工業(yè)機器人機械手控制裝置基本元組件設(shè)計與介紹

　　由于工業(yè)用的無知覺機器人控制裝置所要求的功能極廣（從最簡單的循環(huán)控制到復(fù)雜的輪廓控制以至輪廓-位置控制），所以控制裝置的基本元件和組件也極為多樣。這些基本上都是電子和機電器件。組件包括一般控制裝置用的繼電器、機電元件、半導(dǎo)體器件及不同規(guī)格的集成電路等。

　　機電元件主要用在最簡單的循環(huán)式控制裝置中，也可用于產(chǎn)生“開-關(guān)”指令的其它所有各種裝置的輸出部件中。假若機器人的循環(huán)控制裝置比較簡單。對機器人要求的邏輯功能可用少量繼電器來實現(xiàn)，那么用繼電器組成這種裝置就比較經(jīng)濟。因為在這種情況下可最簡單地實現(xiàn)控制裝置的輸出及輸入的中間聯(lián)系。但是，只有動作次數(shù)低于每小時500次，即每年不超過2億個循環(huán)的控制裝置適于采用繼電器。當(dāng)轉(zhuǎn)換元件的工作條件比較繁重時，應(yīng)盡量采用半導(dǎo)體元件。只有運輸業(yè)用的“章魚-1”型機器人的控制裝置具有上述的允許轉(zhuǎn)換密度（運輸業(yè)用的機器人幾分鐘完成一個運送動作循環(huán)）。按限位器點位方法控制機器人的液壓閥和氣動閥的電磁鐵接通的頻繁程度通常超過上述極限值，因為一個工作循環(huán)所需的時間一般只有幾秒鐘。因此在這種情況下適于采用無觸點半導(dǎo)體元件。當(dāng)一個工作循環(huán)所需時間為幾十秒鐘時，給設(shè)備發(fā)工藝指令比給機械手發(fā)控制指令少得多，特別是當(dāng)使用具有點或輪廓控制系統(tǒng)的機器人時更是如此。在這種情況下輸出部件允許采用繼電器。

　　由機電元件和半導(dǎo)體元件構(gòu)成具有同樣功能的控制裝置的故障變化曲線如圖1所示。從圖可看出，由機電元件構(gòu)成的裝置的故障率，（曲線2）在開始試用期間是增加的，而后在正式試用期間穩(wěn)定不變，在使用后期就急劇增加了。由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的裝置的故障率在試用時期為最高（曲線1）。

　　在具有擴大的邏輯運算容量和簡單的算術(shù)加法運算（即比較兩個量）的控制裝置中，采用半導(dǎo)體的分立元件是合適的。當(dāng)進一步提高機器人控制裝置的復(fù)雜程度以及增加它所完成的功能數(shù)量時，采用集成電路構(gòu)成的裝置 實現(xiàn)邏輯運算和算術(shù)運算是比較合理的。

　　在設(shè)計工業(yè)機器人機械手控制裝置的元組件時，廣泛采用R155（TTJI）系列集成電路。這一系列集成電路可靠性高，快速性好，功能完善，價格適中，在蘇聯(lián)已有許多廠家在進行成批生產(chǎn)。該產(chǎn)品是有前途的。目前，這一系列產(chǎn)品的發(fā)展計劃是熟練地生產(chǎn)出集成度更高的集成電路。為了提高工業(yè)機器人控制裝置抗干擾的性能，在控制位置中，特別是在輸入輸出設(shè)備中應(yīng)采用抗干擾性能好的邏輯集成電路。

　　現(xiàn)在實際使用的絕大多數(shù)工業(yè)機器人都是用硬件（將元件焊接或繞接）來實現(xiàn)控制裝置的功能算法。進一步提高工業(yè)機器人控制裝置功能的辦法是采用大規(guī)模集成電路的微處理機和各種記憶裝置。這時，控制裝置所需要的功能是用程序方法實現(xiàn)的。作為典型的微型計算機組件例子，我們來看看美國英特爾（Intel）公司生產(chǎn)的組件：

　　（1）八位并行中央處理器（內(nèi)部封裝微型芯片雙列直插式引出腿的組件）；

　　（2）容量為1024八位數(shù)的隨機存儲量（具有雙列引出腿的芯片中有3個微型模塊）；

　　（3）容量為768八位數(shù)的只讀存儲器（具有雙列引出腿的芯片中有3個微型模塊）；

　　（4）電傳打字機接口（離散邏輯）；

　　（5）控制操縱臺。

　　中央處理器和記憶裝置的芯片是用金屬氧化半導(dǎo)體組成的。每個芯片的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為2.5×0.6×0.6厘米。

　　微處理機可以用某些隨機存儲器、只讀存儲器和移位寄存器的任意組合作為記憶裝置，這是微處理機的一個主要特點。記憶裝置的類型是由具體應(yīng)用特性所確定的，當(dāng)需要頻繁更換程序時用隨機存儲器；用只讀存儲器（它的價格便宜）做為長時間程序存儲庫；順序處理信息時，用移位寄存器。英特爾公司產(chǎn)生的半導(dǎo)體只讀存儲器主要有三種類型；**種只讀存儲器是制造過程中在金屬掩膜上編制固定程序。第二張只讀存儲器是借助專用設(shè)備根據(jù)使用條件編制固定程序。第三種只讀存儲器是用紫外線照射清除過時的信息，在使用時可更換程序。

　　使用大規(guī)模集成電路，如微處理機、隨機存儲器、只讀存儲器等，大大地擴大了工業(yè)機器人機械手的控制裝置的功能。同時，各裝置的電子線路中元件數(shù)量大大地減少，在提高控制性能的同時，價格也便宜了。元件數(shù)量減少自然會使可靠性提高，維護簡單。此外，還可大大地減小裝置的尺寸。

　　圖2給出了控制裝置的價格與復(fù)雜程序之間的關(guān)系曲線；曲線1——對應(yīng)于用繼電器組成的控制裝置；曲線2——用半導(dǎo)體分立元件；曲線3——用集成電路；曲線4——用微型電子計算機。

　　應(yīng)當(dāng)指出，控制裝置中所使用的配套產(chǎn)品都不是為工業(yè)機器人機械手專門生產(chǎn)的。由存儲器就明顯看出這一點。為計算機生產(chǎn)的存儲器的快速性大大超過機器人工作所需要的快速性。例如，示教過程程序?qū)懭牒碗S之復(fù)現(xiàn)已記錄的程序的裝置，在不做復(fù)雜數(shù)據(jù)處理時，寫入需用0.1秒，而讀取數(shù)據(jù)需要0.01秒時間就足夠了。假若專門為工業(yè)機器人生產(chǎn)配套產(chǎn)品，則會制造出具有必要的功能、價格更便宜、體積更小的控制裝置。