抛光打磨机器人控制系统的电气设计

抛光打磨机器人控制系统的电气设计
发表时间：2019-09-17T10:03:07.410Z 来源：《电力设备》2019年第7期作者：廖启雁
[导读] 摘要：着各行业工艺水平的进步，加工制造业对零部件的表面精度要求越来越高，研磨和抛光工艺也就越来越多的成为零件加工的最后一道工序。

（广州数控设备有限公司广东广州 510530）
摘要：着各行业工艺水平的进步，加工制造业对零部件的表面精度要求越来越高，研磨和抛光工艺也就越来越多的成为零件加工的最后一道工序。

人工打磨拋光由于对人体的高危害和效率低下，使得传统制造型企业对机器人应用需求不断提高。

抛光打磨机器人，用于替代传统人工打磨，主要用于工件的表面打磨、去毛刺、焊缝打磨以及螺孔去毛刺等工作。

基于此，笔者结合自身工作实践，主要对抛光打磨机器人控制系统的电气设计进行分析，以供参考。

关键词：抛光机器人；PLC；控制系统
当今工业机器人在机床上的应用己成为加工制造业发展的一大趋向。

机器人的机械手臂灵活多样，通过对工人的动作进行分析与实验，提取打磨过程参数，编程控制机器人，能够模拟工人的动作，从而达到替代人工的目的。

为了扩展机器人的应用领域，紧跟国际上机器人技术的研究趋势，下面笔者主要结合自身经验，本文设计了一套打磨机器人电气控制系统，分析打磨机器人电气控制系统的功能设计要求和设计。

1抛光打磨机器人电气控制系统的功能设计要求
抛光打磨机器人的电气控制系统的功能在很大程度上决定着抛光打磨机器人的整体功能的实现。

根据对工业现场的了解，抛光打磨机器人电气控制系统应具备以下功能：
1.1对机器人的运行状态进行控制，包括控制机器人各个伺服电机的启动与停止、正转与反转，各个气缸控制，电气比例闽的控制，让机器人的各个转动关节协调地工作。

1.2抛光打磨机器人应当具有供电安全控制功能，并且电源供电的状态能在面板上显示出来。

1.3抛光打磨机器人控制系统应当具备显示功能，通过触摸屏来进行提供用户各种控制操作接口，并且可以显示出机器的运行状态，同是还能让用户更加方便简单的了解控制系统状态以及抛光打磨机器人的相应的设定工作方式。

1.4抛光打磨化器人应当具备检测异常以及声光报警的功能，同时需要在机械限位前加上光电限位开关，为了防止控制系统出现意外故障时致使机器的机械结构出现损坏，或者电机的转动速度超过最大速度，当检测到异常信号后，立即做出相应的停机处理并给出声光报警信号，以防事故的发生。

1.5抛光打磨机器人应当具备紧急停止功能，为了便于在程度运行中和操作时可以最快的按下按钮，要求紧急停止按钮安装在机器人的控制面板上。

当在测试模式下按下紧急停止键时，紧急停止功能会立即断开驱动器，同时制动器断电并保持制动。

在自动模式下，紧急停止按钮能立即断开驱动器的电源从而达到让机器立马停止的目的，一旦抛光打磨机器人处于停止状态，驱动器便会断开连接，从而保护设备和人身安全。

2打磨机器人控制系统的总体设计
本打磨机器人控制系统主要包括六自由度工业机器人的选型、主控制器的设计、打磨机和压力传感器的选型、驱动系统的选型、电主轴等。

2.1机器人的选型
在机器人的选型时，除了工作现场环境的需求，工作范围和王作负载也是需要考虑的两大因素，机器人法兰盘末端所能够达到的空间位置点的集合称为机器人的工作范围。

机器人的工作范围是机器人系统参数的一个重要指标，机器人的结构是否合理，操作性能的好坏和是否灵活等，需要分析工作空间来判定。

在整个系统设计之初，考虑到打磨工件的现实需求和机器人工作半径等方面的需要，采用由ER50-C10机器人抓取工件，放置在工件的中转台上，然后由IRB-6700型号的ABB机器人来夹持工件，使工件分别在电主轴和打磨机上打磨，然后把打磨好的工件放置在３号或４号中转台上，最后由编号为Ｄ的机器人夹持已经打磨好的工件，放置在下料装置上，这样完成整个工件的打磨。

