位。

通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，其在制造業(yè)中的應(yīng)用具有非常廣闊的前景，像機(jī)械加工和焊接等操作匯總，機(jī)器人的使用能夠大大提高施工水平，且產(chǎn)品的質(zhì)量也非常高，避免了人工操作過程中可能出現(xiàn)的各種失誤。通過工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)和發(fā)展，其大大推動(dòng)了世界工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。像產(chǎn)線的裝配機(jī)器人，其在自動(dòng)化裝配產(chǎn)線中的應(yīng)用減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了生產(chǎn)過程中的人工成本，為企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了更大的價(jià)值。

4、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)分析

對(duì)于常規(guī)的工業(yè)機(jī)器人來說，其組成部分主要包括機(jī)械主體和控制系統(tǒng)等，通過這幾個(gè)基本的組成部分就能夠?qū)崿F(xiàn)一些常規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)操作。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來說，其中的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)等對(duì)其具有決定性的影響，為了保證工業(yè)機(jī)器人的高精度生產(chǎn)和高性能運(yùn)行以及穩(wěn)定的操作等，需要對(duì)工業(yè)機(jī)器人的這些系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。在當(dāng)前，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人研究對(duì)其中的關(guān)鍵性技術(shù)仍然沒有完全掌握和開發(fā)，這對(duì)我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展具有非常大的限制。

4.1高精度減速機(jī)

在當(dāng)前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展中，高精度機(jī)器人的關(guān)節(jié)減速器大部分都是依賴國(guó)外的廠家提供，這對(duì)我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展是一項(xiàng)嚴(yán)重的限制。為了更好的實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化，我國(guó)的部分高校開始致力于高精度擺線針輪減速機(jī)的開發(fā)和研究，到目前為止，我國(guó)已經(jīng)研究出了能夠替代諧波減速機(jī)的相關(guān)產(chǎn)品，但由于我國(guó)的相關(guān)技術(shù)還不完善，高精度減速機(jī)的研制過程中還存在著一些技術(shù)問題，下面對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析：

首先是材料的成型控制技術(shù)，為了保證工業(yè)機(jī)器人的正常使用，需要對(duì)其RV減速機(jī)的減速齒輪進(jìn)行高耐磨等性能的提高，這樣才能保證工業(yè)機(jī)器人的高精度，因此，對(duì)于RV減速機(jī)的相關(guān)材料具有非常高的要求，這體現(xiàn)在材料化學(xué)中的各種構(gòu)成材料含量等的控制方面。然后是對(duì)于一些特殊部件的加工技術(shù)，對(duì)于RV減速機(jī)，其中的非標(biāo)特殊軸承是最為復(fù)雜的組成元件之一，在生產(chǎn)的過程中需要保證其間隙的準(zhǔn)確性，這就要求對(duì)該器件的生產(chǎn)采用一些特殊的生產(chǎn)模式，但在當(dāng)前我國(guó)還沒有找到最佳的生產(chǎn)方法。然后是裝配技術(shù)的精密性，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，其在使用的過程中具有較大的減速效果，因此，在進(jìn)行實(shí)際的裝配時(shí)需要結(jié)合當(dāng)前的精密裝配技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的精密裝配，保證其良好的減速效果，通過對(duì)RV輸出軸側(cè)隙的零標(biāo)準(zhǔn)控制，使工業(yè)機(jī)器人具有較好的靜剛度。

