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摘要：本文针对移动机器人加工系统硬件系统设计要点展开分析，内容包括了机械系统、控制系统、供电系统、底座设计、传感器结构设计、动力系统、其他机械结构设计等，通过研究微控制器模块、路径识别模块、系统驱动模块、信息反馈模块等软件设计要点，其目的在于优化机器人加工系统的运行效果，提高航空零件制造质量。
关键词：航空制造领域；移动机器人；加工系统；控制系统；供电系统
从目前发展情况来看，我国的制造业已经初步实现了全自动化，而且向着智能化的方向进行了推进。机器人便是在此过程中的代表性产物。在航空制造领域，所需要制作的大型零部件刚度相对较差，如果在生产期间出现结构形变连过大、误差累积情况严重的情况，那么所生产出的成品将很难满足结构装配需求。因此需要针对移动机器人加工系统进行优化设计，明确实际应用中需要重点关注的内容，从而起到加快零件生产速度，提高零件生产质量的作用。
1移动机器人加工系统硬件系统设计
1.1机械系统
移动机器人对于外界环境能够做出良好反应的基础是要有一个良好运动特性的移动平台，也就是移动机器人的机械系统。当控制系统发出指令后，机械系统需要准确、有效的实现指令的要求，并保证运动的精度、灵活性乃至整个系统的可靠性。目前使用到的移动机器人多以轮式机器人为主，结合其车轮数量可以将其分为以下几种类型：（1）独轮结构：独轮机器人由于其平衡问题难度较大，稳定性、可靠性较差，故在本设计中不做考虑。（2）双轮结构：双轮机器人与独轮机器人相似，影响其应用的主要障碍就是稳定性的问题，故也不做考虑。（3）三轮结构：三轮结构具有一定的稳定性，是轮式移动机器人的基本形式之一，得到了广泛的运用。（4）四轮结构：四轮结构有着较高的稳定性和对地面的适应性，其驱动力和负载能力远远强于前三种结构。
1.2控制系统
由于移动机器人系统的工作是在运动环境下进行的。因此其控制系统必须有较强的稳定性。控制系统主要完成的工作为对外界环境信息的采集和处理。移动机器人系统信息采集主要包括外界环境的位置信息和其自身的速度信息。位置信息的采集在移动机器人系统中主要指其对移动路径的识别。目前采用的适合路径检测的方式总体包括两种：一种是红外传感器，红外传感器一般通过测量目标物对发光二极管所发射红外光波的反射的强度来实现控制。光的反射系数与反射面表面的颜色、粗糙度等有关。反射面的颜色越深、越接近黑色或透明时，其发射越弱。相反，当反射面为白色或相近颜色时，其反射很强。另一种是CCD/CMOS 摄像头，CCD/CMOS 摄像头检测方式通过透镜光学成像原理，对于移动路径信息进行采集、分析，从而做出相应判断，单次处理的数据信息重量较大，但是其稳定性较强，满足了结构的基本应用要求。
在接收到数据信息之后，需要对其进行处理，在信息控制处理阶段，主要使用的算法为 PID 控制算法，利用该算法对于应用到的数据信息进行优化处理，从而得到可靠的路径指引、电机运行控制策略等，而且借助反馈模块对于应用信息进行反应，有利于一些应用问题的顺利实现应用。
1.3供电系统
为了确保移动机器人工作的正常进行，需要搭配可靠的供电系统，结合目前的应用情况来看，移动机器人多使用交流电或直流电来作为主要的动力来源，而且在系统当中，还需要设置UPS电池，在突发电源故障问题时，可以利用备用电源来完成供电工作，时间维持在3到4个小时。需要注意的是，在航空零件加工生产的过程中，因为机器人工作的时长、加工精细度要求较高，这也需要确保供电电流的稳定性。对此需要在系统内安装监测器，对于目前系统的工作状态进行监督，及时处理一些潜在的故障内容，以此来确保系统工作状态的稳定性。
1.4底座设计
在移动机器人加工系统的设计过程中，底座属于非常基础的组成部分，同时这也是系统能够确保稳定运行状态的基础条件。在具体地设计过程中，底座需要满足以下几点内容：第一，底座需要保持较高的应用强度，具备较强的承载力，这样才可以在基座结构上放置舵机、电机、电路板等系统硬件，而且其使用寿命也需要满足应用需求，提高系统带来的综合效益。第二，移动机器人加工系统需要保持较高的移动性，因此在底座设计阶段，需要保持结构具备较强的弯曲刚度，这样可以减少移动期间机器人出现车身形变的情况，提高运行过程的稳定性。第三，考虑到后续检修工作的进行，底座需要具备较高的便捷性，可以快速完成安装、拆卸等工作，而且重量不宜过大，利用故障出现后可将其快速撤离现场，加快故障检修速度。
1.5传感器结构设计
在传感器结构设计中，主要采用了两种应用结构，一种是红外传感器，该传感器在应用阶段，主要借助了光反射原理来完成路径、待加工设备的识别工作，不同的待测目标对于红外光波的发射强度存在着较大的差异性。如果待测结构的外部颜色较深，那么其对红外线的吸收性越强，反射性越弱，反之，若待测结构的外部颜色较深浅，那么其对红外线的吸收性越弱，反射性越强。因此可以充分利用这一特征，对于行进路径进行处理，以确保得移动机器人可以顺利完成任务。另一种是CCD/CMOS 摄像头，其在应用过程中，所使用的的作用原理在于利用结构本身的光成像原理，对于移动机器人的行驶路径进行优化设计，并且根据采集到的数据信息，对于此项内容作出优化判断[1]。具体筛选哪一类应用结构，也需要结合实际情况进行选择，从而提高系统选择本身的适用性。