2.2主控制器的选择
一般工厂环境各不相同，但对于主控制设备趋于一致，就是要求主控器稳定可靠地运行。

一般系统越复杂控制越难，也就很难保证系统的稳定性。

目前市场上主流的，也是一般我们在选择工控设备时所考虑的有两种选择：工控机和可编程控制器PLC。

本打磨机器人控制系统在设计时考虑到重要的设备：检测打磨压力大小的皮力传感器、检测整个系统控制柜内部温度高低的温度传感器需要进行数模转换。

四台工业机器人需要和PLC通信，且通信方式不同。

EFORT机器人采PROFINET通信方式，ABB机器人采用PROFIBUS通信方式。

而西口子PLC在模数转换和通信能力方面有很大的优点。

同时考虑系统以后可能会扩展一些功能。

综合各方面的因素，最终选择ET200S系列西口子PLC。

2.3压力传感器的选型
在称重式压力传感器在使用时方面，与其他设备一起配合使用，具体如下：
在称重式压力传感器检测气压的大小需要经过变送器进行变换，就是传感器检测的非电量进行转换和放大，然后把值的大小输入给西门子PLC，经过PLC的模数转换。

从而判断打磨压力值的大小，PLC发送指令给ABB机器人，从而改变机器人的位姿状态。

如果打磨压力偏大，对于机器人和打磨机的砂轮距离而言，机器人夹持工件上升微小的距离，如果打磨压力值偏小，PLC发送指令给机器人，使机器人夹持工件下降微小的距离。

如果打磨压力大小在允许值的范围之内，则 不需要改变ABB机器人的位姿状态。

同时在设计之初，打磨机的下方安装了三个气缸。

在PLC检测打磨压力大小，除了改变同过机器人的位姿状态，来实现控制打磨压力大小，也可以通过直接改变气体压力大小的方式，也就是说当PLC检测压为值的大小不再允许的设定值范围之内时，可以通过比例减压阀调节气压大小，从而改变三个气缸行程，实现打磨机的微小浮动。

当打磨压力偏大时，减小气压的强度，气缸行程缩短，气缸带动打磨机后退微小的距离；当打磨压力偏小时，増大气压的强度，气缸行程増长，气缸带动打磨机往前进微小的距离；由于ABB机器人良好的稳定性和控制精度，所以采用改变机器
人的位姿状态实现对工件的有效打磨。

2.4驱动装置的设计
打磨电机作为打磨机器人控制系统的重要设备，所以对于打磨电机和控制其转速的变频器的选型很重要。

考虑到打磨机在打磨工件时，普通异步电机启动电流比较大，影响了电机转矩的提升，电机效率低，且耗能比较高，无法满足设备需求。

所以打磨机采用普通三相异步电机加装编码器，和变频器的方式实现对电机转速的有效控制。

为了实现对打磨电机转速的有效控制，采用变频器驱动系统，它是通过改变变频器的输出频率来达到调速目的。

2.5机器人的通讯方式
由于通过机器人I/O与外界信号的传输，所需要接的线路比较多，会给后期检查线路带来不少工作量，而且采用I/O板与外界通信所传输的信号有限，所以本系统在设计时主要采用工业现场总线的形式。

这样会使所接的线路清晰明辨，且传输信号速率比较快。

3总结
工业机器人的铸件打磨用于取代人工打磨的优点很多。

本文在大量查阅国内
外相关文献资料的基础上，深入研究分析，并结合当前企业的实际应用需求和现状，结合拋光打磨机器人电气控制系统的体系结构和性能需求，对硬件系统进行设计与实现。

主要包括控制器、显示装置、驱动器、电气比例阀等硬件的选型。

参考文献
［1］杨林.复杂曲面机器人自动研磨抛光控制的研究［D］．东北大学，2011．
［2］马彩云，李振华，胡佳文．基于PLC的大型螺杆抛光机控制系统研究［Ｊ］．机电工程，2014（05）：612－615． ［3］姚立权．打磨机器人机电系统设计与研究［D］．东北大学，2008．。