第七章伺服系統的應用李鑫合肥工業大學電氣與自動化工程學院第七章伺服系統的應用7.1面向圖形化的直角坐標機器人7.2電解機床7.3伺服在高壓防污閃機器人上的應用7.4伺服在生產線上的應用總結2024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut27.1面向圖形化的直角坐標機器人32024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut目前，工業機器人百家爭鳴，廣泛應用于制造業中，但是，各大機器人公司的編程語言、編程環境各不相同，傳統的編程方式給企業、用戶帶來一定的困擾。示教盒示教編程是在用戶用程序對特定任務描述完畢后，用戶可通過示教觸摸屏，完成對機器人編程，但其編程過程繁瑣、任務單一，無法適用于其他變化場合；另外不同品牌示教器操作方式不相同。在接觸式示教編程實現了傳統意義上的手把手教學模式，用戶使用更加簡單，但對于一些大型工業機器人如焊接、碼垛機器人，其體積過于龐大，此時接觸式示教編程不僅不方便，而且存在一定的安全風險。基于此設計出了基于視覺的機器人免編程系統。這種免編程系統相較于傳統示教器編程就如同Windows系統相較于早期DOS系統編程，操作界面人性化，操作方式多樣化，因此免編程系統對于用戶來說是一種全新的編程體驗，能夠大大地縮短編程時間，并且對于機器人復雜的運動軌跡有其獨到的編程優勢。7.1.1硬件架構42024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut向圖形化的直角坐標機器人硬件結構圖直角坐標機器人控制柜布局圖與實物圖電氣原理圖7.1.2軟件設計52024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut軟件側驅動器參數配置PLC流程圖和部分代碼7.1.3界面設計62024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut系統主界面圖形編輯界面機器人在線模擬仿真平臺7.2電解機床72024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut電解加工的基本原理是利用金屬在電解液中發生電化學陽極溶解。加工時，工件接直流電源的正極，工具接負極，兩極之間保持較小的間隙，工具電極向工件進給。電解液從極間間隙中流過，使兩極之間形成導電通路，并在電源電壓下產生電流，從而形成電化學陽極溶解。隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰極不斷地向工件進給，溶解的電解產物不斷地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀。電解加工對于難加工材料、形狀復雜或薄壁零件的加工具有顯著優勢。目前，電解加工已獲得廣泛應用，如模具型腔，葉片，型孔及小孔，整體葉輪，槍、炮管膛線，異型孔及異型零件，倒角和去毛刺等加工，并且在許多零件的加工中，電解加工機床工藝已占有重要甚至不可替代的地位。7.2.1硬件架構82024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut控制系統框圖系統主電路圖該控制系統由三大部分組成：PC上位控制系統、PLC控制系統和伺服控制系統。其中PC作為人機界面，實時顯示工件加工的狀態同時能配置加工參數并具有控制功能；PLC控制系統主要是完成邏輯控制如電解液的溫度、壓力、流速控制、對刀、電源柜正負加電，自動加工手動加工等，同時具有故障檢測與保護功能；伺服控制系統主要通過伺服驅動器控制伺服電機再通過減速機控制陰極刀具的進給。三大組成部分間是總線式結構，通過Modbus協議進行通信。控制系統電路框圖7.2.2軟件設計92024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut主程序流程圖自動加工程序流程圖對刀子程序流程圖7.2.3界面設計102024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut實際系統圖上位機軟件部分界面圖7.3伺服在高壓防污閃機器人上的應用112024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut對于沿海高溫高濕高鹽霧重度污染區域，配電線路不可避面免地發生污閃故障。配電線路污閃主要是由于電源表面附著的污穢物受環境條件影響，導致其表面的絕緣性能下降，并且不斷出現放電的一種現象。配電線路是由多個小部分共同組合而形成的，其中主要的部分是絕緣子。絕緣子是高壓配電線路的一種絕緣控件,在架空的配電線路中發揮著重要的絕緣作用的同時，還有支撐導線和防止電流回流的作用。而污閃會導致絕緣子的絕緣水平降低，嚴重時會嚴重影響絕緣子的絕緣作用，造成電流回流、電線的降容抗作用受到影響，從而會導致電流損失增加，發生某些特殊狀況，如遭到雷擊、導致線路跳閘等嚴重的影響，嚴重威脅到配電網設備的安全穩定運行。人工高空帶電作業不僅存在較高的風險，而且效率低下，極可能出現不規范操作導致線路不能正常工作，基于此本團隊設計了一種整治防污閃設備。整個設備架設在絕緣斗臂車的平臺上，在車斗上搭載機械手臂和高清攝像頭，進行視距操作，通過遙感裝置及顯示屏，進行信息傳輸和圖像分析，成像裝置、機械臂和傳動裝置的有機結合，能精確、有效的實現不同類型、多場景的線路防污閃治理要求，提高作業效率，減小人為作業的風險性，有效降低配電架空線路的跳閘等故障幾率。7.3.1硬件架構122024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut系統聯絡圖防污閃機器人硬件結構圖通訊流程圖7.3.2軟件設計132024/8/7伺服系統與工業機器人.hfutPLC流程圖PLC部分代碼7.3.3界面設計142024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut高電壓防污閃設備報警界面示意圖界面主要功能有：（1）顯示七個軸的備妥、故障、回原點成功及總故障和系統正常運行的信號燈。備妥成功則是綠燈，發生故障則為紅燈，回原點成功為綠燈。七個軸有任意一個有故障時總故障燈顯示紅色，整個系統正常運行時正常運行燈顯示為綠色。無狀態時統一顯示為灰色。（2）可以顯示七個軸當前的實時位置數值，包括當前位置、原點、正負（上下、左右）極限位、正負（上下、左右）軟極限位。（3）等同于遙控器上急停和解除急停按鈕。（4）等同于遙控器軸控制按鈕，配合第2部分區域，來調整七個軸到合適位置。（5）等同于遙控器設備控制按鈕，控制噴涂、清洗、清掃的啟動與停止。（6）監測清洗液和噴涂液水箱的實時水位，包括上限、下限。（7）點擊按鈕可跳轉到報警界面。7.4伺服在生產線上的應用152024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut自動化生產線布