工業機器人范文

導語：如何才能寫好一篇工業機器人，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務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”的到來恰逢中國人口拐點的到來，人口紅利逐漸消失帶來的招工難、成本高，使得未來雇傭機器人成為必然。

若從微觀角度來看，企業內部也正在進行勞動力結構轉型，尹鏇博說：“以前3月到4月的大量招工潮或許會逐漸減退，但對于高附加值的工人需求在不斷提升，機器人與機器人之間協調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網大會上，2006年就宣稱要用機器人代替工人的富士康創始人兼總裁郭臺銘表示，傳聞中的工人大規模失業只是杞人憂天，“未來工人會由當前的手工勞作為主轉變為腦力工作為主。”

那么，真正的替代潮是否已經到來？

進階工業2.0

羅克韋爾自動化中國區市場推廣經理李仲杰告訴記者，從公司多年為客戶提供自動化解決方案的經驗來看，工業自動化的運用也有一個自上而下的過程，“以往更多是在資源密集型的重工業生產和汽車制造行業，比如在較早開始運用機器人的汽車產業，如今很少看到大量工人的情況。不過近年來，食品飲料、包裝等消費品行業以及生命客戶行業也開始成為我們新的業務增長點”。

尹鏇博也向記者表示，目前臺達所深耕的電子消費品市場就是一個全新且巨大的市場，“以一臺機械手臂能夠取代3個人來估算，假設目前全國有1個億的制造工人，就有超過3000萬臺機械手臂的市場容量。”

只是，問題的關鍵在于，如何評估機器人的適用性？

以汽車制造業為例，雖然機器人的應用可以保持工序的一致性，但機器人更適合大規模生產，“就以單個汽車廠為例，一次性投入的成本在百億以上，如果一年只生產幾百輛車，恐怕很難收回成本。”李仲杰告訴記者，機器人擅長的更多是大批量重復單一動作，所謂的“無人工廠”更接近于烏托邦，“如果生產線需要同時應對多款車型，對于機械設備與控制系統的要求更為復雜，那么投入的資金與時間成本更巨大”。

如果細化至消費電子企業本身，尹鏇博強調，因為擁有大腦和自我意識，人工顯然更適合辨識與靈活組合，這對現階段的機器人來說很困難，“未來，機器人的市場有多大，取決于它們在識別領域能夠做得多深，可以多大程度上取代人的手工作業。”

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

此外，企業對于機器人的依賴程度，同樣的工位，偏好人還是機器人來完成？“管機器人容易，管理人會有各種問題，每個企業因人而異。”尹鏇博說。

劉陽也向記者證實：“在富士康內部，一條生產線動輒上百人，一個車間上千人，整個工廠幾萬人，很容易發生爭吵打架事件，管理壓力不小。”

當然，很多人忽視的是，工業機器人是否被大范圍應用，也取決于企業本身是否具備了自動化的條件。臺達會定期前往客戶的工廠做自動化可行性評估，但尹鏇博常常發現不少工廠連標準作業程序都沒有建立起來，產品設計、工序設計的一致性都沒有達到，對于并不具備學習能力的工業機器人而言，要上馬作業幾乎不可能。“很多中小企業都誤以為，只要買了機器人，就可以解決他們很多事，其實不然，自動化對于企業本身的要求并不低。”

如果將當年美國福特第一條自動化生產線的誕生作為工業2.0的標志，那么正如工信部部長苗圩所言，現階段國內大量中小企業還在做工業2.0的補課。

成本因素

中國機器人產業聯盟的數據顯示，得益于汽車、電子、食品等行業規模的增長，2014年中國工業機器人需求量約6.14萬臺，同比增長約30.3%，而 2010年的需求量僅為2.32萬臺。

尹鏇博告訴記者，臺達的調研顯示，2012年整個消費電子行業，人與機器的生產比例大致為4：6，現在已超過3：7，甚至有些大型制造企業已達2：8。“因為機器取代的進展快，也讓國內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。”

那么雇個機器人有多貴？就目前工業機器人的投資回報周期來看，像臺達從2014年到2015年生產的DRS40L DRS60L以及DRV90三款3公斤負重的機器人，最短一年到一年半就能收回成本，從整體行業來看，3-5年為常規的回報周期，而汽車廠則通常以10年計。

那么有沒有可能進一步下調價格，將回收周期縮短？尹鏇博坦言，價格有下降空間，但問題在于，現在銷售的機器人中，超過80%依賴進口，即便剩下20%國產機器人，核心零部件還是必須進口。

與諸多制造產業類似，國產化的比例很大程度上決定了成本高低。從機器人的產業鏈來看，有兩大核心，首先是機械制造環節。盡管現在CPU的運算速度一次次超越峰值，但是如何讓機械運作跟得上系統速度？另一項，就是唇齒相依的控制層與感知層面的技術。

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[關鍵詞]工業機器人 編程 示教

一、機器人編程語言系統的組成

機器人編程語言像一個計算機系統,包括硬件、軟件和被控設備。即機器人語言包括語言本身、運行語言的控制機、機器人、作業對象、周圍環境和設備接口等。機器人編程語言系統的組成如圖1所示。圖中的箭頭表示信息的流向,機器人語言的所有指令均通過控制機經過程序的編譯、解釋后發出控制信號。

控制機一方面向機器人發出運動控制信號,另一方面,向設備發控制信號,設備如機器人焊接系統中的電焊機以及機器人搬運系統中的空壓機等。周圍環境通過感知系統把環境信息通過控制機反饋給語言,而這里的環境是指機器人作業空間內的物置、姿態以及物體之間的相互關系。

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二、工業機器人的語言功能

1.運算功能。運算功能是機器人最重要的功能之一。對于裝有傳感器的機器人所進行的主要是解析幾何運算,包括機器人的正解、逆解、坐標變換及矢量運算等。根據運算的結果,機器人能自行決定工具或手爪下一步應到達何處。

2.運動功能。運動功能是機器人最基本的功能。機器人的設計目的是用它來代替人的繁復勞動,因此機器人發展到今天,不管其功能多么復雜,動作控制仍然是其基本功能,也是機器人語言系統的基本功能。機器人的運動功能就是機器人語言用最簡單的方法向各關節伺服裝置提供一系列關節位置及姿態信息,由伺服系統實現運動。

3.決策功能。所謂決策的能就是指機器人根據作業空間范圍內的傳感信息不做任何運算而做出的判斷決策。這種決策功能一般用條件轉移指令由分支程序來實現。條件滿足則執行一個分支,不滿足則執行另一個分支。

三、機器人的坐標系統

要想操控機器人完全按照設定的軌跡運動,必須明確機器人的坐標系統,在什么情況下該用何種坐標系。當前的主流機器人都是采用6自由度,即6個能夠獨立活動的坐標軸,如圖2所示:

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機器人可以建立的坐標系有“World坐標系”,“Base坐標系”,“Tool坐標系”,“Axis軸坐標系”四個。各個坐標系統的特點和用途均不一樣:Axis坐標一般用來操作機器人的各個軸的運動(如果是六個自由度的機器人會有A1-A6六個軸,每個軸都有自己的旋轉方向和角度),機器人在運行過程中需要各個軸之間配合運動,有旋轉也有直線等;World坐標系統主要是在編程的時候用來標定機器人的初始位置以及零點位置,該坐標系統類似于空間三維坐標系統;Tool坐標主要是機器人在進行實際工作時的一個參照坐標系,他的工具可以是夾具、焊鉗或者噴槍等;Base坐標主要是機器人相對于自身的坐標系統,其原點一般在機器人底座的中心點。

四、工業機器人的編程

所有的機器人編程主要是從定義機器人運行軌跡和運行方式入手的。當前主流的機器人都是采用定義三種軌跡方式:點到點,直線和圓弧。

1.點到點的移動:工作空間內機器人始終在兩點之間的定位,以最快的路徑進行,而且所有的軸的移動同時開始和結束,所有的軸必須同步;這時無法精確的預計機器人的軌跡。采用該語句進行程序設計在實際操作過程中容易出現無法預知的運動軌跡,如圖3,容易造成一定的安全事故,因此,在編程的時候盡量不用或者少用該語句。

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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".

