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机电一体化技术在工业机器人中的应用

所属栏目:工业设计论文 发布日期:2021-07-17 09:45 热度:

   机电一体化实际上是机械系统和电子电路系统的有机组合,因此又称为机械电子学。从原理来讲,就是依靠电子电路实现对机械设备的控制,这一组合模式有着巨大的吸引力,在工业领域有着巨大的应用价值。而随着信息科学的发展,智能化设备也逐渐融入机电一体化中,逐渐形成了一种新的应用体系,其最大的优势就是不仅实现了机械设备的自动化运转,还在运转过程中有了智能化的判断和控制。智能化、电子电路控制、机械动作,形成了模拟人的行为模式,将其广泛应用于工业制造过程中,称之为工业机器人。

机电一体化技术在工业机器人中的应用

  1工业机器人的运用要求

  1.1机械零部件的制造精度

  目前工业机器人的应用领域主要是在生产制造业中,且基本都是室内环境中,设备体积不大。为此,要求工业机器人的运转部件必须制造精度极高。这主要是工业机器人在运转过程中其机械构建必须按照规定的位置行迹运转,出现偏差,则一方面可能造成运动轨迹无法达到标准位置,从而使得制造品达不到技术要求;另一方面有可能造成机械零部件的损耗加大,甚至发生工业机器人的机械故障。并且越是靠近机械末端运动位置,由于误差累积作用,会使其偏差越大,这将使得上述危害更加严重。因此,工业机器人的运转要求机械零部件的精度达到相关标准。

  1.2传动系统的精准度

  传统系统的运转精度与零部件的制造精准类似,并且其造成的影响也基本一致,但作用原理和控制难度不同,传动系统的精度控制更加不易。当前较为常见的工业机器人分为直线运动工业机器人,属于直上直下控制通常用于上下料;旋转工业机器人,主要适用于旋转加工的动作类型。其中直线运转工业机器人,控制难度主要在于电机运转的减速器精度,决定了产品生产的精度要求;而旋转工业机器人一般都是六轴设计,对其精度要求可想而知,当第一轴发生轻微的误差,将会在末端放大,对其传动精度的要求不仅在于减速器方面,还有各种齿轮组件的啮合程度上,这种误差都会在工业机器人运转的末端被无限放大。为此,对工业机器人的精准度要求极高,目前受限于我国的科技发展,减速器等设备主要依靠进口,如日本的串联工业机器人所采用减速器。

  1.3装配精度

  在保证了机械零部件的制造精度和传统系统的精度后,要对工业机器人进行装配。而装配的精度取决于两个方面,一方面是设计的合理性,即使所有的零部件制造精度以及传动设备的精准度都满足了要求,但由于设计时对工业机器人动作指标未考虑允许的微小误差累积作用,也将造成动作轨迹的变形。例如传动系统的制造精度只能满足四轴运转工业机器人,但设计时未考虑零部件的误差累积作用要求装配六轴工业机器人,显然累积误差将会造成末端轨迹的误差超标;另一方面是装配时的操作工艺问题,这很好理解,没有按照精准的装配工艺进行操作,误差的累积作用将会造成机械末端动作轨迹误差扩大。

  1.4精度保持能力

  即使确保工业机器人的零部件制造精度、传动系统精准度以及装配的精度,在工业机器人的长期运转过程中,仍旧有可能产生误差。因此,要有一定的精度保持能力。在长期运动过程中误差的增加主要是零部件的磨损、老化作用。特别是一些重复性动作的工业机器人,其误差的增大主要是链条等传统系统的误差过大,即使保持了运动过程中的轨迹精准度,也很难保持定位点的精准度。为此,要确保精度保持能力更强,一方面要提高零部件的材料性能以及更高的制造精度,包括提高传动系统的精准度和装配精度的要求;另一方面要实时检测,定期检测及维护,对工业机器人实行寿命管理。