4.2電機(jī)和高精度伺服驅(qū)動(dòng)器

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，其在使用的過程中需要具有較高精度的控制，而傳統(tǒng)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器很難滿足這一要求，為此需要采用專業(yè)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的精確控制。在國(guó)外的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)中，以及設(shè)計(jì)制造了專業(yè)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其能夠保證工業(yè)機(jī)器人的高效節(jié)能和低噪音等效果。而在我國(guó)國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人制造和生產(chǎn)中，還沒有專門的高性能電機(jī)和伺服器制造企業(yè)，主要是其中的關(guān)鍵技術(shù)沒有掌握，下面對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹：首先是伺服控制器的快響應(yīng)技術(shù)，在當(dāng)前的工業(yè)機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)中主要是由三個(gè)方面控制的，每一部分對(duì)工業(yè)機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)都有非常重要的影響，像驅(qū)動(dòng)器內(nèi)環(huán)的深度等，其是影響工業(yè)機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵性技術(shù)，對(duì)電機(jī)的電流環(huán)具有直接的影響，但由于我國(guó)的電流環(huán)在干擾觀測(cè)和前饋補(bǔ)償算法等方面的設(shè)計(jì)存在著較大的差距，導(dǎo)致其內(nèi)部的預(yù)測(cè)模型無法實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)的優(yōu)化。此外，還有在線參數(shù)的自整定技術(shù)辨識(shí)功能較差等都對(duì)我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人電機(jī)和驅(qū)動(dòng)具有較大的影響。

5、總結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展迎來了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇，特別是企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求增加，國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展技術(shù)不斷成熟以及國(guó)家的大力支持等，這些都為我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。但由于我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人起步較晚，很多的核心技術(shù)還沒有完全掌握，因此，相關(guān)部門需要加快對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的人才支持，促進(jìn)我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人的研究和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]駱敏舟，方健，趙江海.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2015，01：1-4.

篇9

Abstract： Based on the national model of Nanning College for Vocational Technology， the paper presents the curriculum model building by schools and enterprises from innovation of teaching model， reform of content， organization and implementation， reform on teaching method， development of informatization teaching method and teaching environment， and course evaluation reform.

關(guān)鍵詞： 校企共建；課程設(shè)計(jì)；工業(yè)機(jī)器人

Key words： building by schools and enterprises；design of the program；industrial robot

中圖分類號(hào)：TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）13-0263-02

0 引言

南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院是全國(guó)首批28所、廣西首家國(guó)家示范性高職院校，《工業(yè)機(jī)器人安裝編程調(diào)試》是學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)（工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方向）的核心課程，以工作過程為導(dǎo)向，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)開發(fā)建設(shè)，通過校企共建模式做了一些探索實(shí)踐。

1 明確課程定位、教學(xué)目標(biāo)、建設(shè)目標(biāo)

1.1 機(jī)電一體化專業(yè)（工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方向）培養(yǎng)目標(biāo) 培養(yǎng)擁護(hù)黨的基本路線，遵紀(jì)守法，適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用第一線需要的，德、智、體、美等方面全面發(fā)展，具有必備的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和專門知識(shí)及勞動(dòng)技能，具有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神，可從事工業(yè)機(jī)器人等智能裝備、自動(dòng)控制設(shè)備生產(chǎn)和使用的制造、安裝、調(diào)試、編程、操作、維修、養(yǎng)護(hù)和技術(shù)管理及營(yíng)銷服務(wù)等工作的高技能應(yīng)用型專門人才。

1.2 課程定位 本課程是在機(jī)電一體化專業(yè)（工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方向）中開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，它是介于前續(xù)課程與頂崗實(shí)習(xí)之間的綜合性課程，為了滿足工業(yè)機(jī)器人行業(yè)要培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人裝配調(diào)試、操作維修、設(shè)備維護(hù)管理專業(yè)人才需要。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解工業(yè)機(jī)器人安裝與調(diào)試的一般流程方法，能夠獨(dú)立完成工業(yè)機(jī)器人的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、維修等工作。為學(xué)生后續(xù)頂崗實(shí)習(xí)和今后從事工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.3 課程教學(xué)目標(biāo) 通過學(xué)習(xí)課程工作任務(wù)的完成，使學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人的分類、特點(diǎn)、組成、工作原理等基本理論和技術(shù)，掌握工業(yè)機(jī)器人的安裝、編程、調(diào)試的一般方法與流程，具備工業(yè)機(jī)器人的安裝、編程、調(diào)試、故障檢測(cè)與維修，設(shè)備管理等解決實(shí)際問題的基本技能，提高其實(shí)際應(yīng)用技能，并使學(xué)生養(yǎng)成善于觀察、獨(dú)立思考的習(xí)慣，同時(shí)通過教學(xué)過程中的案例強(qiáng)化學(xué)生的職業(yè)道德意識(shí)和職業(yè)素質(zhì)養(yǎng)成意識(shí)。

