郭淼　劉玉瀟　康穎

摘 要：PLC在六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人控制中具有很好的價值?；诖?，本文闡述了六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)、電機選擇和系統(tǒng)模型控制等工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)和控制方法，同時，提出了PLC在六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人控制中的設(shè)計應(yīng)用，主要包括了工業(yè)機器人的電路驅(qū)動設(shè)計、參數(shù)選擇、系統(tǒng)的硬件設(shè)計等，通過論述以上設(shè)計應(yīng)用方法，來為設(shè)計人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：PLC；六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人控制；以太網(wǎng)

引言：工業(yè)機器人作為工業(yè)發(fā)展的趨勢，為各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域做出了非常大的貢獻(xiàn)，不僅提高了勞動生產(chǎn)力，還提高了工業(yè)自動化進(jìn)程。工業(yè)機器人是通過提供運動執(zhí)行程序，來進(jìn)行復(fù)雜的工作任務(wù)。近年來，不斷發(fā)展出來的智能機器人，已經(jīng)能夠按照原有的記憶裝置信息來實現(xiàn)復(fù)原示數(shù)的動作，進(jìn)而完成自動重復(fù)執(zhí)行動作。

1六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)和控制方法

1.1六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)分析

隨著電子控制技術(shù)不斷發(fā)展，PLC正向高速度、容量大等聯(lián)網(wǎng)及智能通信方向發(fā)展，通過聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)PLC、變頻器、遠(yuǎn)程I/O，并將其與上位的計算機進(jìn)行連接，來構(gòu)造出一種多級式分布系統(tǒng)。比如在三菱工業(yè)電機中，推出的一種CC-Link構(gòu)建一種開放性面向現(xiàn)場控制的總線網(wǎng)路系統(tǒng)，DIN是德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用導(dǎo)軌是工業(yè)電氣元器件的一種安裝方式，安裝支持此標(biāo)準(zhǔn)的電氣元器件可方便地卡在導(dǎo)軌上而無需用螺絲固定，維護(hù)也很方便，一般來說，常用的導(dǎo)軌寬度是3.5cm。

現(xiàn)如今，很多的電氣元器件都有采用這種標(biāo)準(zhǔn)，比如有PLC、斷路器、開關(guān)、接觸器等。Wienet系列的以太網(wǎng)交換機非常適用于工業(yè)領(lǐng)域。該設(shè)備支持通用型以太網(wǎng)（10 Mbit/s），快速以太網(wǎng)（10 Mbit/s）和千兆以太網(wǎng)（1000 Mbit/s）。也同樣適用于RJ-45與光纖傳。現(xiàn)如今，遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程維護(hù)解決方案實現(xiàn)是通過互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)的，然而，通過互聯(lián)網(wǎng)接入，可能會存在不可預(yù)知的風(fēng)險。從標(biāo)準(zhǔn)的GSM（2G），通過UMTS（3G）到標(biāo)準(zhǔn)的LTE。Wie-Service24 是一個優(yōu)化的VPN服務(wù)器門戶，同時利用Ricos FLEX現(xiàn)場總線系統(tǒng)，Wieland在接口控制和現(xiàn)場外圍設(shè)備之間提供了一個集成的概念。在設(shè)備附件，并通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，模塊化I/O組件能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程安裝。通過簡單明了的用戶界面配置，能夠?qū)崿F(xiàn)人與人之間的交流溝通[1]。

1.2電機選擇和系統(tǒng)模型控制

（1）六關(guān)節(jié)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。動作控制是通過點對點定位，連續(xù)使用CP控制，機器人通過抓取放置物體，使用雙蝸旋來傳動物體。一般市場中的運動控制器通常包括插補功能（直線插補或圓弧插補），協(xié)同運動、齒輪、凸輪和事件觸發(fā)動作（使用傳感器和位置鎖存）。在老控制器中，每軸使用專用的輸入和輸出。運動輸入，如使能、超程限位和編碼器輸入（每軸一個或兩個）和類似伺服命令的運動輸出（通常為+/-10V模擬量）和/或步進(jìn)指令（步進(jìn)和方向）。多數(shù)控制器還具有一些通用的I/O。新控制器依靠數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，如EtherCAT或SERCOS用來傳遞控制信號至驅(qū)動器，接收和發(fā)送直接連接到驅(qū)動器的數(shù)字IO。

（2）PLCopen運動標(biāo)準(zhǔn)的第四部分包含了用于協(xié)調(diào)運動的功能塊。他們定義了一套標(biāo)準(zhǔn)化的功能塊，用于3D空間內(nèi)的復(fù)雜運動控制，包括運動轉(zhuǎn)換的功能塊。通常，這些轉(zhuǎn)換必須由廠商提供，因此，對于大多數(shù)制造商，如果運動控制器不支持，就不能添加運動轉(zhuǎn)換功能。這個標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在創(chuàng)建了PLC、數(shù)控（CNC）機器人和運動控制之間的一座橋梁?，F(xiàn)在可以用一種和PLC一樣的編程環(huán)境，完成一臺機器的全部控制。這個標(biāo)準(zhǔn)使機器人、運動控制器成為控制系統(tǒng)的一個部分，而不是獨立系統(tǒng)。集成運動控制和邏輯控制，是現(xiàn)代機械控制的兩個主要需求。