未來生產力

未來的工業大批量生產是怎么樣的？還有多少工作需要人工操作？筆者認為隨著智能工業化的普及，機器人工業革命將離我們越來越近：許多人工生產崗位被淘汰，取而代之的是智能化機器人更大規模的生產力以及有效的生產成本控制。

全球自動化趨勢正加速到來，中國制造業面臨的最大難題將是機器智能和自動化帶來的沖擊。在可預見的將來，機器人行業將與大數據、移動通信等進行跨領域技術融合，基于服務創新的機器人產業體系也許很快就要到來。

機器人出現在工廠里并不新鮮。幾乎在每一個制造業部門，從汽車到半導體，它們都變得不可或缺。電動車企業特斯拉公司在加利福尼亞州弗里蒙特有個新計劃，要使用160個具有高度靈活度的工業機器人每星期組裝約400輛汽車。每當一個新的汽車底盤到了流水線的下一個位置，便會有多個機器人圍上來，協同操作。機器人能夠使用機械手臂自主切換工具，完成各種任務。比如，同一個機器人能安裝座位、更換設備、涂黏合劑并將風窗玻璃安裝到位。據國際機器人協會稱，工業機器人全球的出貨量在2000～2012年間增長了60%以上，2012年的總銷售額約為280億美元。迄今為止，全球增長最快的市場是中國，機器人裝置在2005～2012年間以每年大約25%的速度增長。

目前，工業機器人也有其局限性，對于指令只能做到簡單規律性的重復，也就是說，還沒有達到所謂的“智能”。例如，在搬運箱子過程中，只能完成從A點到B點的運輸，如果途中發生以外掉落，工業機器人無法自動識別并將貨物拾起繼續完成運輸。如今工業機器人的工作單一性也是局限之一，同一條生產線上很難實現根據客戶需求訂制完成幾個不同方案，可見還未達到真正的“智能化生產”，這也是工業機器人所追求的。

向工業4.0邁進的KUKA機器人

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

此次KUKA攜帶三臺機器人組成的機器人焊接與涂膠應用工作站參展，展示柔性自動化解決方案。其中有KUKA最新的重負載機器人FORTEC系列KR360 R2830，展示白車身零件的抓取和搬運。而特別為汽車行業研發的QUANTEC系列KR210 R2700 extra， 則出色展示白車身零件的焊接應用和涂膠應用。

汽車財經全媒體對庫卡機器人（上海）有限公司汽車行業銷售部經理王磊進行了專訪。機器人在汽車制造中的應用，他認為機器人在如今工業生產領域應用很廣，最具代表性的是汽車行業。KUKA工業機器人在汽車領域的應用占所有業務的50%～60%。王磊表示：“如今人工仍然是工業化進程中最核心價值， 同時，機器人的應用將成為定義行業未來發展的關鍵元素。高效、靈活以及最重要的安全的生產系統只有在充分尊重生產員工需求的基礎下，才有可能實現可持續發展的自動化理念。”在本次AMTS 2015上，KUKA不僅展示其產品怎樣提高客戶的競爭力，更要證明公司如何在一個全球電子化的時代擁抱這個大趨勢。

KUKA機器人相對于這一領域其它品牌的優勢尤為明顯，在四大工業機器人家族中，KUKA在汽車行業中的應用是全球最成功，在中國占有率最高、銷量最多；在汽車領域的應用包括整車廠中的焊接、涂膠、搬運、裝配、緄邊、激光焊接、沖壓、總裝等環節；KUKA工業機器人平均2年維護更新一次，7～8年不壞，具有極高的可靠性，大大為企業減少了使用成本和投資成本； KUKA工業機器人在產品結構上有著非常大的優勢，其中中型機器人能夠基本完成焊裝車間95%的工作； KUKA機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機器人目前全球裝機量已超過15萬臺。截至2015年8月底，KUKA機器人中國的訂單數已經超過2014年的訂單數。和人工相比，工業機器人生產的汽車零部件產品質量和穩定性更高，同時將人工從危險、重復、繁重的工作當中解放出來，參與到更加高級的智能化研發當中。

庫卡機器人（上海）有限公司建立于2000年。庫卡公司工業機器人至今已在全球安裝了超過15萬臺工業機器人。公司生產有效負荷能力3kg到1300kg的五軸和六軸機器人，其工作范圍從635mm到3900mm不等，全部由一臺基于計算機的操控平臺控制。KUKA機器人廣泛應用在儀器、汽車、航天、消費產品、物流、食品、制藥、醫學、鑄造、塑料等工業上。主要應用于材料處理、機床裝料、裝配、包裝、堆垛、焊接、表面修整等領域。

KUKA機器人在如今工業生產領域應用很廣，最具代表性的是汽車行業。KUKA工業機器人在汽車領域的應用占所有業務的50% ～ 60%。

――庫卡機器人（上海）有限公司

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【關鍵詞】 快速切換；工業機器人；安裝調試

隨著時代的發展，人類生產力的開始變革，人工逐漸被機械取代，開始廣泛應用于生產的各個方面。尤其是工業機器人的誕生，在很多方面代替了人工勞動，使生產向自動化邁進，顯著提高了生產效率。此外，工業機器人具有很多人工沒有的優點，如適用性強、重復精度高等，這些優點使其在電子、物流、化工和航天等多個領域發揮著越來越重要的作用。在我國經濟飛速發展的背景下，使用工業機器人可以節約人力資源，增強企業的生產力，在相關行業的轉型升級和提升裝備制造能力方面具有十分重要的意義。

一、工業機器人的定義

工業機器人是一類面向工業領域的具有多關節機械手的機器裝置，有一定的自動性，主要是靠自身動力和外界控制來實現功能的。它受人類操縱，按照預先編排的程序執行指令。現代的改良版的工業機器人可以人工智能根據制定的原則綱領來運作。除此之外工業機器人還具有一定的柔韌性和擴展性，可以根據接收到的信號完成規定運動，從而快速適應新環境。

工業機器人的手部還有一個名字就是末端操作器，是指機器人手腕上用來直接抓握零件或執行作業的部分。工業機器人的作業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器人的作業能力、作業效率：改良操作器的設計，提高其靈活程度和臨場反應能力，為機器人配置專門的工具庫和作業所需的相關操作器，定期更新末端操作器的自動更新系統。結合上述方法，提高工業機器人工作能力，并在此基礎上使用工具庫中的各種操作器、借助工作自動轉換來達到完成任務的目的。

二、快換裝置的優點

快速轉換裝置的優點如下：第一，可以在極短時間內完成生產線的更換；第二，各種工具的更換快速準確；第三，可以在應用中同時使用多個末端執行器，增加機器人柔性；第四，可自動交換末端執行器取代原有功能復雜的功能執行器。

機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行器，從而達到增加柔性的目的，已經在自動點焊、沖壓、檢測、裝配、包裝等操作方面廣泛應用。另外，快換裝置能夠在一些突況下為其提供備份工具，減少意外事件的發生，機器人快換裝置自動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器人領域，如托臺系統、人工材料抓舉等領域上有著十分積極的作用。

三、對工人機器人進行安裝調試的意義

第一，影響設備性能。運轉中的設備如果出現安裝、調試不夠精準的現象，設備就容易出現難以固定、震動、移位等現象，最終導致機器人無法按設計速度運轉；型號較大的設備的重心如果沒有準確固定在支撐點上，生產中會出現傾斜，會對生產造成嚴重影響甚至危害工作人員的人身安全。