1.4 課程建設(shè)目標(biāo) 根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定了課程建設(shè)目標(biāo)：編寫適合校企課程的教材，擴(kuò)充及完善現(xiàn)有的多媒體教學(xué)資源，建立課程教學(xué)網(wǎng)站，擴(kuò)充設(shè)備條件，校企共建校內(nèi)、校外實(shí)訓(xùn)室（基地）加強(qiáng)教師培訓(xùn)，開放實(shí)訓(xùn)室、工作室。

2 校企共建課程實(shí)踐

依據(jù)機(jī)電學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)（工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方向）校企合作人才培養(yǎng)方案的要求，具體做以下的探索創(chuàng)新：

2.1 《工業(yè)機(jī)器人安裝、編程與調(diào)試》課程的開設(shè)情況 我院于2010年將此課程列入機(jī)電一體化專業(yè)選修課程，2012年申請(qǐng)?jiān)O(shè)立機(jī)電一體化專業(yè)（工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方向）將此課程例入專業(yè)核心課程。

2.2 選擇與富士康科技集團(tuán)（南寧）進(jìn)行校企業(yè)合作的理由及背景 ①富士康科技集團(tuán)（南寧）正式落戶南寧；②2011年富士康科技集團(tuán)，掌舵人郭臺(tái)銘宣布將投入“百萬機(jī)器人”到生產(chǎn)線上。

2.3 與合作企業(yè)人員共同制訂課程設(shè)置方案 在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)申報(bào)中廣西制造業(yè)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用情況及人才需求情況調(diào)研報(bào)告基礎(chǔ)上，結(jié)合合作企業(yè)具體情況，與合作企業(yè)人員共同修訂課程設(shè)置方案，遵循以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，與行業(yè)企業(yè)合作進(jìn)行基于工作過程的課程開發(fā)與設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)職業(yè)性、實(shí)踐性和開放性的要求。課程設(shè)置方案如圖1所示：

2.4 整合課程內(nèi)容，在課程教學(xué)內(nèi)容引入合作企業(yè)中工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用案例 為強(qiáng)化學(xué)生的工業(yè)機(jī)器人安裝、編程與調(diào)試的實(shí)際應(yīng)用能力，在教材中及課程教學(xué)中引入合作企業(yè)中工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用案例。將相關(guān)課程內(nèi)容進(jìn)行整合，確定了本課程內(nèi)容，課程內(nèi)容涵蓋了簡(jiǎn)單到復(fù)雜。如表1所示：

2.5 與合作企業(yè)人員共同編寫課程教材 當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的教材及教學(xué)特點(diǎn)是過分強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)及知識(shí)的完整性，忽略學(xué)生興趣的培養(yǎng)及總體知識(shí)的掌握，忽略了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，很多學(xué)生學(xué)習(xí)完所有課程知識(shí)后，仍然無法完成完整的最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用，教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生沒有達(dá)到最起碼的入門要求。編寫適合校企課程的教材是本門課程建設(shè)的重點(diǎn)工作。引入合作企業(yè)中工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用案例，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備條件，與合作企業(yè)人員共同編寫課程教材。

2.6 采用教、學(xué)、做一體化教學(xué) 在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)場(chǎng)所三方面實(shí)施教、學(xué)、做一體化：即在教學(xué)中采用以“教學(xué)做一體化”為核心的教學(xué)法，結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、比較教學(xué)法、案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、分組討論教學(xué)法等多種教學(xué)法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)的效率，開發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考問題的創(chuàng)新能力；教學(xué)內(nèi)容為教、學(xué)、做一體化內(nèi)容；教學(xué)場(chǎng)所為教、學(xué)、做一體化實(shí)訓(xùn)室。