2 PLC在六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人控制中的設(shè)計應(yīng)用

2.1工業(yè)機器人的電路驅(qū)動設(shè)計

PLC和電機繞組需要通過驅(qū)動電路，并使用電機的大電流及PLC弱點分離出來，來確保計算機能夠不受到外界磁場的干擾，因此，需要設(shè)計光電隔離方法的電機驅(qū)動電路。此次設(shè)計采用了四排硬件脈沖方式運行，一臺步進(jìn)電機的相關(guān)需要PLC對4個點來控制，這樣設(shè)計采用的輸出是內(nèi)部波形設(shè)計。

2.2參數(shù)選擇

此次設(shè)計的系統(tǒng)采用的是三菱FX系列的PLC，而PLC型號是FX-64MT，從電路的結(jié)構(gòu)來看，選擇達(dá)林頓管和V1-V4的參數(shù)，基數(shù)的極電設(shè)計的10mA。需要根據(jù)電機的一些電阻及靜態(tài)電流值，來計算出達(dá)林頓管的電流及電壓值，同時，還需要充分考慮達(dá)林頓管的功率及散熱片計算。此外，還要考慮順電機功功率和供電電壓等級，提升電機的效果，來留有一定預(yù)定。電阻是通過限制繞組中的電流值，由于電阻值很小且電流很大，電阻功率需要滿足原有電流要求，因此，步進(jìn)驅(qū)動器可以設(shè)計成為一個模塊。

2.3系統(tǒng)的硬件配置

該系統(tǒng)是使用晶體管型是作為PLC作為控制系統(tǒng)的重點內(nèi)容，其具有的內(nèi)部輸入端接入信號主要包括教盒控制面板，比如中樞按鈕及機器關(guān)節(jié)限位含水接近開關(guān)，系統(tǒng)的輸出階段需要接入驅(qū)動器的控制六關(guān)節(jié)機器人的執(zhí)行示教動作，來作為弧焊電機器的聯(lián)動控制，硬件的系統(tǒng)框架圖內(nèi)容如下：檢測系統(tǒng)的輸入狀態(tài)—Fx可編程制造器—6步驅(qū)動器—二氧化碳聯(lián)動控制—開始六關(guān)節(jié)機器人—驅(qū)動電源。

PLC軟件程序設(shè)計，六關(guān)節(jié)機器人在軟件設(shè)計中，需要使用復(fù)讀式機器方法，同時具有自主學(xué)習(xí)能力，可以按照記憶裝置存儲信息具有人手示教的動作，示教的動作能夠自動執(zhí)行動作，使用示教盒完成三種控制方法來進(jìn)行控制操作：

（1）手動方法設(shè)計。在設(shè)計過程中，通過對機關(guān)的各個關(guān)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)到任意的工作位置與工作原點，需要確定極限位置；

（2）手動示教位置工作方式，通過使用工作原點的機器人是借助手動按鍵示教在日后工作中所具有的一些動作。比如在機械設(shè)備工作中，讓機器人在A點首先抓取一個物體W，需要越過一個障礙物達(dá)到Z高度，再借助物體W到B點，并使用記憶元件把手動示教記憶下來；

（3）自動工作方法。需要借助記憶元件存儲數(shù)據(jù)，并執(zhí)行電機的動作，使其和示教工作方式中的動作相同，共同完成所要求的生產(chǎn)任務(wù)。PLC軟件程序主要包括以下內(nèi)容：初始化運行復(fù)位—手動工作——自動工作——調(diào)用數(shù)據(jù)傳送——數(shù)據(jù)比較——自動工作——雙四拍脈沖輸出——正轉(zhuǎn)程序[2]。

（4）程序設(shè)計中的重點內(nèi)容是功能補償，傳統(tǒng)的機械傳動存在著誤差，來使得機器人的傳動機構(gòu)存在著返回誤差，既不能返回原有的程序隨著運轉(zhuǎn)次數(shù)的增加，積累定位存在著定位誤差。在程序執(zhí)行的過程中，需要校正程序。校正的方法存在著補償信息，其中補充的方法是每一個循環(huán)對每一個步驟進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a充脈沖補充，相較于準(zhǔn)確的原位，在消除返回誤差辦法通過結(jié)算循環(huán)次數(shù)，在循環(huán)次數(shù)后，需要進(jìn)行繼續(xù)運轉(zhuǎn)的步行電機施加補充脈沖，來消除積累定位誤差。

結(jié)論：綜上所述，PLC在六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人控制中是讓控制程序代碼獨立于硬件。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的輸出階段需要接入驅(qū)動器的控制六關(guān)節(jié)機器人的執(zhí)行示教動作，來作為弧焊電機器的聯(lián)動控制；同時，需要根據(jù)電機的一些電阻及靜態(tài)電流值，來計算出達(dá)林頓管的電流及電壓值。因此，PLC在汽車生產(chǎn)中能夠形成一個簡單可行的FA設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]王宗躍.打磨機器人系統(tǒng)控制技術(shù)研究[D]。安徽工程大學(xué)，2017.

[2]向應(yīng)軍.一種基于PLC的碼垛機器人設(shè)計與研究[D]。湖北工業(yè)大學(xué)，2017.