利用自動(dòng)化創(chuàng)造一個(gè)解決方案

WaneShear科技公司創(chuàng)造了一款鋸木機(jī)，將加工坡口放置到規(guī)格材上，能生產(chǎn)出2x4英尺、2x6英尺、2x8英尺以及更大的板材。該設(shè)備是由美國(guó)加利福尼亞州的WaneShear公司制造的，對(duì)于將從原木毛料上鋸下來(lái)的粗加工板材加工成尺寸一致的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，所在地點(diǎn)是一個(gè)挑戰(zhàn)，而且粗加工板材的寬度和長(zhǎng)度在進(jìn)入切邊機(jī)之前可能有很大不同。要在價(jià)格波動(dòng)反復(fù)無(wú)常的建筑行業(yè)里保持穩(wěn)定利潤(rùn)率所帶來(lái)的壓力，必然要求企業(yè)不斷提高產(chǎn)量，這進(jìn)而增加了技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的切邊自動(dòng)化設(shè)備使用液壓部件。液壓系統(tǒng)可以提供應(yīng)用場(chǎng)合所需要的強(qiáng)大的、高轉(zhuǎn)矩的輸出，可是經(jīng)常會(huì)發(fā)生液壓用的液體泄漏。漏出的液體會(huì)損壞板材導(dǎo)致無(wú)法銷售。液體也會(huì)與鋸末混合在一起變成粘稠的物質(zhì)，會(huì)粘到機(jī)器上很難清理掉。

用于切邊機(jī)的伺服自動(dòng)化

“在狹小空間內(nèi)將機(jī)器連接起來(lái)變得非常重要，”McGehee說(shuō)道。“如果我們可以在相同的物理空間上使用伺服代替齒輪箱和液壓設(shè)備，在不增加集成問(wèn)題的情況下，我們就可以為我們的客戶增加產(chǎn)能。”控制系統(tǒng)的集成也同樣重要，大部分工廠為他們的生產(chǎn)設(shè)備使用以可編程邏輯控制器(PLC)為核心的控制架構(gòu)。“PLC屬于客戶的舒適區(qū)，”McGehee說(shuō)道，“不管你增加什么自動(dòng)化系統(tǒng)，都要與PLC集成，而且集成過(guò)程要盡量少地給鋸木廠車間的工作人員制造麻煩，否則他們不會(huì)買帳。”

當(dāng)考慮轉(zhuǎn)換到伺服控制的時(shí)候，可靠性是用戶對(duì)WaneShear提出來(lái)的主要的顧慮和要求。鋸木廠必須一天24小時(shí)，一年365天不間斷運(yùn)行才能保證利潤(rùn)。這種對(duì)可靠性的要求使得McGehee以及工程團(tuán)隊(duì)的其他人員需要一家能夠應(yīng)對(duì)不同挑戰(zhàn)場(chǎng)合且提供可靠的伺服電機(jī)和工程支持的運(yùn)動(dòng)控制制造商。

視覺系統(tǒng)識(shí)別目標(biāo)

集成伺服電機(jī)

在開發(fā)階段，實(shí)踐證明集成伺服電機(jī)本身是最重要的積極結(jié)果之一。伺服電機(jī)的尺寸使其可以很容易就安裝在被液壓部件占用的場(chǎng)地上。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩等級(jí)可以讓其很好地適應(yīng)鋸木廠應(yīng)用中運(yùn)送板材所需要的大功率和低轉(zhuǎn)速。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度配置文件也讓替換原有的一種機(jī)械設(shè)計(jì)中的齒輪箱成為可能，其結(jié)果是減少部件的成本。運(yùn)動(dòng)控制部件的精度讓WaneShear將其傳送帶的誤差從1/8英寸降低到1/250英寸，這使得鋸木公司可以在不犧牲切割精度的情況下縮短傳送皮帶的長(zhǎng)度。

今天，伺服系統(tǒng)和CNC、PLC、變頻器等其它自動(dòng)化產(chǎn)品一樣，已經(jīng)成熟應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。伺服驅(qū)動(dòng)器是集強(qiáng)電和弱電，數(shù)字和模擬信號(hào)于一體的電能變換裝置，不可避免的存在電磁干擾問(wèn)題。尤其2015年YY0505-2012標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制執(zhí)行，更促進(jìn)了醫(yī)療器械行業(yè)對(duì)電磁兼容問(wèn)題的重視。