2.7 充分應(yīng)用信息化教學(xué)手段 在教學(xué)中充分應(yīng)用教學(xué)軟件：提供單片機(jī)、PLC、工業(yè)機(jī)器人編程教學(xué)版、工業(yè)版編程軟件及（虛擬）仿真軟件，能夠提供仿真教學(xué)環(huán)境，優(yōu)化教學(xué)過程；還注重多媒體教學(xué)資料應(yīng)用，包括教學(xué)課件（PPT）、電子教案、視頻資料、案例材料等。切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量和效率。擴(kuò)充及完善現(xiàn)有多媒體教學(xué)資源：通過收集國(guó)內(nèi)外的最新資料，進(jìn)一步擴(kuò)充及完善現(xiàn)有的多媒體教學(xué)資源，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展速度很快，特別注意資料的時(shí)效性，不僅滿足課內(nèi)教學(xué)要求，還能滿足課程拓展教學(xué)要求。建立課程教學(xué)網(wǎng)站：依照網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源豐富，架構(gòu)合理，硬件環(huán)境能夠支撐網(wǎng)絡(luò)課程的正常運(yùn)行，并能有效共享”的目標(biāo)要求建立課程教學(xué)網(wǎng)站，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

2.8 擴(kuò)充設(shè)備條件，與合作企業(yè)共建校內(nèi)校外（企業(yè)）實(shí)訓(xùn)室（基地） 通過擴(kuò)充與整合設(shè)備條件，校企共建校內(nèi)實(shí)訓(xùn)室（基地）有：教學(xué)做一體化實(shí)訓(xùn)室4間（現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室1間、變頻及PLC控制實(shí)訓(xùn)室1間、GE智能實(shí)驗(yàn)室1間、液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)1間），校企合作企業(yè)富士康科技集團(tuán)提供的SMT生產(chǎn)線2條；在富士康科技集團(tuán)（南寧）工業(yè)園區(qū)建立校外（企業(yè)）實(shí)訓(xùn)室（基地）。具備有單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、PLC、三軸直角坐標(biāo)機(jī)械手、智能小車、三菱五（六）自由度工業(yè)機(jī)器人、FESTO柔性生產(chǎn)線等本課程相關(guān)的專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，完全滿足課程教學(xué)要求。

2.9 多途徑加強(qiáng)教師培訓(xùn) 通過參加行業(yè)內(nèi)技術(shù)培訓(xùn)、技術(shù)論壇等途徑，加強(qiáng)對(duì)教師在工業(yè)機(jī)器人新技術(shù)方面培訓(xùn)，達(dá)到更新知識(shí)，緊追行業(yè)新技術(shù)，提高教學(xué)水平，增強(qiáng)教學(xué)效果。

2.10 開放實(shí)訓(xùn)室、工作室 通過逐步開放相關(guān)實(shí)訓(xùn)室、機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用工作室，向?qū)W生提供自主學(xué)習(xí)場(chǎng)所，強(qiáng)化技能訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生參與校企合作科研項(xiàng)目、參加技能大賽，增強(qiáng)學(xué)生的提高工業(yè)機(jī)器人技能的應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力。

2.11 改革課程評(píng)價(jià)方法，并在課程評(píng)價(jià)內(nèi)容引入合作企業(yè)中工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用案例 為能如實(shí)考核學(xué)生的工業(yè)機(jī)器人安裝、編程與調(diào)試的實(shí)際應(yīng)用能力，校企共同研究制訂課程評(píng)價(jià)方案，在課程評(píng)價(jià)內(nèi)容引入合作企業(yè)中工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用案例作為考核內(nèi)容，著重考核學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、職業(yè)素養(yǎng)。為此擬采用如下課程評(píng)價(jià)：

