德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王 寶

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，以及工程生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中以人力為生產(chǎn)核心的模式已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求，工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的作用，能夠代替人力完成多項(xiàng)復(fù)雜、危險(xiǎn)的工業(yè)生產(chǎn)工作，從而能夠提高工業(yè)生產(chǎn)效率，其中PLC控制技術(shù)有著關(guān)鍵性的作用，需要加強(qiáng)PLC控制技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用。本文對(duì)PLC控制在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入地研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)力提升。

工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，解決了許多傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式中的難題，能夠取代生產(chǎn)人員完成多項(xiàng)復(fù)雜的生產(chǎn)工作。因此，近些年來(lái)關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的研究取得了很大的進(jìn)展，許多關(guān)鍵性的技術(shù)取得了重要的突破，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)制造技術(shù)取得了很大的進(jìn)步。本文以PLC控制技術(shù)作為主要切入點(diǎn)，并對(duì)工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析，提出了系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)用三個(gè)主要方面，對(duì)當(dāng)前的工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新升級(jí)設(shè)計(jì)，希望能夠?qū)ξ覈?guó)工業(yè)機(jī)器人組裝技術(shù)進(jìn)步有所幫助。

1 PLC控制基本概念分析

PLC（可編程邏輯控制器），是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，以可編程的儲(chǔ)存器為核心，能夠編程的邏輯運(yùn)算程序、順序控制程序、定時(shí)程序、計(jì)數(shù)程序等操作指令儲(chǔ)存，并通過(guò)數(shù)字式的輸入輸出控制各類機(jī)械設(shè)備運(yùn)行。PLC控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，能夠提高對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)算的管理能力。采用PLC控制技術(shù)，能夠確保工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)執(zhí)行準(zhǔn)確的控制命令，運(yùn)行編輯完成的基礎(chǔ)命令，從而能夠提高工業(yè)機(jī)器人組裝工作效率和安全性，在工業(yè)機(jī)器人維修環(huán)節(jié)應(yīng)用也能夠降低維修難度，減少維修成本。PLC控制技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用，最為明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在控制開關(guān)、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、模擬處理以及通信網(wǎng)絡(luò)等幾個(gè)方面，PLC控制技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，是構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2 工業(yè)機(jī)器人基本系統(tǒng)概述

工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)可以分為主體、控制器和軟件等幾個(gè)方面。執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)命令的基本系統(tǒng)，從而完成基本作業(yè)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是通過(guò)執(zhí)行部件所提供動(dòng)力，完成各項(xiàng)工作的指令運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)是對(duì)工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)控制，使其能夠按照指令完成操作和工作。工業(yè)機(jī)器人的內(nèi)部組成主要有PLC控制器、電子控制回路、電氣元件以及輔助元件等幾個(gè)方面構(gòu)成。由此可見，工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部存在著較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以在組裝方面具有一定的難度，需要采用科學(xué)的系統(tǒng)架構(gòu)。

3 PLC控制在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的具體應(yīng)用分析

3.1 組裝系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中所使用的一般工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成情況來(lái)看，主要有執(zhí)行層、驅(qū)動(dòng)層、控制層、感知層、決策層、軟件層等多個(gè)層級(jí)架構(gòu)構(gòu)成，需要確保所有層級(jí)系統(tǒng)都能夠正常運(yùn)行，才能夠使工業(yè)機(jī)器人根據(jù)命令完成工業(yè)生產(chǎn)操作。控制層是工業(yè)機(jī)器人正常運(yùn)行中的關(guān)鍵系統(tǒng)部分，主要是對(duì)工業(yè)機(jī)器人的操作進(jìn)行控制和智慧，在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要完成整體性設(shè)計(jì)，對(duì)于控制層而言，需要完成以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)：（1）能夠完成協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。（2）能夠展示出控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的控制。（3）需要具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和實(shí)時(shí)操作能力，從而根據(jù)工業(yè)機(jī)器人實(shí)際作業(yè)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，保障生產(chǎn)能夠高效、安全完成。（4）系統(tǒng)界面具有簡(jiǎn)單明確，具有良好的可操作性。（5）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間需要具有良好的協(xié)調(diào)性，構(gòu)成連接緊密的系統(tǒng)框架。

3.2 組裝系統(tǒng)內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在驅(qū)動(dòng)層系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，通常情況下工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式可以分為氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種不同的形式。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要使用液壓作為主要?jiǎng)恿υ?，綜合成本較高，且具有易爆炸的危險(xiǎn)性；氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雖然成本較低，但是控制精準(zhǔn)度也較低，還伴有較大的噪音，只能在較為簡(jiǎn)單的工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中應(yīng)用；電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)依靠電力所產(chǎn)生的動(dòng)力作為主要?jiǎng)恿υ?，能夠直接或間接地驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人本體，從而實(shí)現(xiàn)多種操作指令。綜合來(lái)看，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用效果最好，所以本次采用電力驅(qū)動(dòng)作為主要驅(qū)動(dòng)層基礎(chǔ)。工業(yè)機(jī)器人組裝西戎的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要滿足最大功率質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)高起工轉(zhuǎn)矩、速度均勻平穩(wěn)以及具有較快的反應(yīng)能力，才能夠滿足工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性需求。因此，在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中采用了半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，下表是工業(yè)機(jī)器人各個(gè)環(huán)節(jié)所使用的電機(jī)具體情況。

