自动加工工业机器人的设计与实现

王晨晖

摘 要：随着全球劳动力成本上升，同时，制造业对高精度、高速度、高效率的需求升级，在科技大力发展的今天，机器人作为适应新时代的新型产物，其发展和需求已日趋高涨，尤其是工业机器人，在医药、汽车等电子制造业领域的发展速度惊人。

关键词：自动加工；工业机器人

一、自动加工工业机器人设计前提

首先，工业机器人要考虑实现自身可以装配的要求，生产线装配线在建立的时候需要得到生产企业的支持，条件允许下，还可以制定多元化的设备传输方案。除此之外，在对装配的产品特点、类型的分析要有针对性的选择，最终确定最佳的传输方案。其次，在自动化机器人的功能需要不断的完善。基于对机器人装配零部件的了解，在装配行为上进行规范化的管理，从而保证正常发挥设备的功能。除此之外，生产制造企业在对工业机器人的试验、设备功能的检验等方面，要进行全面的完善工作，以保证上位装配的动作完美无误。最后，制造企业在现有的装配技术和工作效率上要着重分析，重中之重的是把设备的装备工作进行剖析，对装配动作中的优缺点进行深度探讨，在出现问题时要及时解决，把机器人的智能化和自动化需求放在首位。此外，在机器人自动装配操作以及人工装配操作方面，企业需要进行统一的优化和完善。

二、自动加工工业机器人的设计

2.1 硬件选择

西门子可编程控制器分为大型S7—400、中型S7—300、小型S7—200，它是自动加工工业机器人的核心元器件，它们相对应也分为3个不同的系统。S7—200这个系列的可编程控制器分为CPU21X系列，CPU22X系列，最常使用的基本型号为CPU221，CPU222，CPU224和CPU226。小型可编程控制器中，价格最低的就是CPU222，它是通过可连接的扩展模块便可以处理模拟量。而需要更大的存储器及更多的输入输出点时就要选择CPU224。如果需要功能更强大并能满足一些复杂的控制系统要求时，则需要选择CPU226或者CPU226XM。为了实现自动加工工业机器人，综合条件后选用CPU226的可编程控制器。

2.2简介CPU226可编程控制器

对于CPU226可编程控制器的外型如下图：

输入、输出和CPU等模块都安装在机壳中，它们组成了整体化结构。扩展模块与基本单元直接连接就能完成系统进行的扩展。底部有输入量的接线端子，提供24V直流电源端子的传感器。依据整体式的可编程控制器的多个扩展模块，进行选择，把可编程控制器的功能发挥到极致。

2.3 CPU的工作方式

CPU有两种运行状态，分别为RUN和STOP。RUN是当CPU处于运行状态时，可编程控制器可以按照预设的方式来运行程序。而STOP是在CPU处于停止工作状态时，不执行任何程序，这时编程装置便发挥主要作用，它向可编程控制器进行程序的安装。程序处于编辑或者上传下载的过程时，必须将CPU处于STOP状态中。

2.4 改变工作方式的方法

用编程软件来对工作方式进行改变：当开关切换到 TERM时，运用WIN32编程软件来设置工作方式。在程序中用指令改变工作方式：在程序中插入STOP指令，CPU可以从RUN状态转换为STOP状态。用工作方式开关来对工作方式进行变换:方式开关切到RUN时，运行程序；方式开关切到STOP时，停止程序的运行；方式开关切到TERM（暂态）或者RUN时，STEP7—Micro/WIN32软件可以设置CPU的工作状态。通电情况下：方式开关为STOP或TERM，CPU停止工作；方式开关为RUN时，CPU直接可直接运行。

2.5 控制过程设计

对自动加工机器人的设计和研发，控制流程是重中之重，依据控制流程来选用最佳的控制器，然后设计程序、气路、线路等，为确保自动检测、加工等动作顺利进行，具体的流程应根据实际需求进行科学合理的设计。

2.6确定自动加工机器人的总体方案

依据每个工厂对自动加工机器人的需求不同，在敲定机器人可编程控制器以及控制系统的设计方案时，首先要绘制出各动作流程图和结构框架图，再进行技术工艺的评价系统的确立，最后收集有关可编程控制器的输入、输出设备资料，最重要在的是要结合实际情况。

2.7气动驱动系统及控制部分设计

根据企业的实际情况，选择最佳的气动辅助元器件，然后设计气动回路、绘制气动原理图，根据原理图对气路回路进行完善。在同时，依据机器人的工作流程对可编程控制程序进行设计。

2.8自动加工机器人检测及执行机构

为了方便操作，将自动加工机器人进行模块分类，然后按照类别进行设计，最后拼装分类的模块。为实现自动检测和传输的目的，要选择最佳的检测装备和传送装备。

三、实现自动加工工业机器人

为保证自动加工工业机器人可实现，对设计方案还有两点建议。

（1）柔性化和低成本。机器人是机器，它的设计具有一定的局限性，现多为单手操作的机器人，灵活度不高，如果能实现机器人的双手操作，不仅可以提高工作效率，还能满足多个企业的需要。

（2）智能化和安全性。机器人本就是现代科技智慧的结晶，智能化技术的运用可减小操作人员对设备的操作难度，减轻工作压力，提高工作效率。智能化技术和安全系统的结合还可以让整个操作处于可控范围内，保障了企业安全性能，创造更好的经济效益。

四、结论

本文设计的自动加工机器人更加贴近企业流水线生产的需要，为企业解决人力资源问题。效率问题和成本问题提供了理论支撑，具有广阔的市场前景。在科技高速发展地今天，机器人技术也在不断发展，机器人技术的多元化创新，用全面的机器人技术带领企业走向新时代。

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作者简介：王晨晖（1993年7月-），女，汉族，河南省焦作市修武县人，初级，电气工程及其自动化学士，单位:焦作工贸职业学院，研究方向:工业机器人编程及其发展。