2.11.1 設(shè)置科學(xué)的考核內(nèi)容（引入企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目案例）

①通過制訂工作計(jì)劃；②機(jī)械、電氣線路圖讀識(shí)、安裝與調(diào)試；③編程：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)、編程能力；④整體控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試能力；⑤按職業(yè)工種標(biāo)準(zhǔn)考核職業(yè)素養(yǎng)。

2.11.2 評(píng)價(jià)的方式 評(píng)價(jià)的方式采用過程評(píng)價(jià)（占40%）與集中考核評(píng)價(jià)（占60%）結(jié)合。1）過程評(píng)價(jià)：實(shí)訓(xùn)報(bào)告、綜合作業(yè)、各階段學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)（每個(gè)學(xué)習(xí)情境均有學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表）；2）集中考核評(píng)價(jià)：按設(shè)定的考核內(nèi)容的要求，以團(tuán)隊(duì)合作形式完成，進(jìn)行成果展示。教師及企業(yè)工程師對(duì)其成果進(jìn)行如下評(píng)價(jià)：①安裝過程優(yōu)化設(shè)計(jì)；②操作行為的規(guī)范性；③環(huán)保意識(shí)；④職業(yè)素養(yǎng)。

3 校企業(yè)共建課程的成效

從2010年至今進(jìn)行了近3年的校企共建課程探索、實(shí)踐，取得了較顯著的效果：①學(xué)生參加技能競(jìng)賽成績(jī)顯著。2011年廣西高職院校技能大賽（機(jī)器人項(xiàng)目）第二名，2011年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽高職組（機(jī)器人項(xiàng)目）三等獎(jiǎng)，2011年全國(guó)高職院校自動(dòng)生產(chǎn)線安裝與調(diào)試技能大賽二等獎(jiǎng)，2012年廣西高職院校技能大賽（機(jī)器人項(xiàng)目）第一名，2012年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽高職組（機(jī)器人項(xiàng)目）三等獎(jiǎng)。②學(xué)生職業(yè)技能取得明顯的提高，畢業(yè)生在技術(shù)崗位上就業(yè)人數(shù)明顯增加。以前機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)學(xué)生以相關(guān)設(shè)備的操作為主，近兩年來通過校企共建課程的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，學(xué)生的工業(yè)機(jī)器人安裝、編程、調(diào)試職業(yè)技能取得明顯的提高，從事相關(guān)設(shè)備安裝、調(diào)試、維護(hù)崗位的人數(shù)明顯增加。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過校企共建課程模式，使課程體系以職業(yè)能力培養(yǎng)為主要目標(biāo)，以典型工作任務(wù)（項(xiàng)目）為載體，將學(xué)習(xí)過程、工作過程與學(xué)生能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來，充分體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合，有效提高了學(xué)生“零距離”就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

【關(guān)鍵詞】實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；高速通訊總線；自動(dòng)化

隨著機(jī)械自動(dòng)化水平的提高，機(jī)器人以其在機(jī)械結(jié)構(gòu)、適用范圍、靈活性、成本以及維護(hù)等方面的優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用漸為廣泛，并成為一種發(fā)展趨勢(shì)。而機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能決定著機(jī)器人的品質(zhì)，目前主流高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是在具有很強(qiáng)計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)上集成高性能實(shí)時(shí)系統(tǒng)和高速通訊總線的控制架構(gòu)。以該種控制結(jié)構(gòu)完成具有前饋補(bǔ)償?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和用于前饋補(bǔ)償?shù)乃欧刂扑惴ň谟?jì)算性能強(qiáng)大的工控機(jī)中完成。在每一個(gè)伺服周期內(nèi)伺服控制指令通過高速通訊總線傳遞給驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)在同一個(gè)伺服周期內(nèi)完成運(yùn)動(dòng)指令的反饋。伺服控制指令被疊加到電流回路指令給定端作為前饋補(bǔ)償，其可以補(bǔ)償動(dòng)力學(xué)耦合和結(jié)構(gòu)柔性產(chǎn)生的非線性效應(yīng)?？刂浦噶羁梢愿鶕?jù)相應(yīng)的控制算法進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。在前饋補(bǔ)償作用下，每一個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)即可以視為一個(gè)簡(jiǎn)單的單輸入單輸出系統(tǒng)，從而采用驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的線性控制器即可獲得較好的控制性能。

