工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手控制裝置基本元組件設(shè)計(jì)與介紹

　　由于工業(yè)用的無知覺機(jī)器人控制裝置所要求的功能極廣（從最簡(jiǎn)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(jī)電器件。組件包括一般控制裝置用的繼電器、機(jī)電元件、半導(dǎo)體器件及不同規(guī)格的集成電路等。

　　機(jī)電元件主要用在最簡(jiǎn)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(jī)器人的循環(huán)控制裝置比較簡(jiǎn)單。對(duì)機(jī)器人要求的邏輯功能可用少量繼電器來實(shí)現(xiàn)，那么用繼電器組成這種裝置就比較經(jīng)濟(jì)。因?yàn)樵谶@種情況下可最簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)控制裝置的輸出及輸入的中間聯(lián)系。但是，只有動(dòng)作次數(shù)低于每小時(shí)500次，即每年不超過2億個(gè)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(shí)，應(yīng)盡量采用半導(dǎo)體元件。只有運(yùn)輸業(yè)用的“章魚-1”型機(jī)器人的控制裝置具有上述的允許轉(zhuǎn)換密度（運(yùn)輸業(yè)用的機(jī)器人幾分鐘完成一個(gè)運(yùn)送動(dòng)作循環(huán)）。按限位器點(diǎn)位方法控制機(jī)器人的液壓閥和氣動(dòng)閥的電磁鐵接通的頻繁程度通常超過上述極限值，因?yàn)橐粋€(gè)工作循環(huán)所需的時(shí)間一般只有幾秒鐘。因此在這種情況下適于采用無觸點(diǎn)半導(dǎo)體元件。當(dāng)一個(gè)工作循環(huán)所需時(shí)間為幾十秒鐘時(shí)，給設(shè)備發(fā)工藝指令比給機(jī)械手發(fā)控制指令少得多，特別是當(dāng)使用具有點(diǎn)或輪廓控制系統(tǒng)的機(jī)器人時(shí)更是如此。在這種情況下輸出部件允許采用繼電器。

　　由機(jī)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(jī)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(shí)期為最高（曲線1）。

　　在具有擴(kuò)大的邏輯運(yùn)算容量和簡(jiǎn)單的算術(shù)加法運(yùn)算（即比較兩個(gè)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(jìn)一步提高機(jī)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(shí)，采用集成電路構(gòu)成的裝置 實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算是比較合理的。

　　在設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手控制裝置的元組件時(shí)，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(jià)格適中，在蘇聯(lián)已有許多廠家在進(jìn)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(jì)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(jī)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(shí)際使用的絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是用硬件（將元件焊接或繞接）來實(shí)現(xiàn)控制裝置的功能算法。進(jìn)一步提高工業(yè)機(jī)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(jī)和各種記憶裝置。這時(shí)，控制裝置所需要的功能是用程序方法實(shí)現(xiàn)的。作為典型的微型計(jì)算機(jī)組件例子，我們來看看美國(guó)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(jī)存儲(chǔ)量（具有雙列引出腿的芯片中有3個(gè)微型模塊）；

　?。?）容量為768八位數(shù)的只讀存儲(chǔ)器（具有雙列引出腿的芯片中有3個(gè)微型模塊）；

　?。?）電傳打字機(jī)接口（離散邏輯）；

　?。?）控制操縱臺(tái)。

　　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(gè)芯片的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為2.5×0.6×0.6厘米。

　　微處理機(jī)可以用某些隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器和移位寄存器的任意組合作為記憶裝置，這是微處理機(jī)的一個(gè)主要特點(diǎn)。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(shí)用隨機(jī)存儲(chǔ)器；用只讀存儲(chǔ)器（它的價(jià)格便宜）做為長(zhǎng)時(shí)間程序存儲(chǔ)庫(kù)；順序處理信息時(shí)，用移位寄存器。英特爾公司產(chǎn)生的半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器主要有三種類型；**種只讀存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器是用紫外線照射清除過時(shí)的信息，在使用時(shí)可更換程序。

　　使用大規(guī)模集成電路，如微處理機(jī)、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器等，大大地?cái)U(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手的控制裝置的功能。同時(shí)，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(shí)，價(jià)格也便宜了。元件數(shù)量減少自然會(huì)使可靠性提高，維護(hù)簡(jiǎn)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(jià)格與復(fù)雜程序之間的關(guān)系曲線；曲線1——對(duì)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(jì)算機(jī)。

　　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(jī)器人機(jī)械手專門生產(chǎn)的。由存儲(chǔ)器就明顯看出這一點(diǎn)。為計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的存儲(chǔ)器的快速性大大超過機(jī)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(shí)，寫入需用0.1秒，而讀取數(shù)據(jù)需要0.01秒時(shí)間就足夠了。假若專門為工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)配套產(chǎn)品，則會(huì)制造出具有必要的功能、價(jià)格更便宜、體積更小的控制裝置。