第二，影響設備壽命。如果兩個相連設備的運轉軸的中心不在一條線上，那么運轉中軸就會長時間承受彎曲帶來的壓力，直徑較大的軸長期處于此狀態，最終會斷裂；包含相對運動的設備，若安裝位置不夠準確，其相對運動面上就難以保持受力平衡，很快會出現磨損，帶來不同程度的損傷。

第三，影響設備的作業率。設備的安裝、調試準確性沒有保障，發生故障的次數就會增加，就會需要修理、停機，嚴重影響各企業的生產狀況，對企業效益造成損傷。

四、安裝調試的具體操作

第一，了解程序。安裝調試設備的工作范圍確定后，就需要對整個工程的情況有一個詳細的了解，了解我們要安裝調試的設備在工程項目中的作用、整個項目中會用到哪些設備、各設備之間的關系、哪些設備比較關鍵，哪些設備之間的相互位置尺寸要做到絲毫不差、哪些可以適當釋放。此外，還要詳細的研究分析安裝圖紙，掌握所安裝調試設備的工作原理、結構功能，并尋找適合的工具和設備。

第二、制定方案。要結合現場情況和風俗習慣，對每臺設備制定科學詳盡的安裝調試方案，在制定過程中要考慮周全，準備多個應急方案，做到面面俱到、有的放矢，確保不會因發生意外情況而安裝調試質量和進度造成影響。此外，在進場前，還應制定相應的作業指導書，作業指導書中要注明操作規程、要點、需用人員及設備、自檢要求等，還應該為所需的安裝設備統一提供依據。作業指導書要一式五份，保證公司、客戶、監理部門、安裝調試指揮部、現場施工隊等各有一份，避免出現不必要的麻煩。

第三，嚴格執行操作方案。每安裝完一臺或一組設備，都要對其進行詳細的復查，在安裝連接設備時，也要對已安裝好的設備的關鍵尺寸進行詳細的復查，避免出現因尺寸變化造成整體返工的情況出現。設備全部安裝完以后要進行一次認真的自檢，盡量做到在調試驗收前發現并及時解決出現的問題，達到安裝驗收一次合格的高標準，保證設備安裝進度正常，并在規定工期內完工。

綜上所述，工業機器人的廣泛應用為各個行業帶來了諸多便利，通過對工業機器人的制造理念、運行原理和發明技術等方面的深入研究，并與相關團隊進行密切合作，針對機器人應用方面的關鍵技術進行研究和突破，從而實現工業機器人在各大領域的發展與推廣。

參考文獻：

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關鍵詞：PLC控制；工業機器人；系統設計；方案

引言

我國工業領域中涉及到重體力勞動的工人數量不在少數，如何減輕工人勞動量，提升生產效率，是諸多企業現階段急需解決的問題。在此背景下，基于PLC系統控制的工業機器人應運而生。

1工業機器人整體方案

1.1工業機器人整體結構

工業機器人的整體結構可分為執行系統、驅動系統、控制系統等幾部分模塊，這些系統主要負責工業機器人的正常運轉與操作指令。其中執行系統是工業機器人的重要構成之一，該系統主要控制機器人在工業生產環節中的正常運行，將工業機器人的各個零部件串聯起來并有效配合；驅動系統是工業機器人的動力控制中心，主要為執行系統提供動力，提供動力的主要方式為液壓、氣壓和電動驅動等；控制系統是工業機器人的大腦，主要負責控制和指揮工作，向執行系統傳遞信息，因此也可稱為中樞管理系統，其主要依靠計算機和相關編程軟件實現功能，此外還需要電氣控制回路和電器元件等作為輔助。

1.2設計基本要求

工業機器人能否達成設計目標與實現設計功能，都需要依據相關指標進行衡量。工業機器人的結構不同，其評價指標也是不同的。機器人可以通過多種編程語言進行控制，以此來完成復雜的制造任務。部分企業為了節約經濟成本，進一步提升生產效率，所使用的機器人的結構布局、機器大小、關節數、傳動系統驅動方式等部分都會因操作功能不同而異。因此，在工業機器人設計整體方案中，機器人必須滿足基本工作空間、機械自由度、有效負載、動力等相關重要參數。

1.3伺服控制系統

伺服控制系統是工業機器人的重要組成部分，其主要分為兩種操控方式：一是開環控制系統；二是閉環控制系統。開環伺服控制系統主要采用電機驅動方式，電機為整個結構提供動力；而閉環伺服控制系統使用直流或交流作為動力，兩者的動力來源完全不同。此外，閉環伺服控制系統采用的是負反饋控制系統，系統中的檢測元件將執行部件的位移、轉角、速度等形變量變成電信號，之后將這種電信號傳遞到系統輸入端，與標準信息進行比較，得出最終信號的大小，最后按照減小誤差的方法控制驅動電路，并將誤差減小到零，而開環伺服控制系統則沒有此種功能。

2基于PLC控制的工業機器人系統設計

2.1硬件設置

在選擇PLC系統時，應本著實現基本功能的目標，設計簡練、性能優異的控制程序，并具有程序容量大（60K）、I/O點數多（4096點），運算處理速度快（0.034μs），存儲器可擴展性強（1M），與外部設備通信功能較強（USB接口、RS232接口）等主要特性。

另外，機器人需具有240K字節程序存儲器、128K字節標準RAM和496K字節標準ROM等設備模塊，為系統高速運轉提供必備條件。在PLC模塊中，檢測元件和執行元件應選擇適合的輸入和輸出模塊，做好系統分配，確定合適的冗余量。

信息選擇模塊是通過HMI實現交流的，其基于MC協議進行通信與數據傳輸，該協議能夠讀取系統中的數據和讀寫順序，全面把控PLC的蹤跡。此外，該種系統不需要編程功能，即可實現數據的自動交互，操作起來極為方便。

2.2軟件程序設計

工業機器人的軟件程序設計主要是對系統軟件的控制程序進行編程與設計，設計人員在進行PLC編程之前，應當根據實際控制需求編制程序流程圖，以下僅以搬運系統為例。

圖1 搬運系統簡介

圖1中可以看到機器人通過5個示教程序來完成四個工藝過程的物料流轉，依次為毛坯件上料到生產過程1，生產過程1下料到生產過程2，生產過程2下料到生產過程3，生產工程3下料到生產過程4，生產過程4下料為成品。根據啟動條件，搬運機器人可以隨機啟動，這種自動化機器人在實際搬運工作中運行方便，能大大提高工作效率。

3結語

總而言之，基于PLC控制的工業機器人系統已經在工業制造的各個領域廣泛應用，隨著我國信息技術、機電一體化技術不斷發展，PLC控制系統將會運用到更廣泛的領域。因此，為了促進工業又好、又快發展，PLC控制系統應該在未來更加滿足工業設計的基本要求和人性化需求，以此實現生產效率的提高。

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[關鍵詞]PLC；工業機器人；自動控制

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）29-0359-01

引言

目前，工業機器人已經廣泛用于機械制造業中，代替人完成具有大批量、高質量要求的工作。工業機器人多用在自動工位上，由設備控制程序的啟動和運行。本文主要介紹如何利用GEPLC實現對FANUC系統機器人的自動控制。