表1 工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)電機(jī)的具體數(shù)值

所采用的電機(jī)中具有許多新型材料，能夠發(fā)揮出磁性優(yōu)勢(shì)，搭配合理的磁路、磁極和電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使電機(jī)的綜合性能得到全面的優(yōu)化。該電機(jī)使用220V電壓，具有較高的速度和穩(wěn)定性。

在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，需要滿足工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中對(duì)作業(yè)命令的需求，通常而言工業(yè)機(jī)器人在操作中執(zhí)行命令，從而完成軌跡運(yùn)動(dòng)。根據(jù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人多個(gè)方面的需求，對(duì)多種不同的控制方式進(jìn)行了分析，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）采用PTP控制模式，不對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡作出規(guī)定，而是保障作業(yè)目標(biāo)點(diǎn)的準(zhǔn)確性，雖然實(shí)現(xiàn)方式較為簡(jiǎn)單，但是工業(yè)機(jī)器人作業(yè)操作精準(zhǔn)性不足。（2）采用CP控制模式，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度有著較高的要求，但是控制模式相對(duì)更加復(fù)雜，具有精準(zhǔn)性較高的特點(diǎn)。因此，在本文所設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中，將控制模式分為伺服控制模式和非伺服控制模式，伺服控制模式的為：控制器→驅(qū)動(dòng)單元→操作機(jī)→開關(guān)反饋，開關(guān)反饋和驅(qū)動(dòng)單元連接；非伺服控制模式為：控制器→驅(qū)動(dòng)單元→操作機(jī)。根據(jù)綜合分析結(jié)構(gòu)，本文選擇了閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的一種，能夠以機(jī)械量作為基礎(chǔ)控制量，在控制量的驅(qū)動(dòng)下，機(jī)械各個(gè)部分能夠按照指令進(jìn)行作業(yè)。在工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，可以應(yīng)用開環(huán)和閉環(huán)兩種不同方式，閉環(huán)以直流和交流伺服電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)，閉環(huán)系統(tǒng)能夠?qū)ο到y(tǒng)誤差進(jìn)行檢測(cè)，從而能夠縮小誤差量，提高工業(yè)機(jī)器人組裝精準(zhǔn)性，整體閉環(huán)過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差都能夠得到較好的補(bǔ)償，同樣也具有一定的缺點(diǎn)，例如會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩問(wèn)題，從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，但是通過(guò)采用PLC控制技術(shù)，該問(wèn)題基本能夠得到解決，因?yàn)镻LC控制技術(shù)較為精確，能夠提高工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以可以在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用，具有良好的應(yīng)用效果。

在控制器方面，因?yàn)楸敬蜗到y(tǒng)設(shè)計(jì)采用了PLC控制技術(shù)，具有良好的適用性、可靠性和穩(wěn)定性，綜合抗干擾能力也較為突出，且隨著PLC控制技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)的指令性會(huì)不斷加強(qiáng)。為此，在本次工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制器選擇范圍較廣，但是需要考慮到影響控制器的主要因素，從而保障工業(yè)機(jī)器人組裝質(zhì)量。PLC控制技術(shù)的界限方式較為簡(jiǎn)單，輸入控制命令后就能夠使工業(yè)機(jī)器人根據(jù)命令完成操作，結(jié)合完善的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠全面提高組織系統(tǒng)控制的精確性。除此之外，PLC控制技術(shù)對(duì)于硬件的要求較低，能夠在較為簡(jiǎn)單的電路板中應(yīng)用，所以不需要采用復(fù)雜的電路板。綜合以上情況可以看出，控制器可選擇性較強(qiáng)，一般的控制器則能夠完成高質(zhì)量的控制工作，將控制器接入到PLC控制系統(tǒng)中，根據(jù)變成命令即可使控制器自動(dòng)化完成多項(xiàng)操作，且綜合成本較低，控制流程較為簡(jiǎn)單，具有良好的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

4 工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)應(yīng)用

經(jīng)過(guò)上文對(duì)工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)中存在的多種問(wèn)題，在PLC編碼器中采用了多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而能夠?qū)⒔M裝過(guò)程中的操作精準(zhǔn)地控制在目標(biāo)點(diǎn)中，結(jié)果實(shí)踐應(yīng)用證明，該組裝系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用效果，適合在工業(yè)機(jī)器人組裝生產(chǎn)中使用。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，本文詳細(xì)闡述了一種有效的、基于PLC控制技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人組裝系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用性，希望能夠?qū)ξ覈?guó)工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器人的應(yīng)用發(fā)揮出一定的借鑒和幫助作用，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步。