1 Windows 內(nèi)嵌實(shí)時(shí)系統(tǒng)

目前由于Windows 良好的人機(jī)界面和交互功能，在工控領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，但由于其并不是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，時(shí)間片設(shè)定在5 毫秒以下時(shí)，其便很難保持精確穩(wěn)定的運(yùn)行。從而用于實(shí)時(shí)性要求較高的工控場(chǎng)合會(huì)存在很多的局限性，如完成伺服層的伺服調(diào)試，需要1個(gè)毫秒以下的精確定時(shí)。為了解決這一矛盾，出現(xiàn)了很多利用Window 環(huán)境進(jìn)行擴(kuò)展或者內(nèi)嵌實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。其中德國(guó)Beckhoff 公司的TwinCAT 系統(tǒng)就是其中之一，TwinCAT（The Windows Control and Automation Technology）的原意是指“基于Windows 的控制和自動(dòng)化技術(shù)”，其通過在Windows 環(huán)境下內(nèi)嵌實(shí)時(shí)內(nèi)核的方法，將每一臺(tái)PC 變?yōu)槎鄠€(gè)具有很強(qiáng)大處理能力的PLC 集合，并同時(shí)具有良好的開發(fā)和編程環(huán)境，符合IEC-61131-3 標(biāo)準(zhǔn)。其集成的人機(jī)界面開發(fā)環(huán)境，可以支持高級(jí)語(yǔ)言如VC++，Matlab 直接編程。TwinCAT 將實(shí)時(shí)控制與Windows 環(huán)境有機(jī)結(jié)合，為工控機(jī)進(jìn)行高性能工控任務(wù)提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)擴(kuò)展。所有的Windows 環(huán)境下的程序，例如圖形和可視化模塊均可以通過ADS 通訊的方式訪問TwinCAT 數(shù)據(jù)，或進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互。同時(shí)TwinCAT 在軟件方面集成了完善的錯(cuò)誤診斷，穩(wěn)定和安全機(jī)制，特別在各從站信號(hào)同步方面，采用了分布式時(shí)鐘和抖動(dòng)監(jiān)測(cè)器，嚴(yán)格保證信號(hào)同步，增加了系統(tǒng)可靠性。同時(shí)其實(shí)時(shí)內(nèi)核具有很高優(yōu)先級(jí)和穩(wěn)定性，在Windows 系統(tǒng)藍(lán)屏?xí)r，仍可保證后臺(tái)服務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的高速通訊總線技術(shù)