一、基于PLC控制的工業機器人系統概述

目前，PLC控制技術、工業機器人技術以及CAD技術已經成為了工業自動化領域最關鍵的幾個技術。這幾個技術的不斷完善和發展，給現代工業自動化領域的形成提供了巨大的幫助。近幾年來，隨著科學技術的不斷發展，基于PLC控制的工業機器人系統的研究已經進入了關鍵階段，實現基于PLC控制的工業機器人系統在生產中的應用也成為了現實。由于基于PLC控制的工業機器人系統可以在工業生產之中發揮重要作用，基于PLC控制的工業機器人系統在工業生產中的應用水平已經成為了衡量工業自動化領域發展水平的關鍵因素之一。基于PLC控制的工業機器人系統可以使得工業機器人在PLC系統的控制之下，自動地完成工業生產過程之中要進行的多功能型任務。除此之外，基于PLC控制的工業機器人系統還可以完勝一系列的工業生產工作，有效地實現機電一體化生產。

二、基于PLC控制的工業機器人系統的控制特點

基于PLC控制的工業機器人系統在應用中有著許多的優良特性，其主要集中體現在以下三個方面：首先，PLC編碼控制器擁有著強大的控制性能，可以迅速地向工業機器人系統發出指令信息，而且在對工業機器人系統的控制過程中，還可以通過聯網技術的應用，實現工業機器人系統的各種操作指令；其次，PLC編碼控制器擁有著可靠性強的特點，由于PLC編碼控制器擁有著相應的編碼加密處理，這就形成了PLC編碼控制器的強大抗干擾能力，使得基于PLC控制的工業機器人系統在運行過程中可以穩定地進行工業生產；最后，PLC編碼控制器擁有著適用范圍廣的特點，目前，基于PLC控制的工業機器人系統已經可以廣泛地應用于各個領域，體現了其適用范圍的廣泛性。

三、基于PLC實現工業機器人的自動控制系統設計

1、底層控制器的選型

底層控制器作為控制系統的核心，其選擇的合適與否對整個系統來說十分重要，其性能直接影響了控制系統的可靠性、數據處理速度、數據采集的實時性等。移動機器人運行環境較惡劣，干擾源眾多，對運動控制器的實時性和可靠性要求較高，所以選擇一種穩定可靠地運動控制器至關重要，既要滿足系統要求，又要具有良好的可擴展性和兼容性。

考慮到實驗環境以及可擴展程度等問題，選擇PLC用于適合本系統的底層運動控制器。它采用可編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

2、電氣系統設計

在對輪式全向移動機器人控制系統硬件進行選型以后，根據移動機器人的硬件組成進行電氣系統設計。移動機器人的電氣系統主要包括三個部分：主電路、伺服驅動系統電路和PLC控制系統電路。

移動機器人控制系統主電路通過PLC和繼電器實現控制。控制原理如下：繼電器由線圈和輔助觸點兩部分組成。當線圈通電的時候，其對應的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。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數字量輸出相連，另一端與地相連。PLC的數字量輸出電壓為24V，通過控制PLC數字量的輸出進而控制繼電器線圈的通電和斷電，繼電器觸點所控制的元件就會得電和失電。

3、I/O配置段設計

I/O配置段包括I/O刷新周期（典型為4ms）和I/O數據映像區大小信息，通過軟PLC編程系統的工程配置模塊進行可視化配置，以適應不同機器人應用程序對I/O設備的不同需求。長度固定為16字節，內容包括I/O刷新周期、本地數字輸入LDI（Local Digital Input）單元個數、本地數字輸出LDO（Local Digital Output）單元個數、本地模擬輸入LAI（Local Analog Input）單元個數、本地模擬輸出LAO（Local Analog Output）單元個數、遠程數字輸入RDI（Remote Digital Input）單元個數、遠程數字輸出RDO（Remote Digital Output）單元個數、遠程模擬輸入RAI（RemoteAnalogInput）單元個數、遠程模擬輸出RAO（Remote Analog Output）單元個數。

4、PLC程序設計

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在中國制造2050和工業4.0“機器換人”的大背景下，中國工業生產正由制造向智造轉型升級。本文在鉛蓄電池極板生產線中引入工業機器人，開發了一種極板搬運工作站，并進行了PLC控制系統的設計，大大提電池極板生產效率，實現自動化。

【關鍵詞】

工業機器人；電池極板；搬運工作站

鉛蓄電池是一種技術成熟且安全性能好的能源，工業和生活領域的發展，如低速電動車、通訊設備儲能等都離不開鉛蓄電池，尤其是電動車是減少大氣污染的重要措施。然而在電池極板生產中，行業內規模化運作的企業主要還是依靠勞動力手工操作，特別是電池極板上下料搬運作業，其勞動工作強度大，員工搬運工作效率低下、同時鉛粉污染危害健康人員的身體，影響工人的工作壽命[1]，其發展急需產業轉型升級。在國外，工業機器人已經成為一種標準化的設備，形成了一些具有競爭力的著名公司，如瑞典的ABB，日本的FANUC、安川，德國的KUKA[2-3]，占領國際和國內市場上的大部分份額。在國內，工業機器人受制核心零部件和工藝原因，還在剛起步。目前有沈陽新松、廣州數控設備有限公司、哈爾濱博實自動化有限公司等，在系統集成和核心零部件進行了相關的研究和突破，都有了相應的進展。同時國內也涌現了一大批以工業機器人集成技術為中心的公司，進行工業機器人的集成應用，引進國外技術結合實際生產，為制造業、快消行業等服務工作。工業機器人是一種能模仿人工操作，可編程和自動控制的高端智能裝備，具有高自動化、柔性化，是中國實現工業4.0“機器換人”戰略的核心，是“中國制造2025”戰略的重要組成部分。在鉛蓄行業，引入工業機器人，可以代替手工操作的同時可以大大提電池極板生產效率，確保生產安全和提高企業的效益[4]。因此，機器人極板搬運工作站的研究對鉛蓄行業實現自動化及轉型升級具有重要的現實意義。

1機器人極板搬運工作站的設計

目前工業機器人在生產中的應用，主要以機器人人工作站和機器人工作生產線的形式進行整合集成應用。搬運機器人工作站，它的主要工作任務針對重物、消耗人力大且動作簡單重復的搬運和貯藏工作[5]，如機床上下料、堆料碼垛，機床柔性線等。針對電池極板的幾何特性分析和工藝要求，進行極板機器人搬運工作站的設計和實現。

1.1工作站工作原理機器人極板搬運工作站由搬運機器人、電池極板輸送機、極板架和控制系統等組成。機器人工作站以工業機器人為工作核心，極板輸送機和極板架都在機器人工作空間內，工作時，電池極板由極板輸送機運送至輸送機末端定位點，然后等待機器人抓取電池極板，機器人收到相應的傳感器信號后，按照預先規劃的路徑到達極板位置，末端夾取執行器夾手對其進行夾取，然后按照規劃軌跡搬運至極板架位置，將極板準確放置于極板架上，代替人工作業。

1.2工作站機器人選型衡量工業機器人的指標很多，有自由度、工作空間、定位精度及重復定位精度、承載能力及最大工作速度等。極板搬運工作站的機器人選型主要考慮以下幾個重要指標：（1）自由度指標，它是衡量機器人運動靈活程度的參數，是衡量機器人的重要指標，自由度越多，機器人越靈活，一般地工業機器人的自由度為3-6個。（2）工作空間指標，它指的是機器人的工作范圍，機器人腕部或者末端執行器能達到的最大范圍，工作空間越大，機器人運動范圍越大。在運動控制中，注意機器人的極限位置，注意抓取位置和極限位置的考慮。（3）承載能力指標，機器人在工作范圍內任何位置能承受最大的載荷，取決于負載的質量、速度和加速度等，同時要考慮末端執行器的質量，故機器人承載能力是末端執行器和機械手抓取負載的總和還要大。（4）定位精度指標，機器人實際位置與理想位置之間的偏差，同時重復定位精度是考驗一個機器人同一環境和條件下，重復若干次其分散的偏差值，機器人多次重復到相同位置的偏差越小，機器人的重復定位值越高。通過這幾個指標，極板搬運機器人工作站可以選擇工作空間大、承載能力強、定位精度高的6自由度工業機器人作為機器人工作的機器本體，設計相應的安裝座，以它為中心來設計整個工作站的安裝控件。同時，6自由度的機器人具有較高的靈活性，方便完成極板的抓取和實現復雜路徑的軌跡規劃。

