嚴永帥

【摘 要】在利用機器人進行工件表面打磨作業(yè)時，往往需要根據(jù)打磨狀態(tài)（接觸力、電機扭矩等）的反饋情況，對機器人軌跡誤差進行補償，以達到等厚度打磨的目的。如果磨削厚度過深，會損壞工件或機器人;如果磨削厚度過淺，達不到工件表面處理的要求;因此如何控制機器人實現(xiàn)等厚打磨，對保證工件表面加工質(zhì)量有著非常重要的意義。本文對可編程控制器在機器人手中的應(yīng)用進行分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器;機器人;應(yīng)用

引言

機器人是由機械設(shè)計和加工、仿生學(xué)、人工智能和計算機控制等多種學(xué)科所形成的綜合應(yīng)用，屬于機器人研究的熱點方向，也是未來機器人重點發(fā)展方向之一。在培養(yǎng)具有“創(chuàng)新和企業(yè)家精神工程師”的時代，機器人是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的載體，也是工業(yè)化和信息化深度融合及機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械控制、測試技術(shù)等多門學(xué)科融合的載體。

1控制目標描述

當機器人末端的TCP沿規(guī)劃軌跡運行時，砂輪有可能磨削不到材料，也有可能磨削過深的材料。當砂輪尺寸給定后，不同的磨削厚度會對應(yīng)著不同的打磨電機輸出扭矩，因此，當保持打磨電機輸出扭矩恒定時，也同樣會對應(yīng)著恒定的磨削厚度。據(jù)此分析，可將對磨削厚度的控制，也即對規(guī)劃TCP實時追蹤實標目標TCP的控制，轉(zhuǎn)化為對打磨電機輸出扭矩的控制。

2可編程控制器概念

可編程控制器是一種新型的通用自動化控制裝置，其設(shè)計時的一個基礎(chǔ)部件是通用計算機本身，且具有控制微處理器的能力?？删幊炭刂破骺赏ㄟ^直接利用其微計算器的多種處理技術(shù)，對各個設(shè)備的實際運行情況進行自動計算、定時和自動控制，使可編程控制器能夠按照使用人的實際需求自動完成各種設(shè)備的運行。可編程控制器最初的基本控制能力僅包括邏輯運算、計數(shù)以及順序控制等幾個基本功能，而目前的各種可編程控制器均隨著科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展、升級和逐步完善，擁有了更多的實用功能，能有效滿足包括現(xiàn)代家庭企業(yè)自動化管理應(yīng)用、公共事業(yè)管理應(yīng)用以及現(xiàn)代商業(yè)和民用工業(yè)等在內(nèi)的多個不同應(yīng)用領(lǐng)域的巨大應(yīng)用需求，為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ魈峁└鄻拥谋憷?，也在社會?jīng)濟自動化和工業(yè)智能化發(fā)展中發(fā)揮著極大的技術(shù)推動作用。

3可編程控制器組成

站在可編程控制器部分下，其中按照結(jié)構(gòu)構(gòu)造進行劃分，主要涵蓋整體固定型、模塊型以及集成型、基本單元擴展型。針對其內(nèi)部核心部分，詳細可以從以下幾方面進行分析：第一CPU。在整體可編程控制器部分下，其中最核心的部分就是CPU，作為該設(shè)備的中心處理單元，要想能夠確保可編程控制器運行過程更具穩(wěn)定性的狀態(tài)，那么就必須對CPU核心處理部分提高認識。通常情況下，在人員進行使用當中，主要就是借助CPU中央處理器，實現(xiàn)可編程控制器核心性能得以凸顯的效果。最為關(guān)鍵的是，也能夠很好的對定時器、電路、輸入輸出端口、儲存器等功能狀態(tài)以及錯誤報告進行準確的分析，鑒于體現(xiàn)出一定復(fù)雜性的可編程控制器，此時人員也可以融合雙CPU或者三CPU來進一步穩(wěn)定系統(tǒng);第二儲存器。面對不同的儲存對象，此時可以將儲存器劃分為用戶程序儲存器、系統(tǒng)程序儲存器以及數(shù)據(jù)儲存器;第三輸出輸入端口。該項組成部分主要是對輸出輸入端口所接收的數(shù)字信號進行進一步的轉(zhuǎn)換，同時將其傳遞給可編程控制器系統(tǒng)。總之，從可編程控制器部分下進行研究，本質(zhì)上隸屬于一種電子系統(tǒng)，在我國工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域人士使用過程中，就能夠融合數(shù)字運算操作形式，實現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境合理化的設(shè)計以及實施等的操作結(jié)果。