當(dāng)完成所有在線指令的實(shí)時(shí)計(jì)算后，運(yùn)動(dòng)控制指令需要從運(yùn)動(dòng)控制單元傳輸?shù)津?qū)動(dòng)單元中。以往的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制指令通過模擬量進(jìn)行傳輸，從而不存在時(shí)間延遲。但是電磁干擾和噪聲對(duì)于模擬量是一個(gè)嚴(yán)重的問題。因此，采用模擬量方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)指令傳輸在工業(yè)應(yīng)用中要穩(wěn)定可靠的運(yùn)行難度很大，且一般無法進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。目前由德國(guó)Beckhoff 和EtherCAT Technology Group（ETG）推廣的基于工業(yè)以太網(wǎng)的高性能通訊總線EtherCAT， 其采用主從結(jié)構(gòu)，由主站和多個(gè)從站組成。主站可以是工控機(jī)或者其他嵌入式控制器，從站使用專用芯片構(gòu)成EtherCAT 從站控制器，其具有完成EtherCAT 通信協(xié)議所要求的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。這種通訊總線將一些優(yōu)秀的專門用于運(yùn)動(dòng)控制的總線協(xié)議（如Sercos，CAN）與以太網(wǎng)的高通訊帶寬結(jié)合起來。同時(shí)傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)一般需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行解碼和編碼，而EtherCAT 在數(shù)據(jù)幀處理方式與此不同，系統(tǒng)控制周期由主站發(fā)起，主站發(fā)出下行電報(bào)。當(dāng)數(shù)據(jù)幀通過每一個(gè)從站設(shè)備時(shí)，EtherCAT 從站控制器直接分析尋址到本機(jī)的報(bào)文，根據(jù)EtherCAT 報(bào)文，讀寫數(shù)據(jù)到報(bào)文指定的位置，同時(shí)從站硬件把該報(bào)文的工作計(jì)數(shù)器（WKC）加1，表示該數(shù)據(jù)被處理，整個(gè)過程大約產(chǎn)生十幾個(gè)納秒延遲。此過程是在從站控制器中通過硬件實(shí)現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)或處理器性能無關(guān)，有效地提高了通訊實(shí)時(shí)性。并且從站數(shù)量的增加對(duì)這一指標(biāo)影響不大，在同時(shí)連接1000 個(gè)I/O 類型的從站節(jié)點(diǎn)下，能穩(wěn)定運(yùn)行的最小循環(huán)時(shí)間能達(dá)到62.5 微秒。目前該總線已成為先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制的主流，其所有協(xié)議均是開放，越來越多的工控和伺服廠家推出了支持該種通訊總線的產(chǎn)品。

3 機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

在 TwinCAT PLC Control 中提供的遵循IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境下，對(duì)4自由度搬運(yùn)機(jī)器人底層軟件進(jìn)行了編寫，并期望通過通用功能模塊化封裝的思想，開發(fā)能適用于各種型號(hào)工業(yè)機(jī)器人的底層運(yùn)動(dòng)控制程序庫(kù)。整個(gè)控制器程序可以看做一個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，根據(jù)程序當(dāng)前運(yùn)行結(jié)果或外部條件觸發(fā)而更改運(yùn)行狀態(tài)，并調(diào)用組件庫(kù)中的對(duì)應(yīng)功能。機(jī)器人組件庫(kù)由一些功能模塊組成，包括插補(bǔ)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃組件，其以運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法為基礎(chǔ)完成機(jī)器人離線或者在線的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并在每一個(gè)主程序循環(huán)周期進(jìn)行一次機(jī)器人的正逆解運(yùn)算。伺服控制模塊通過狀態(tài)機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人各軸進(jìn)行控制，電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以通過示教盒或自身內(nèi)部改變；編碼器及傳感器讀取模塊用于讀取機(jī)器人電機(jī)軸的編碼器數(shù)據(jù)及各傳感器數(shù)據(jù)，用于進(jìn)行反饋控制；上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)模塊，用于在示教狀態(tài)下和外部輸入設(shè)備交互，調(diào)用機(jī)器人系統(tǒng)的功能；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)組件庫(kù)建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)算法，在每個(gè)主程序循環(huán)周期內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，通過高速總線將前饋補(bǔ)償值傳遞給驅(qū)動(dòng)器。安全模塊對(duì)整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)提供安全保障。在軟件系統(tǒng)中每個(gè)功能模塊都以一個(gè)任務(wù)的形式存在，系統(tǒng)軟件流程簡(jiǎn)圖如下：

圖1

4 總結(jié)

本文提出的控制系統(tǒng)架構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力大幅提高，動(dòng)態(tài)跟蹤誤差明顯降低。可廣泛用于物流自動(dòng)化行業(yè)中的搬運(yùn)、分揀等方面，具有廣闊的前景。

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