針對(duì)伺服系統(tǒng)的電磁兼容性問(wèn)題本文以某公司設(shè)計(jì)的一款以伺服系統(tǒng)為主的醫(yī)療機(jī)器人的EMC干擾類型、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及抵制方法等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

三、醫(yī)療機(jī)器人干擾類型及風(fēng)險(xiǎn)

1.來(lái)自空間的輻射干擾

來(lái)自空間的輻射干擾分布極為復(fù)雜，通常都是電磁感應(yīng)的形式在空間傳播的。這類干擾像空氣一樣也無(wú)處不在，如打手機(jī)時(shí)，電視機(jī)的圖像會(huì)產(chǎn)生雪花點(diǎn)。飛機(jī)飛行中禁止使用手機(jī)等也是基于避免輻射干擾的考慮。

那么，對(duì)于醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)YY0505里這類干擾主要是以輻射抗擾度為主，風(fēng)險(xiǎn)在于輻射干擾存在時(shí)可能會(huì)引起PC工作的不正常，例如，PC機(jī)損壞，液晶顯示器顯示異常，機(jī)械手臂的動(dòng)作不受控等。機(jī)械手臂作為醫(yī)療機(jī)器人的主要功能不能有任何異常，尤其不受控的動(dòng)作是絕對(duì)不允許的。

2.來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部配線間的輻射干擾

這類干擾的途徑多為自控系統(tǒng)中的變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的噪音，經(jīng)由電源電纜、信號(hào)電纜或者錯(cuò)誤的接地電纜等，輻射到系統(tǒng)中的其它電纜，從而影響到機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)框圖，我們可以分析到低壓直流配線與AC220V配線間的輻射干擾，主板接口線、絕對(duì)位置編碼器線、CAN通信線、直流電源線、電機(jī)線、編碼線等線間相互干擾等。都可能會(huì)干擾PC和機(jī)械手臂的正常工作。

3.來(lái)自系統(tǒng)外部的傳導(dǎo)干擾

● 所使用的電網(wǎng)中可能會(huì)由于主要的電力系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)及雷電瞬態(tài)產(chǎn)生的浪涌干擾；浪涌的能力相對(duì)較大，極有可能把沒有防護(hù)的機(jī)器人的電源部分打壞。

● 由導(dǎo)體中的工頻電流產(chǎn)生的，或由附近的其他裝置（如變壓器的漏磁通）所產(chǎn)生的工頻磁場(chǎng)干擾。一般會(huì)影響機(jī)器人的傳感器采集傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，影響機(jī)器人的正常工作。

● 由電網(wǎng)（主要是短路）或負(fù)荷突然出現(xiàn)大的變化引起的。在某些情況下會(huì)出現(xiàn)兩次或多次連續(xù)的暫降或中斷，會(huì)引起機(jī)器人內(nèi)部某些電路復(fù)位不成功、數(shù)據(jù)保存出錯(cuò)。由來(lái)自射頻發(fā)射機(jī)的電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)可能作用于連接安裝設(shè)備的整個(gè)電纜上。通過(guò)線纜傳導(dǎo)的方式可能會(huì)影響機(jī)器人的正常工作。

● 當(dāng)人體攜帶的靜電靠近或接觸機(jī)器人時(shí)對(duì)機(jī)器人的放電，也可能會(huì)影響機(jī)器人的正常工作，元器件打壞等等。

4.系統(tǒng)向空間的發(fā)射

在機(jī)器人內(nèi)部，開關(guān)電源和伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的整流部分多采用非線性整流二極管，其產(chǎn)生的諧波電流勢(shì)必會(huì)引起網(wǎng)側(cè)電壓的畸變。其中諧波電流引起的差模電流為導(dǎo)線直接耦合的方式在電氣線路中傳輸，共模電壓則通過(guò)和寄生電容之間的容性耦合形成共模干擾回路。同時(shí)功率模開關(guān)所產(chǎn)生的高頻的電磁噪聲則通過(guò)能量輻射的形式對(duì)外線路產(chǎn)生干擾。




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