1.3末端執行器的設計工業機器人末端執行器的設計一般是針對作用對象進行非標設計，它是機器人操作與目標對象直接接觸進行工作，是機器人的關鍵部件，它可以擴大工作空間范圍，提升工作作業能力具有非常重要的作用。有電磁式、氣動式、機械式等，其中機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式和平移式。根據電池極板的幾何外形，故末端執行器夾具可采用氣動驅動的平移型二指手抓對其進行抓取，采用氣動驅動具有響應動作快，靈活，動力清潔等優點，其平移范圍必須大于極板的橫向尺寸。

1.4電池極板輸送機電池極板輸送機由支架，輸送鏈、輸送槽、極板定位板等組成，其中輸送鏈安裝在機架的若干個鏈槽內。工作時，三相異步電動機帶動主軸運動，然后鏈式傳送機構對放置在其上面的電池極板進行傳送。采用鏈式傳動，啟動時電池極板運行平穩，無打滑現象，其適用于遠距離運輸和惡劣環境等優點。

2控制系統

機器人極板搬運工作站電氣控制系統主要的功能實現包括：①工業機器人示教、調試編程與自動運行等功能；②極板末端執行器氣缸動作、傳感器的信號傳遞，實現抓取；③工業機器、PLC和人機界面交互和參數的設置；④整個極板搬運工作站的實現。

2.1極板工作站控制系統組成極板搬運工作站的控制系統包括：①PLC控制系統；②機器人控制系統；③示教器。其主要系統采用PLC為控制核心，機器人控制器的I/O信號模塊與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和極板末端執行器信號也是通過PLC然后傳遞給機器人，進行信號的傳遞。工作時，搬運機器人按照人工示教好的程序正常運行，同時受PLC的控制。（1）機器人示教器，機器人編程有離線編程和示教編程，示教再現是機器人編程應用較廣的編程方式。工作人員觀察產品生產的工藝流程，然后根據生產實踐，對工業機器人的動作位姿、工作路徑、運動參數和工藝參數進行調試，按照需要的任務要求完成機器人編程示教。整個編程過程中，機器人示教器是一個重要的編程設備，通過其對機器人進行控制。（2）機器人控制器其核心是多軸運動控制平臺，實現對多軸機器人的關節伺服控制，同時又相應的機器人專用端口和機器人通用端口和PLC進行信息傳遞，同時設置相應的總線控制和以太網控制端口，方便與外部設備通訊。（3）PLC控制柜，其以PLC為控制核心，將機器人控制柜、傳感系統、人機界面進行集成控制，整個搬運系統的實現主要依賴PLC的邏輯控制的調試與實現，具有非常重要的作用。

2.2控制軟件設計機器人工作站的控制軟件設計以PLC為中心實現。根據搬運工作站的工作原理，首先采用示教器對機器人進行軌跡路徑規劃，考慮機器人在搬運極板時所需的運動學和動力學性能，以最舒服的姿態來進行工作。將機器人進行軌跡示教完成以后，再根據機器人抓取執行器極板準備、極板到位、進行抓取、機器人進行搬運到極板架放置，放置結束后重新循環開始的整個過程，然后進行程序的設計和實現。整個系統程序的設計包括系統初始化、手動運行、自動運行、信號顯示系統和系統復位。（1）系統初始化：當整個控制系統開機時，按一下初始化按鈕，機器人搬運工作站所有的執行動作按照一定的先后順序恢復到預先的原始位置，使機器人工作站處于準備運行狀態，隨時準備開始工作。（2）手動運行：機器人單機示教軌跡路徑，完成路徑的最佳規劃，手動運行是用來對整個機器人各個功能塊進行調試時的狀態。通過手動運行模塊，可以調試抓取執行器的開合動作，以此來進行極板的抓取力度調節。同時也可以實現抓取后整機聯合運行調試操作，讓機器人、末端執行器和極板輸送架達到最佳狀態。（3）自動運行：自動運行狀態是整機連續工作狀態，一旦參數都設置好后，正常情況下進入自動運行狀態，搬運工業機器人能自動完成電池極板的抓取，搬運、放置循環工作，實現生產的自動化，可以通過按鈕或者觸摸屏上的啟動開始，接受停止指令后停止。其程序的設計可以采用步進順序控制，按照一定的生產流程來實現工業機器人極板的搬運工作。（4）信號顯示系統和復位系統：通過信號顯示可以觀察系統的運行情況，可以觀察其各功能狀態，通過信號顯示來判斷程序運行的進度、狀態以及極板的搬運數量。同時一旦出現故障，可以通過報警燈來提示故障問題，通過觸摸屏顯示系統快速找到故障點，并且可以通過相應的復位系統進行復位。

2.3人機界面設計人機界面的設計，主要通過觸摸屏和組態來實現搬運機器人控制系統和人的人機交互，通過信息的交流來實現人對搬運機器人的控制。隨著信息技術的發展，傳統的純按鍵操作平臺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，隨著組態技術的發展，可以組建適合工業生產相應的控制系統界面，包啟動、停止、循環、單機及數等功能，同時可以制作相應效果更好的系統界面。本文選取昆侖通態的觸摸屏為人機交互界面，同時通過昆侖的MCGS組態軟件集成實現機器人工作站的控制要求，根據機器人工作站功能及控制任務的要求，配置相應的對象定義，編輯屬性和狀態特征等，同時制作組態畫面來顯示狀態信號和一系列的人機操作等。人機界面完成控制硬件與軟件的聯系，建立了操作人員與監控層的控制與溝通平臺，在機器人搬運工作中方便靈活。

3總結

本文開發了一種鉛蓄電池的極板搬運機器人工作站，該極板搬運機器人工作站可以實現極板輸送、定位抓取、搬運、放置等功能，同時控制系統采用PLC和昆侖人機界面進行控制來實現整機的運行，其操作性高、性能穩定，從而代替人工實現極板的自動搬運，大大提高工作效率。

【參考文獻】

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［2］王田苗，陶永.我國工業機器人技術現狀與產業發展技化發展戰略[J].機械工程學報，2014,9（50）：1-13.

［3］顧震宇.全球工業機器人產業現狀與趨勢[J].機電一體化,2006,2:6-9.

［4］陳立新，郭文彥.工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用[J].機械工程與自動化，2010,3：133-135.

篇8

【關鍵詞】工業機器人；市場需求；關鍵技術；問題

工業機器人制造和發展的過程中涉及到的技術和領域非常多，包括機械、電子和計算機等，通過多種高新技術的整合形成的一種綜合式的研究領域，因此，工業機器人在發展的過程中對所有涉及到的科學領域都一定的聯系。隨著工業機器人發展的標準化和網絡化等成都越來越高，其在使用的過程中能夠滿足人們的更多需求，本文對工業機器人的技術發展和應用進行了簡單的分析。

1、機器人發展歷程

1.1 國內發展史

我國的工業機器人起步較晚，大概在上世紀70年代才開始進行工業機器人的研究，到目前為止，我國的工業機器人發展已經經歷了30多年的時間。對于工業機器人的前期研究，其主要是自主研發，在這一過程中面臨的問題較多，導致發展較為緩慢，隨后我國將其列入到我國的國家計劃中，發展速度開始加快，特別是幾個五年計劃中對工業機器人發展的技術支持，為我國的工業機器人發展提供了充足的動力。近些年來，隨著科學技術的不斷發展，我國的工業機器人生產和制造逐漸為用戶帶來了巨大的經濟效益，而機器人的自動化生產也逐漸被引進我國，國內的各行各業也在逐漸將生產設備向著自動化技術前進，這都為我國的工業機器人發展創造了良好的外部環境。截止到目前，我國的北進和上海等城市已經擁有了具有自主知識產權的工業機器人產品，一些產品已經投入了市場，為我國的工業機器人發展創造了良好的條件。

