王秀季

（廣東省華僑職業(yè)技術學校，廣東 廣州 510520）

1 PLC控制理論

PLC技術能有效運用在工業(yè)環(huán)境，加強對數(shù)字運算的管理能力。本文就是以工業(yè)機器人的系統(tǒng)發(fā)展的角度，探究通過PLC技術的應用，保障工業(yè)機器人能夠有效準確的執(zhí)行控制命令，確保工業(yè)生產。在工業(yè)機器人系統(tǒng)中添加PLC技術，能夠提升機器人使用的實用性與安全性，在維修環(huán)節(jié)中，也能夠降低維修難度，減小能耗。PLC技術應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在控制開關、運動與過程、模擬量、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡等方面。

2 工業(yè)機器人系統(tǒng)

工業(yè)機器人的基本結構分為本體、控制器、軟件等三個方面。如圖1所示。執(zhí)行系統(tǒng)就是指工業(yè)機器人依托內在的指令，人為的完成作業(yè)；驅動系統(tǒng)就是指通過各執(zhí)行部件提供的動力，完成各種指令運動；控制系統(tǒng)就是對機器人進行控制，要求按照指令工作。工業(yè)機器人主要由可編程控制器、電子控制回路、電氣、電氣器件、輔助信息等幾方面組成。

圖1

3 PLC控制下工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)總體設計

工業(yè)機器人主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等幾個系統(tǒng)部分組成，只有各個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)能夠有效應用，才能保障工業(yè)機器人工作的實施，完成工業(yè)機器人的各種運動?？刂葡到y(tǒng)是工業(yè)機器人正常運作的關鍵系統(tǒng)，負責對機器人控制、指揮的工作。在設計中通過結合機器人的工作要求進行整體設計，就控制系統(tǒng)來說，主要滿足以下幾個方面：能夠自由的進行協(xié)調和控制，以此實現(xiàn)高效作業(yè)；對控制的參數(shù)進行精準的展示，實現(xiàn)對路徑的控制；具有良好的動態(tài)響應能力和實時能力；保障其可靠性、安全性、穩(wěn)定性；人機界面的設計良好，操作簡單易上手；保障硬件結構之間的緊湊性。

3.2 系統(tǒng)結構設計

（1）驅動系統(tǒng)，一般來說工業(yè)機器人的驅動方式主要分為氣壓驅動、液壓驅動、電氣驅動三種，如表1。

電氣驅動系統(tǒng)，主要就是通過電動機產生的力矩和力，間接或者直接的驅動機器人本體，以實現(xiàn)機器人各種運動的執(zhí)行。因此工業(yè)機器人的關節(jié)驅動電動機必須要滿足最大功率質量、實現(xiàn)高起工轉矩、保障速度的均勻平穩(wěn)，更有迅速的反應能力，具有一定的可靠性和穩(wěn)定性，并具有短暫的過載能力。通過上述要求的分析，進一步滿足其精密度，在設計中，本文采用半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，并且機器人各個關節(jié)的電機選用如表2所示。在這一系列的電機中，采用了最新的鉫鐵硼材料，充分利用該材料磁性較大的優(yōu)勢，搭配合理的磁極、磁路、電機機構的設計，能夠優(yōu)化電機的性能。使用220V的電壓，能夠保障高加速度的穩(wěn)定性，電機安裝光學編碼器，使用帶差動線驅動數(shù)據(jù)和換向信號，24VDC抱閘器，加強環(huán)境等級防護。

表1 工業(yè)機器人的驅動方式

表2

（2）控制系統(tǒng)主要滿足工業(yè)機器人在運動中對作業(yè)的要求，一般來說工業(yè)機器人就是在操作器中執(zhí)行指令，并按照軌跡運動，保持預定姿勢。本文通過對機器人多方面的分析，將控制系統(tǒng)的主要控制方式分為以下幾點：①PTP控制，對運動軌跡不做規(guī)定，只是保障目標點的準確性，雖然能夠便于實現(xiàn)，但是對精準度的體現(xiàn)能力不高。②CP控制，在對軌跡和速度有著一定的嚴格要求，并且在實行的過程中，要求各個關節(jié)同時工作。這種控制方法相對來說較為復雜，精準度較高。因此，工業(yè)機器人控制方式的應用，要根據(jù)機器人自身工作性質進行決定?？刂葡到y(tǒng)主要分為非伺服控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)。如圖2、圖3所示。

圖2 非伺服控制系統(tǒng)（開環(huán)）

圖3 伺服控制系統(tǒng)（開關反饋）

通過上文的分析，本文選擇閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)進行設計應用。伺服系統(tǒng)也叫做隨動系統(tǒng)，是自動控制的一種。在實際的應用中，以機械量為控制量，在控制質量的驅動下，機械的各個部分按照指令進行運動。工業(yè)機器人在實際的應用中，最常見的兩種方式就是開環(huán)和閉環(huán)，閉環(huán)以直流和交流伺服電機驅動為主，閉環(huán)系統(tǒng)能夠檢測到系統(tǒng)的誤差，并將誤差控制在0.001～0.003上下浮動區(qū)間，整個閉環(huán)環(huán)節(jié)中的誤差都能夠被補償，但是這樣也容易造成系統(tǒng)振蕩，導致系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。所以半閉環(huán)的伺服系統(tǒng)的應用被人們廣泛使用，并且具有較高的性能，在實際的系統(tǒng)要求中表現(xiàn)突出。

（3）控制器選擇。基于PLC技術的應用，能夠具有通用性，具有使用能力較強、使用范圍廣、可靠性較高、抗干擾能力較強等特點。并且隨著PLC技術的逐漸發(fā)展，功能的指令性也逐漸加強。機器人的控制器的選擇是機器人功能實現(xiàn)的關鍵。因此，加強對控制器的選擇是保障機器人性能優(yōu)劣的重要一環(huán)。并且PLC接線方式簡單，只需要輸入運動控制指令，就能夠實現(xiàn)機器人的運動控制，在協(xié)調多軸的控制環(huán)節(jié)中，強大的網(wǎng)絡技術，能夠使機器人的控制更加精密。PLC對硬件的需求較小，可以脫離復雜的電路板進行工作。

圖4 工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)構成

3.3 系統(tǒng)應用

通過上文中的設計，已經(jīng)基本能夠有效解決在系統(tǒng)總體設計中提出的要求。在PLC編碼器的設計過程中，采用分層的方式進行設計、控制，將控制器上的每一個控制節(jié)點都落實到相應的反饋控制點上。近些年來，隨著PLC技術的逐漸發(fā)展，PLC與網(wǎng)絡的完美結合，更是加強了其對工業(yè)機器人系統(tǒng)的控制能力，也逐漸成為了未來機器人系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。

4 結語

PLC控制的工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)研究在優(yōu)化PLC控制技術上、提高工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)上有著積極的作用。在此過程中，從系統(tǒng)總體設計、系統(tǒng)結構設計、系統(tǒng)應用這三個方面對PLC控制下工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)進行設計，能夠不斷的促進PLC控制的工業(yè)機器人組裝系統(tǒng)研究能力的提升。