4機械手

4.1機械手概念

機器人一般是由機器體、控制器、驅(qū)動器、傳感器組成，它能夠做一些類似人的操作，能夠完成各種自動化的作業(yè)操作的設(shè)備。它對于提高工作效率、保證工作質(zhì)量和改善勞動條件起到了非常關(guān)鍵性的作用。現(xiàn)在衡量一個國家的自動化水平，機器人的生產(chǎn)應(yīng)用的發(fā)展情況是很關(guān)鍵的部分。在生產(chǎn)中應(yīng)用機械手能夠有效地提高生產(chǎn)的水平，節(jié)約勞動成本，保證生產(chǎn)安全，尤其是在惡劣的環(huán)境中，人為操作危險的時候，機械手能夠起到很好的代替作用。所以在焊接、鍛造、機械加工等重要的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)具有更廣泛的應(yīng)用。機械手也分為各種類型，如液壓機械手、氣壓機械手等。液壓機械手是通過液壓油提供動力執(zhí)行各種動作。液壓機械手動作較慢、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、力量很大。氣壓機械手由氣壓傳動，氣源方便、動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制。

4.2控制系統(tǒng)

機械手根據(jù)相應(yīng)指令對應(yīng)做相關(guān)的操作時都是通過控制系統(tǒng)來完成的。程序控制和電氣定位兩個系統(tǒng)共同構(gòu)成了當前最普遍的工業(yè)應(yīng)用的機械手。本文介紹的機械手控制程序是由PLC構(gòu)成，用PLC來支配整個機械手的運動程序，同時存儲相應(yīng)的指令去按照系統(tǒng)發(fā)出的指令信息執(zhí)行對應(yīng)的動作，PLC還可以監(jiān)視機械手的動作，如果當機械手的動作出現(xiàn)錯誤時或存在故障的時候PLC可以對機械手的動作進行監(jiān)視并發(fā)出警告。

5機械手軟件設(shè)計

5.1軟件設(shè)計流程

機械手的工作流程一般依照以下順序執(zhí)行：拿、運、放與恢復(fù)原始狀態(tài)。機械手的手臂在伸出到指定位置時，傳感器在檢測到相應(yīng)位置，手指松開，然后手臂下沉到最低位置，收緊手指手抓，這個整個過程大約耗時1秒鐘，到這個過程結(jié)束后，整個抓取工作完成。

5.2抗干擾設(shè)計

在整個工業(yè)電磁環(huán)境中，為了確保機械手的正常運轉(zhuǎn)，應(yīng)該避免或者少受電磁造成的干擾，為了避免干擾就需要對設(shè)計做出有效的抑制操作，抑制干擾源或者隔斷傳播的渠道來增強設(shè)備的運行抗干擾能力是當前大多數(shù)設(shè)備的抗干擾途徑的有效方式。

6可編程控制器的未來發(fā)展方向

隨著可編程控制器的不斷改進與發(fā)展，其在人們的日常生活和各領(lǐng)域工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。例如，可編程智能控制器在建筑自動化新型樓宇機電照明控制系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)及其輸變電控制系統(tǒng)等遠程控制方面均得到了有效應(yīng)用，不僅能夠?qū)@些新型樓宇機電系統(tǒng)設(shè)備進行有效遠程控制，而且能夠?qū)υ撓到y(tǒng)的所有功能狀態(tài)進行嚴密遠程監(jiān)察和實時檢測，除了能有效使樓宇機電設(shè)備生產(chǎn)能源利用的消耗成本顯著降低，還能夠大大提高樓宇機電設(shè)備生產(chǎn)投資的經(jīng)濟效益。在現(xiàn)代電子技術(shù)不斷快速發(fā)展的大背景下，電子產(chǎn)品發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展狀態(tài)，人們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫碾姳?、洗衣機及中央空調(diào)等均可以通過各種可編程電子控制器系統(tǒng)進行自動控制。例如，自動洗衣機在日常運行過程中，可編程自動控制器系統(tǒng)能夠?qū)ψ詣酉匆聶C的啟動、進水、清洗、脫水及自動排水等各功能過程進行有效編程控制，以實現(xiàn)自動洗衣機的全過程自動化。

結(jié)束語

通過PI控制器對打磨電機設(shè)定扭矩進行追蹤，調(diào)整機器人TCP，間接地調(diào)控打磨厚度，實現(xiàn)了等厚度打磨;改善了打磨過程中打磨電機空載或過載的現(xiàn)象，提高了機器人打磨在未知環(huán)境下的適應(yīng)性和魯棒性。

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（作者單位：河南工學(xué)院智能工程學(xué)院）