1.2 國外發展史

世界上工業機器人發展最先進的國家是日本，在當前，全球大約有40%的工業機器人來源于日本，其不論是在工業機器人的技術含量以及市場的發展中都具有非常大的優勢，占據著世界機器人市場的最大份額。在2004年，日本將工業機器人的發展列入到國家的新產業發展戰略中，隨后又在其他的發展戰略中將工業機器人發展列入其中，通過日本政府的重視，日本的工業機器人發展具有非常好的技術和經濟等支持，為日本的工業機器人發展創造了良好的外部條件。此外，還有機器人的誕生地美國，其對機器人的研究最早，經過40多年時間的發展，美國的工業人機器人已經具有非常雄厚的資金和技術支持，國內的工業機器人生產商具有較高的科研能力，為美國工業機器人的發展提供了有力的技術和資金支持，其他的像西方的發達國家，其對工業機器人的發展都具有相當高的重視，這為其國內的工業機器人發展創造了良好的氛圍。

2、工業機器人發展趨勢和特點

對于工業機器人，其主要是為了滿足制造生產的高效和高精度，為此，未來的工業機器人發展將逐漸向著高速、高精和智能化等方向發展，通過日本的機械學會對工業機器人的發展研究得知，隨著工業機器人的精度設計水平提高，其將會向著重復定位精度方向發展，這為工業機器人的應用創造了非常大的優勢。此外，各種新材料的開發和利用也使得工業機器人能夠不斷減輕自身的重量，為其應用提供更加便利的條件，下面對工業機器人的技術特點進行了簡單的介紹：

首先是工業及其熱的精密化和柔性化等特點，工業機器人在開發和使用的過程中涉及到的技術種類較多，為了保證工業機器人的快速發展，需要通過有效的技術檢測來對工業機器人的管理進行優化調度和控制等，實現工業機器人的品質和產量雙增加。此外，隨著當前可持續經濟發展理念的盛行，工業機器人的發展也將逐漸向著低能耗、無污染的方向前進，著將是為來工業機器人的發展最高水平。

然后是工業機器人的自動化成套裝備，其在生產的過程中更加注重產品的精細化加工和生產，隨著我國工業機器人的發展，其逐漸向著高智能化的方向前進，從而實現工業生產的自動化和數字化等特點。

然后是工業機器人以及成套的自動化設備，這是工業生產中的重要設備，像制造業中的生產、安裝和檢測等都對其具有較高的技術要求，且這些設備廣泛應用在汽車的整體以及單個零件的生產中，此外還有軍工和金融等多個行業。

3、國際市場需求分析

根據IFR的相關統計數據可以得知，工業機器人的生產和銷售目前已經達到了一個非常可觀的水平，在2008年，全球的工業機器人安裝就達到了11.3萬套，而對應的銷售額也達到了62億美元的總體水平，大約占據了整體市場容量的三分之一左右。隨后，每年的工業機器人生產和安裝也在逐漸增加，除了2008年和2009年金融危機的影響，后續幾年工業機器人的生產和銷售額都在穩步增長中。對于我國當前的工業機器人生產、制造和銷售，僅僅有30%是國產的工業機器人，而其他的市場份額幾乎被美日德等發達國家占據完全，通過對我國工業機器人的市場進行調查研究可以發現，當前我國的工業機器人市場需求是非常大的。在國際市場上，我國是工業機器人進口最大的國家之一，且我國的工業機器人發展速度也是非常快的。隨著工業機器人技術的不斷成熟，國際上也出現了一批具有高端技術的工業機器人生產廠家，像KUKA和ABB等，這些工業機器人生產商的技術水平非常高，在國際市場 上占有非常高的地位。

通過對工業機器人的發展趨勢進行研究可以發現，其在制造業中的應用具有非常廣闊的前景，像機械加工和焊接等操作匯總，機器人的使用能夠大大提高施工水平，且產品的質量也非常高，避免了人工操作過程中可能出現的各種失誤。通過工業機器人的生產和發展，其大大推動了世界工業技術的發展。像產線的裝配機器人，其在自動化裝配產線中的應用減少了工人的勞動強度，減少了生產過程中的人工成本，為企業的發展創造了更大的價值。

4、工業機器人技術分析

對于常規的工業機器人來說，其組成部分主要包括機械主體和控制系統等，通過這幾個基本的組成部分就能夠實現一些常規的工業生產操作。對于工業機器人來說，其中的控制系統和傳動系統等對其具有決定性的影響，為了保證工業機器人的高精度生產和高性能運行以及穩定的操作等，需要對工業機器人的這些系統進行有效的控制。在當前，我國的工業機器人研究對其中的關鍵性技術仍然沒有完全掌握和開發，這對我國的工業機器人發展具有非常大的限制。

4.1高精度減速機

在當前我國的工業機器人發展中，高精度機器人的關節減速器大部分都是依賴國外的廠家提供，這對我國的工業機器人發展是一項嚴重的限制。為了更好的實現我國工業機器人的國產化，我國的部分高校開始致力于高精度擺線針輪減速機的開發和研究，到目前為止，我國已經研究出了能夠替代諧波減速機的相關產品，但由于我國的相關技術還不完善，高精度減速機的研制過程中還存在著一些技術問題，下面對其進行了簡單的分析：

首先是材料的成型控制技術，為了保證工業機器人的正常使用，需要對其RV減速機的減速齒輪進行高耐磨等性能的提高，這樣才能保證工業機器人的高精度，因此，對于RV減速機的相關材料具有非常高的要求，這體現在材料化學中的各種構成材料含量等的控制方面。然后是對于一些特殊部件的加工技術，對于RV減速機，其中的非標特殊軸承是最為復雜的組成元件之一，在生產的過程中需要保證其間隙的準確性，這就要求對該器件的生產采用一些特殊的生產模式，但在當前我國還沒有找到最佳的生產方法。然后是裝配技術的精密性，對于工業機器人，其在使用的過程中具有較大的減速效果，因此，在進行實際的裝配時需要結合當前的精密裝配技術來實現工業機器人的精密裝配，保證其良好的減速效果，通過對RV輸出軸側隙的零標準控制，使工業機器人具有較好的靜剛度。

4.2電機和高精度伺服驅動器

對于工業機器人，其在使用的過程中需要具有較高精度的控制，而傳統的電機和驅動器很難滿足這一要求，為此需要采用專業的電機和驅動器來實現對工業機器人的精確控制。在國外的工業機器人生產中，以及設計制造了專業的電機和驅動器設備，其能夠保證工業機器人的高效節能和低噪音等效果。而在我國國內的工業機器人制造和生產中，還沒有專門的高性能電機和伺服器制造企業，主要是其中的關鍵技術沒有掌握，下面對其進行了簡單的介紹：首先是伺服控制器的快響應技術，在當前的工業機器人電機驅動中主要是由三個方面控制的，每一部分對工業機器人的電機驅動都有非常重要的影響，像驅動器內環的深度等，其是影響工業機器人電機驅動的關鍵性技術，對電機的電流環具有直接的影響，但由于我國的電流環在干擾觀測和前饋補償算法等方面的設計存在著較大的差距，導致其內部的預測模型無法實現對閉環的優化。此外，還有在線參數的自整定技術辨識功能較差等都對我國的工業機器人電機和驅動具有較大的影響。

5、總結

隨著我國經濟的高速發展，我國的工業機器人發展迎來了一個新的發展機遇，特別是企業對工業機器人的需求增加，國內的工業機器人發展技術不斷成熟以及國家的大力支持等，這些都為我國的工業機器人發展創造了良好的條件。但由于我國的工業機器人起步較晚，很多的核心技術還沒有完全掌握，因此，相關部門需要加快對我國工業機器人發展的人才支持，促進我國的工業機器人的研究和發展。

參考文獻

[1]駱敏舟，方健，趙江海.工業機器人的技術發展及其應用[J].機械制造與自動化，2015，01：1-4.