1.6动力系统
在移动机器人加工系统的设计过程中，动力系统属于重要组成部分之一。在实际的应用设计中，应注意以下几点应用内容：第一，做好电机设备的选择，这也是移动机器人能够顺利完成一定操作的基础条件，在航空零件加工生产的过程中，因为机器人工作的时长、加工精细度要求较高，这也需要确保供电电流的稳定性。目前可选的电机可以分为直流电电机和交流电电机，结合具体的工作内容筛选对应电机，从而提高动力系统运行稳定性。
第二，驱动方式，移动机器人有时所需要移动的距离长度较大，那么在实际应用中，也需要选择多轮驱动或单轮驱动来辅助系统运行，这也是一切顺利运行的基础条件[2]。
1.7其他机械结构设计
除了上述提到的硬件结构外，还需要注意以下几部分内容的设计工作：第一，轴距的合理选择，所谓轴距主要是指移动机器人从前轴心移动到后轴中心的距离，一般情况下，移动机器人的轴距相对较短，而车身长度也较小，那么此时在移动过程中，会具备较强的机动性。如果移动机器人机身相对较大，那么在运行期间，也需要适当加大轴距，但是也需要对抗弯性进行加强处理，从而系统运行本身的可靠性。第二，进行轮胎的合理设计，移动机器人在运行过程中，需要具备较强的抓地性，那么在此过程中，很容易发生相对位移的情况，对此需要选耐磨性较强、耐久性较高、稳定性较强的轮胎结构，从而有效提高系统运行稳定性[3]。
2移动机器人加工系统软件系统设计
2.1微控制器模块
2.1.1 I/O 口分配
结合移动机器人运行情况展开分析，可以优选H8/3048F-ONE芯片，并且在端口处理过程中，可以对其进行整体优化处理，以此来提升系统稳定性。而I/O端口的数量可以结合设计需要设计10到15组，每一个端口在运行期间都需要由寄存器来负责控制，一般情况下，在寄存器的选择过程中，需要优选方向寄存器，如P1DDR、PADDR等，同时还需要做好数据寄存器的选择，常用的筛选结构有P4DR、PBDR等，另外，在寄存器选择期间，还需要做好控制寄存器的选择工作，如PCR，以满足加工系统正常运行所需[4]。
2.1.2 定时器模块
该结构的主要作用是用来缓冲寄存器运行状态，以H8/3048F-ONE芯片为例，在实际应用中，该芯片具有五个应用通道，同时在应用期间，每一个单元可进行多种时钟源的选择，如TCLKA-TCLKD、2（4或8）分频等，对此在筛选过程中，需要和实际应用情况搭配在一起，每一组通道所选择的时钟源也需要结合实际情况进行一次调整，使其可以具备不同的应用功能。而且时钟内还需要设计计数器，对于时钟源的脉冲进行计数处理，而且在计数溢出后，可以即数据移交到存储系统当中，从而提高系统运行过程的可靠性和有效性[5]。
2.2路径识别模块
在路径识别模块的设计过程中，需要注意以下几点内容：第一，在传感器模块的选择过程中，选择了红外线传感器，利用光感元件对于系统运行状态进行数据采集，从而起到引导移动机器人进行移动的要求。第二，电源模块的应用设计，多使用交流电或直流电来作为主要的动力来源，而且在系统当中，还需要设置UPS电池，在突发电源故障问题时，可以利用备用电源来完成供电工作，时间维持在3到4个小时。其电压控制在220V到380V之间，从而确保系统的稳定运行[6]。
2.3系统驱动模块
在系统驱动模块设计中，需要注意以下几点内容：第一，做好电机系统的选择，目前可选的电机可以分为直流电电机和交流电电机，结合具体的工作内容筛选对应电机，从而提高动力系统运行稳定性[7]。第二，PWM调节应用，在具体应用中，可以利用该结构向电机设备下达一个占空比电压信号，从而使电机开始启动，逐渐加速到可以保持加工系统稳定工作的状态。并且在此过程中，也需要做好控制策略的选择工作，目前可以选择的控制策略包括了PID控制、神经元网络控制、模糊控制等内容，但是结合综合实际应用效果来看，应优选PID 控制，以此来提高系统运行可靠性和高效性。
2.4信息反馈模块
除了上述应用模块外，在具体的应用设计中，也需要完成信息反馈模块的应用设计。在具体的应用设计过程中，主要的反馈信息内容包括了加工系统运行信息、路径运行信息、任务完成信息等。主控制系统在接收到这些应用信息后，也会结合实际情况来做出相应的反馈，这样也可以满足系统稳定运行要求，并且还可以对于一些潜在问题做出及时反馈，从而提升整个系统运行期间的可靠性[8]。
结束语
综上所述，在航空领域进行零件生产，为了满足实际的应用需求，需要做好移动机器人加工系统的设计工作。同时借助系统来完成应用设计，不仅可以提到系统运行稳定性，而且对于提升加工系统运行环境稳定性，推动社会经济稳定发展速度有着积极地作用。
参考文献：
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