  2机电一体化在工业机器人中的合理应用

  2.1运动轨迹的检测

  运用机电一体化中的电子检测技术对工业机器人运动过程中的轨迹实时进行监测,对发现的问题进行统计分析,确保其运动的精确性。通过上文已强调了精准性对于工业机器人的重要性,为此,通过对电机上安装编码器,对转速进行检测,而对于直线运动,则可以采用限位止钉对其定位点的精度确认。通过传感器等电子检测手段传输至控制单元,对误差级别进行分析判断,从而保证了工业机器人系统的精确性。

  2.2减速器的检测

  工业机器人的核心模块是关键部分,而其中最核心的技术就是减速器,它有助于实现工业机器人运动的轨迹保持精确,这包括运动过程中的精确和定位点的精确,每一位置的速度精确等。但在运动过程中也会发生减速器的故障问题,一般的现象就是减速器会发生轻微的震动,而通过对震动检测敏锐的传感器,将震动数据进行收集传输到检测设备上,对相应的故障级别进行判断,从而发出停机维修、减速生产等告警信息,帮助监测人员进行控制,且得到的检测数据也为之后技术人员的诊断维修提供了重要的依据。

  2.3工作环境的管理

  当前的工业机器人主要是实现流水线作业,属于精密性工作,因此对环境的要求非常高,环境对工业机器人的影响指标主要表现在温度、湿度及灰尘因素,温度的变化会使工业机器人的精准性降低增加误差,湿度及灰尘则会加速零部件的磨损及老化,并且导致传动系统误差等。为此,要对工业机器人工作环境进行有效的监测、控制、处置等。而温湿度传感器等能够很好地对环境进行实时检测,将信号传输给控制设备,控制设备启动相应的空调等对温湿度进行控制,确保环境条件满足工业机器人的工作环境。

  2.4运动轨迹设计

  工业机器人的运动轨迹必须精确,才能确保生产过程达到技术指标。而运动轨迹的设计一般由工控机设计而成,这需要以工业机器人所能到达的轨迹空间范围以及动作范围为基准,根据制造所要的动作以及轨迹,形成对应的数据信息录入计算机中,通过相应设计软件生成相应的运动程式和数据库,最终通过驱动器通过运动程式的设定和数据库相应数据的支持驱动电机,形成电机组合按照一定的顺序、速度、方向进行运转,实现了机械按照设计轨迹进行运动,最终实现企业的生产制造目的。

  2.5智能设计

  工业机器人之所以称之为机器人,最主要的就是智能部分。对工业机器人的智能部分是以计算机技术为基础,加入了电子信息技术、传感器技术、接口结束等。其中以计算机技术为基础的电子信息技术,具备了逻辑判断、程序编译、存储分析等,用于收集信息、发出指令、指令返回等;传感器技术则主要是对工业机器人的动作的各项参数监控、环境监控、产品监控等,将数据收集传送给工业机器人的“大脑”,从而让工业机器人做出正确的逻辑判断,指挥机器人的行为。工业机器人所具备的智能极大地增强了工业机器人的适应能力、自动化程度和逻辑判断能力,提高了企业的生产效率。

  3结语

  工业机器人有效运转的主要条件就是运动轨迹的精准性,这有赖于零部件制造精准、传动系统精确度、装配精度以及精度保持能力。围绕工业机器人的精准度,机电一体化有着十分重要的作用,如运动轨迹的检测、减速器的检测、环境的检测等方面,都有着很好的应用;而围绕工业机器人的主体制造同样有着很好的应用,如智能设计、运动轨迹设计这都需要机电一体化全面合理的应用。作者简介:黄旭(1988-),男,陕西西安人,硕士,陕西国防工业职业技术学院工程师,研究方向:机电一体化。

  参考文献

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  [2]叶亲钢.探讨工业自动化生产线中机器人及PLC的集成控制[J].中国设备工程,2021(2):21-22.

  [3]张晋.机电一体化技术在搬运机器人机械手设计中的应用[J].河南科技,2020,39(29):75-77.

  [4]南博.机电一体化技术在智能制造中的实践分析[J].无线互联科技,2019,16(21):143-144.

  作者:黄旭

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