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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.

關鍵詞： 校企共建；課程設計；工業機器人

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

中圖分類號：TP313 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）13-0263-02

0 引言

南寧職業技術學院是全國首批28所、廣西首家國家示范性高職院校，《工業機器人安裝編程調試》是學院機電一體化專業（工業機器人應用方向）的核心課程，以工作過程為導向，進行課程設計開發建設，通過校企共建模式做了一些探索實踐。

1 明確課程定位、教學目標、建設目標

1.1 機電一體化專業（工業機器人應用方向）培養目標 培養擁護黨的基本路線，遵紀守法，適應工業機器人技術應用第一線需要的，德、智、體、美等方面全面發展，具有必備的工業機器人應用基礎理論知識和專門知識及勞動技能，具有良好的職業道德和敬業精神，可從事工業機器人等智能裝備、自動控制設備生產和使用的制造、安裝、調試、編程、操作、維修、養護和技術管理及營銷服務等工作的高技能應用型專門人才。

1.2 課程定位 本課程是在機電一體化專業（工業機器人應用方向）中開設的一門專業核心課程，它是介于前續課程與頂崗實習之間的綜合性課程，為了滿足工業機器人行業要培養工業機器人裝配調試、操作維修、設備維護管理專業人才需要。通過本課程的學習，學生能夠了解工業機器人安裝與調試的一般流程方法，能夠獨立完成工業機器人的安裝、調試、運行、維護、維修等工作。為學生后續頂崗實習和今后從事工業機器人技術領域的工作打下堅實的基礎。

1.3 課程教學目標 通過學習課程工作任務的完成，使學生了解工業機器人的分類、特點、組成、工作原理等基本理論和技術，掌握工業機器人的安裝、編程、調試的一般方法與流程，具備工業機器人的安裝、編程、調試、故障檢測與維修，設備管理等解決實際問題的基本技能，提高其實際應用技能，并使學生養成善于觀察、獨立思考的習慣，同時通過教學過程中的案例強化學生的職業道德意識和職業素質養成意識。

1.4 課程建設目標 根據實際情況，設定了課程建設目標：編寫適合校企課程的教材，擴充及完善現有的多媒體教學資源，建立課程教學網站，擴充設備條件，校企共建校內、校外實訓室（基地）加強教師培訓，開放實訓室、工作室。

2 校企共建課程實踐

依據機電學院機電一體化專業（工業機器人應用方向）校企合作人才培養方案的要求，具體做以下的探索創新：

2.1 《工業機器人安裝、編程與調試》課程的開設情況 我院于2010年將此課程列入機電一體化專業選修課程，2012年申請設立機電一體化專業（工業機器人應用方向）將此課程例入專業核心課程。

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

2.3 與合作企業人員共同制訂課程設置方案 在工業機器人專業申報中廣西制造業工業機器人應用情況及人才需求情況調研報告基礎上，結合合作企業具體情況，與合作企業人員共同修訂課程設置方案，遵循以職業能力培養為重點，與行業企業合作進行基于工作過程的課程開發與設計，充分體現職業性、實踐性和開放性的要求。課程設置方案如圖1所示：

2.4 整合課程內容，在課程教學內容引入合作企業中工業機器人應用案例 為強化學生的工業機器人安裝、編程與調試的實際應用能力，在教材中及課程教學中引入合作企業中工業機器人應用案例。將相關課程內容進行整合，確定了本課程內容，課程內容涵蓋了簡單到復雜。如表1所示：

2.5 與合作企業人員共同編寫課程教材 當前工業機器人的教材及教學特點是過分強調細節及知識的完整性，忽略學生興趣的培養及總體知識的掌握，忽略了調動學生學習積極性，很多學生學習完所有課程知識后，仍然無法完成完整的最簡單的系統設計應用，教學和實際應用脫節，學生沒有達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的重點工作。引入合作企業中工業機器人應用案例，同時結合現有實訓設備條件，與合作企業人員共同編寫課程教材。

2.6 采用教、學、做一體化教學 在教學方法、教學內容、教學場所三方面實施教、學、做一體化：即在教學中采用以“教學做一體化”為核心的教學法，結合項目驅動教學法、比較教學法、案例教學法、啟發式教學法、分組討論教學法等多種教學法，調動學生學習積極性，提高教學的效率，開發學生主動思考問題的創新能力；教學內容為教、學、做一體化內容；教學場所為教、學、做一體化實訓室。

2.7 充分應用信息化教學手段 在教學中充分應用教學軟件：提供單片機、PLC、工業機器人編程教學版、工業版編程軟件及（虛擬）仿真軟件，能夠提供仿真教學環境，優化教學過程；還注重多媒體教學資料應用，包括教學課件（PPT）、電子教案、視頻資料、案例材料等。切實提高教學質量和效率。擴充及完善現有多媒體教學資源：通過收集國內外的最新資料，進一步擴充及完善現有的多媒體教學資源，工業機器人技術發展速度很快，特別注意資料的時效性，不僅滿足課內教學要求，還能滿足課程拓展教學要求。建立課程教學網站：依照網絡教學環境“網絡教學資源豐富，架構合理，硬件環境能夠支撐網絡課程的正常運行，并能有效共享”的目標要求建立課程教學網站，提高學生自主學習能力。

2.8 擴充設備條件，與合作企業共建校內校外（企業）實訓室（基地） 通過擴充與整合設備條件，校企共建校內實訓室（基地）有：教學做一體化實訓室4間（現代工業控制技術實訓室1間、變頻及PLC控制實訓室1間、GE智能實驗室1間、液壓與氣動傳動1間），校企合作企業富士康科技集團提供的SMT生產線2條；在富士康科技集團（南寧）工業園區建立校外（企業）實訓室（基地）。具備有單片機實訓設備、PLC、三軸直角坐標機械手、智能小車、三菱五（六）自由度工業機器人、FESTO柔性生產線等本課程相關的專業實訓設備，完全滿足課程教學要求。

2.9 多途徑加強教師培訓 通過參加行業內技術培訓、技術論壇等途徑，加強對教師在工業機器人新技術方面培訓，達到更新知識，緊追行業新技術，提高教學水平，增強教學效果。

2.10 開放實訓室、工作室 通過逐步開放相關實訓室、機電一體化技術應用工作室，向學生提供自主學習場所，強化技能訓練，引導學生參與校企合作科研項目、參加技能大賽，增強學生的提高工業機器人技能的應用能力及創新能力。

2.11 改革課程評價方法，并在課程評價內容引入合作企業中工業機器人典型應用案例 為能如實考核學生的工業機器人安裝、編程與調試的實際應用能力，校企共同研究制訂課程評價方案，在課程評價內容引入合作企業中工業機器人典型應用案例作為考核內容，著重考核學生對知識技能的應用能力、團隊合作能力、職業素養。為此擬采用如下課程評價：

2.11.1 設置科學的考核內容（引入企業實際項目案例）

①通過制訂工作計劃；②機械、電氣線路圖讀識、安裝與調試；③編程：工業機器人控制系統控制程序的設計、編程能力；④整體控制系統的運行調試能力；⑤按職業工種標準考核職業素養。

