自动化视域下搬运机器人控制系统设计与研究

张强 潘振东 陶承虎 曹振波

摘   要：目前，我国很多行业都开始采用自动化的生产设备，尤其是对于物流、电气等行业，自动化的搬运机器人更是起到了提高生产效率，保证生产安全的作用。PLC技术作为实现搬运机器人自动化的重要技术，在控制系统中有着十分广泛的应用。在机器人设计领域中，甚至有设计单位已经能够设计出达到智能化水平的搬运机器人。并且，搬运机器人也逐渐往微型化的方向发展。这些搬运机器人控制系统设计理念的应用，真正促进了我国各个行业的发展和进步。

关键词：自动化  搬运机器人  控制系統  PLC  设计

中图分类号：TP242                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）03（a）-0072-02

对于搬运机器人控制系统设计来说，包括控制系统设计、传感系统设计、机械系统设计、探测系统设计、安全系统设计等内容。同时，想要真正保证系统的稳定性与安全性，还需要开展系统可靠性检验试验、系统安全性检验试验、软件测试等工作，从而明确系统的实际情况，明确设计方案中存在的问题和缺陷，并对其进行及时的优化和调整。这样，才能真正做好自动化的搬运机器人控制系统设计工作。本文也从以上几个方面进行讨论和研究，以期为后续机器人设计提供参考和借鉴。

1  搬运机器人控制系统主要设计内容概述

1.1 控制系统设计

控制系统是实现搬运机器人主要功能的重要组成部分，所以该部分内容处于设计工作中的首要位置。在设计过程中，首先需要明确机器人的工作流程，一般采用PLC技术，目前系统中还会融合网络技术，同时还会广泛应用可编程控制器，这样能够更好地完成机器人多组运行功能的集成化控制。在这一设计理念的指引下，机器人的灵活性得到了有效的提升，并且能够进一步缩小机器人的体积。同时，在工业生产系统中，PLC技术的应用十分广泛，并且也十分成熟，因此在自动化搬运机器人控制系统中PCL技术的应用具有很高的可行性。在成本控制方面，PLC技术的应用也有很好的表现[1]。

1.2 传感系统设计

传感系统是机器人确定搬运物品位置、形状、目的地位置等信息的重要元件，同时也起到为机器人及操作人员提供工作环境数据的作用。因此，传感系统的设计具有同样重要的作用。一般来说，需要在机器人中安装网络摄像头，保证能够获取到第一手的图像信息。为此还需要网络技术以及人工智能技术的配合，对于某些行业的机器人需要采用雷达、红外等探测技术，从而组成传感系统。通过对比传统搬运机器人我们发现，具有传感系统的机器人，其自动化水平以及智能化水平更高，并且能够更准确地完成搬运工作[2]。

1.3 机械系统设计

机械硬件部分的设计以及硬件控制系统的设计是搬运机器人机械系统的两大组成部分。其中硬件部分包括机械手臂、轴承结构、承重结构等等，硬件控制系统则包括传感器、网络线路等等。

1.4 探测系统设计

一般来说，探测系统设计中多运用红外探测技术，必要的情况下会使用雷达探测技术或者超声波探测技术。这些技术的应用，进一步提升了机器人运行的稳定性与可靠性，并且这些技术已经相当成熟，具有较为理想的可行性[3]。

1.5 安全系统设计

由于搬运机器人所搬运的物品有可能是体积较大、重量较大的物品，因此其工作过程具有一定的危险性，因此需要根据机器人具体的工作环境完成安全系统的设计工作。由于机器人作业过程、环境、设计逻辑都相对复杂，所以一般在设计过程中会将安全系统设计分为外部安全设计和软件系统设计两部分。其中外部安全设计包括减少机器人外观棱角、尖角，避免运行过程中发生不必要的碰撞。软件系统设计则包括机器人本身的避障功能、速度控制功能以及装置稳定性监控功能[4]。

1.6 定位系统控制

物品的搬运往往涉及到装卸、避障、回归、运行等定位工作，因此定位系统则需要完成以上内容。定位系统的设计水平对于机器人的灵活性有着直接的影响。一般来说，该设计部分主要涉及到具有触发性的探测系统的设计，另外还包括固定定位地区设定以及系统内部地图置入等设计内容[5]。

1.7 动力系统设计

动力系统设计成果的质量决定着系统功率输出的稳定性以及机器人的续航能力，在实际设计过程中，安全问题是动力系统设计主要关注的问题，而电力则是常见的动力源。因此，一般机器人设计分为动力传输系统设计、电动机设计等内容，锂电池、铅酸电池为常用的供电电源。

2  保证机器人设计成果质量的重要试验

系统可靠性检测试验的内容主要包括动力传输测试、硬件相应现状测试以及构件配合状态测试等内容。同时测试的方式也分为实验室测试与现场测试，其中现场测试更能展示出机器人在复杂环境中的自动化功能实现水平以及电气设备的运行状态。

系统安全性检测实验则主要包括在机器人前进路线中设置障碍物，从而明确其反应情况，并对系统本身进行评估，另外也需要对机器人的紧急制动功能进行测试，同时还包括电器系统测试等内容，从而明确机器人电器安全性、系统能耗等参数。

软件测试则主要明确在超负荷状态下元件的运行情况，并进一步对软件本身进行优化和调整，进而降低其事故率，进一步提升软件控制功能的稳定性。

在很多试验中还包括扩展性及兼容性试验，这是因为在很多企业应用过程中，往往需要机器人配合其他系统完成具体的工作，所以就需要让机器人能够兼容其他设备或者软件，从而进一步实现自动化控制与智能化控制，并促进企业整体自动化水平的提升。一般会对基础协议支持、接口支持等内容进行检查。

3  结语

随着我国科学技术的提升，对于搬运机器人设计工作来说，不仅仅有很多先进的控制系统应用到实际工作中去，还有很多先进的金属材料、合成材料、有机材料的运用，所以为了进一步提升机器人的智能化以及自动化水平，就需要设计人员在了解具体系统设计理念的同时，着重关注机器人材料技术的发展动态，以达到提升机器人功能及稳定性的作用。

参考文献

[1] 赵玉凤.工业机器人技术在自动化控制领域中的应用探究[J].决策探索（中），2019（11）：43.

[2] 张贵林，刘召柱，盛雪苇.多臂旋转式搬运机器人结构设计与分析[J].制造业自动化，2019，41（10）：96-100.

[3] 李楠，邓媞，陈晓玲.工业机器人技术在自动化控制领域中的应用[J].中国新技术新产品，2019（15）：5-6.

[4] 徐益平.高速钢坯搬运机器人控制系统的设计及应用[J].科技视界，2019（21）：15-16.

[5] 李美萱.PLC控制在机器人自动化生产线设计应用[J].农家参谋，2019（13）：191.