2.11.2 評價的方式 評價的方式采用過程評價（占40%）與集中考核評價（占60%）結合。1）過程評價：實訓報告、綜合作業、各階段學習評價（每個學習情境均有學習評價表）；2）集中考核評價：按設定的考核內容的要求，以團隊合作形式完成，進行成果展示。教師及企業工程師對其成果進行如下評價：①安裝過程優化設計；②操作行為的規范性；③環保意識；④職業素養。

3 校企業共建課程的成效

從2010年至今進行了近3年的校企共建課程探索、實踐，取得了較顯著的效果：①學生參加技能競賽成績顯著。2011年廣西高職院校技能大賽（機器人項目）第二名，2011年全國職業院校技能大賽高職組（機器人項目）三等獎，2011年全國高職院校自動生產線安裝與調試技能大賽二等獎，2012年廣西高職院校技能大賽（機器人項目）第一名，2012年全國職業院校技能大賽高職組（機器人項目）三等獎。②學生職業技能取得明顯的提高，畢業生在技術崗位上就業人數明顯增加。以前機電一體化專業畢業學生以相關設備的操作為主，近兩年來通過校企共建課程的學習、訓練，學生的工業機器人安裝、編程、調試職業技能取得明顯的提高，從事相關設備安裝、調試、維護崗位的人數明顯增加。

4 結束語

通過校企共建課程模式，使課程體系以職業能力培養為主要目標，以典型工作任務（項目）為載體，將學習過程、工作過程與學生能力培養有機結合起來，充分體現工學結合，有效提高了學生“零距離”就業競爭力。

參考文獻：

[1]姜大源.職業教育學研究新論[H].北京：教育科學出版社，2007.

篇10

【關鍵詞】實時控制系統；高速通訊總線；自動化

隨著機械自動化水平的提高，機器人以其在機械結構、適用范圍、靈活性、成本以及維護等方面的優勢，使其應用漸為廣泛，并成為一種發展趨勢。而機器人控制系統的性能決定著機器人的品質，目前主流高性能運動控制系統的發展趨勢是在具有很強計算能力的計算機上集成高性能實時系統和高速通訊總線的控制架構。以該種控制結構完成具有前饋補償的控制結構。運動學、動力學和用于前饋補償的伺服控制算法均在計算性能強大的工控機中完成。在每一個伺服周期內伺服控制指令通過高速通訊總線傳遞給驅動器，同時在同一個伺服周期內完成運動指令的反饋。伺服控制指令被疊加到電流回路指令給定端作為前饋補償，其可以補償動力學耦合和結構柔性產生的非線性效應。控制指令可以根據相應的控制算法進行實時計算。在前饋補償作用下，每一個主動關節即可以視為一個簡單的單輸入單輸出系統，從而采用驅動器內部的線性控制器即可獲得較好的控制性能。

1 Windows 內嵌實時系統

目前由于Windows 良好的人機界面和交互功能，在工控領域應用越來越廣泛，但由于其并不是一個實時系統，時間片設定在5 毫秒以下時，其便很難保持精確穩定的運行。從而用于實時性要求較高的工控場合會存在很多的局限性，如完成伺服層的伺服調試，需要1個毫秒以下的精確定時。為了解決這一矛盾，出現了很多利用Window 環境進行擴展或者內嵌實時內核的實時系統。其中德國Beckhoff 公司的TwinCAT 系統就是其中之一，TwinCAT（The Windows Control and Automation Technology）的原意是指“基于Windows 的控制和自動化技術”，其通過在Windows 環境下內嵌實時內核的方法，將每一臺PC 變為多個具有很強大處理能力的PLC 集合，并同時具有良好的開發和編程環境，符合IEC-61131-3 標準。其集成的人機界面開發環境，可以支持高級語言如VC++，Matlab 直接編程。TwinCAT 將實時控制與Windows 環境有機結合，為工控機進行高性能工控任務提供了強大的實時擴展。所有的Windows 環境下的程序，例如圖形和可視化模塊均可以通過ADS 通訊的方式訪問TwinCAT 數據，或進行實時的數據交互。同時TwinCAT 在軟件方面集成了完善的錯誤診斷，穩定和安全機制，特別在各從站信號同步方面，采用了分布式時鐘和抖動監測器，嚴格保證信號同步，增加了系統可靠性。同時其實時內核具有很高優先級和穩定性，在Windows 系統藍屏時，仍可保證后臺服務穩定運行。

2 基于工業以太網的高速通訊總線技術

當完成所有在線指令的實時計算后，運動控制指令需要從運動控制單元傳輸到驅動單元中。以往的運動控制系統，運動控制指令通過模擬量進行傳輸，從而不存在時間延遲。但是電磁干擾和噪聲對于模擬量是一個嚴重的問題。因此，采用模擬量方式進行運動指令傳輸在工業應用中要穩定可靠的運行難度很大，且一般無法進行長距離傳輸。目前由德國Beckhoff 和EtherCAT Technology Group（ETG）推廣的基于工業以太網的高性能通訊總線EtherCAT， 其采用主從結構，由主站和多個從站組成。主站可以是工控機或者其他嵌入式控制器，從站使用專用芯片構成EtherCAT 從站控制器，其具有完成EtherCAT 通信協議所要求的物理層和數據鏈路層的所有功能。這種通訊總線將一些優秀的專門用于運動控制的總線協議（如Sercos，CAN）與以太網的高通訊帶寬結合起來。同時傳統工業以太網一般需要在每個節點接收以太網數據包，然后進行解碼和編碼，而EtherCAT 在數據幀處理方式與此不同，系統控制周期由主站發起，主站發出下行電報。當數據幀通過每一個從站設備時，EtherCAT 從站控制器直接分析尋址到本機的報文，根據EtherCAT 報文，讀寫數據到報文指定的位置，同時從站硬件把該報文的工作計數器（WKC）加1，表示該數據被處理，整個過程大約產生十幾個納秒延遲。此過程是在從站控制器中通過硬件實現的，因此與協議堆棧軟件的實時運行系統或處理器性能無關，有效地提高了通訊實時性。并且從站數量的增加對這一指標影響不大，在同時連接1000 個I/O 類型的從站節點下，能穩定運行的最小循環時間能達到62.5 微秒。目前該總線已成為先進運動控制的主流，其所有協議均是開放，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品。

3 機器人控制系統的軟件實現

在 TwinCAT PLC Control 中提供的遵循IEC 61131-3 標準的編程環境下，對4自由度搬運機器人底層軟件進行了編寫，并期望通過通用功能模塊化封裝的思想，開發能適用于各種型號工業機器人的底層運動控制程序庫。整個控制器程序可以看做一個復雜的狀態機，根據程序當前運行結果或外部條件觸發而更改運行狀態，并調用組件庫中的對應功能。機器人組件庫由一些功能模塊組成，包括插補及運動規劃組件，其以運動規劃算法為基礎完成機器人離線或者在線的運動規劃，并在每一個主程序循環周期進行一次機器人的正逆解運算。伺服控制模塊通過狀態機的方式實現對機器人各軸進行控制，電機軸的運動狀態可以通過示教盒或自身內部改變；編碼器及傳感器讀取模塊用于讀取機器人電機軸的編碼器數據及各傳感器數據，用于進行反饋控制；上位機通訊網絡模塊，用于在示教狀態下和外部輸入設備交互，調用機器人系統的功能；機器人運動學及動力學組件庫建立機器人運動學及動力學算法，在每個主程序循環周期內進行計算，通過高速總線將前饋補償值傳遞給驅動器。安全模塊對整個機器人系統提供安全保障。在軟件系統中每個功能模塊都以一個任務的形式存在，系統軟件流程簡圖如下：

圖1

4 總結

本文提出的控制系統架構和軟件實現，使系統動態響應能力大幅提高，動態跟蹤誤差明顯降低。可廣泛用于物流自動化行業中的搬運、分揀等方面，具有廣闊的前景。

【參考文獻】

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