基于PLC的機器人電氣控制系統(tǒng)的設計

鐘榮開 杜德華

摘要：科技不斷發(fā)展，實現(xiàn)了將機器人應用在機床工作和自動化生產線中，設計基于PLC的機器人電氣控制系統(tǒng)一直是研究的重點，本文首先介紹基于PLC的機器人動作設定硬件要求，接著介紹基于PLC的機器人軟件設計理論，最后以設計實例闡述機器人控制系統(tǒng)設計的具體操作內容，僅供參考借鑒。

關鍵詞：動作設定；代碼編寫；操作指令

前言：

目前機器人的工作內容主要是搬動裝卸零件，通過重復動作完成任務，在機器人的設計中采用模擬關節(jié)結構的方式，通過程序設置，使機器人模擬手臂動作，根據(jù)設置的搬運路線、具體動作，實現(xiàn)抓取、移動、裝卸的工作任務，配以電磁閥的控制，實現(xiàn)動作順序的預制和時間間隔的有效控制，這也就是PLC的機器人電氣控制系統(tǒng)。

一、基于PLC的機器人動作設定硬件要求

機器人要實現(xiàn)的動作有抓取、運送、裝卸。這些動作的實現(xiàn)離不開氣缸的驅動。例如在某項工作過程中機器人要實現(xiàn)的操作是將工件從初始位置運輸?shù)?號工作臺，再將工件運輸?shù)?號工作臺，接著回到一號工作臺，繼續(xù)上述操作。在工作的過程中，機器人在初始位置要完成的動作是手腕向下移動，操作手指抓緊操作臺上待移動的工件，接著機器人要完成工件的移動，到達指定位置，之后，機器人的手臂要引導手指和手腕沿指定的軌跡移動，最后機器手指松開工件。根據(jù)上述工作環(huán)節(jié)中機器人的動作，要裝有限位開關裝置，實現(xiàn)對機器人手指移動位置的控制，準確把握機器人的手臂動作，對于抓緊力的控制需要設置相應的控制系統(tǒng)，這一控制過程由油缸下屬液壓回路中的壓力繼電器來實現(xiàn)。還要安裝通斷按鈕實現(xiàn)機器人啟動停止的控制。通過安裝電磁閥部件實現(xiàn)機器人的上下左右移位動作[1]。

二、基于PLC的機器人軟件設計理論

在機器人程序初始化過程當中，由PLC進行編程，PLC即為可編程控制器，是一種新型的工業(yè)控制裝置，以計算機設備計算為基礎，應用在工業(yè)環(huán)境下，是能夠利用數(shù)字運算操作的一種電子裝置[2]。電子裝置的內部存儲，執(zhí)行邏輯運算的一系列指令。通過模擬式、數(shù)字式的操作指令，控制各類型的機械生產運作過程。基于PLC機器人的初始化操作，主要目的是完成機器人后續(xù)動作的設置。機器人自動控制系統(tǒng)，會由于直接投入運行而產生錯誤動作，設置初始化程序會避免這種情況的發(fā)生，從而使機器人順利投入工作。在對機器人設置初始化程序時，首先選取初始狀態(tài)ISL指令，這種方式會簡化程序，減少編程的步驟。在設計機器人自動控制系統(tǒng)時，第二步是設置機器人的手動運行控制模式，在這一過程中對機器人的手指、手臂、手腕進行設置，主要用于維修和調整機器人時。手動按鈕的開關設置在手動模式中，接通手指部件實現(xiàn)手臂的上升下降，這種方法也能夠實現(xiàn)機器人手臂手腕的動作設置。在設置機器人的自動控制系統(tǒng)時，設置的模式根據(jù)要實現(xiàn)的動作，仔細確認各部分的聯(lián)系，當機器人處于初始狀態(tài)時，檢測到工作臺上需要處理的工件，然后完成自動設置模式中需要機器人完成的動作。

三、機器人控制系統(tǒng)設計具體操作

（一）機器人動作設定

某機器人工作過程要求為：在正常運行時，機器人的操作為自動模式，從機器人處于原始位置開始，大臂豎立，小臂伸出并處于水平，手腕橫向向右移動，手指松開，按下啟動按鈕SB1。這時機器人的工作順序是在初始位置機器人完成的動作有：機器人大臂豎立-小臂水平縮回-手腕橫移向右-手指松開-手指夾緊-手腕向右移動-小臂向上擺-大臂向下擺-手指松開-小臂回縮-料架移動-小臂伸出-手指夾緊-大臂向上移動-小臂向下轉動-手腕向左移動-手指松開。當機器人需要維修或調整時，通過手動模式，分別控制手動按鈕，使對應機器人的手指、手腕、小臂、大臂完成動作。

（二）機器人的程序代碼

根據(jù)動作設定的要求，編寫程序代碼，X000-X012分別代表機器人各個部位，是啟動按鈕、原位、大小手臂的輸入端口，用于限位檢測。X013、X017手動控制輸入端口，完成手動控制的相應動作。Y000-Y012用以完成各個動作與電磁閥的連接，T1、T2用以設置時間，完成機器人手指松開收緊的時間設置。在上述根據(jù)要求設置的機器人動作的代碼編寫中，要完成機器人啟動的代碼編寫是：0 LD X000；完成手指夾緊壓力限位的代碼編寫是：ANI X001；完成手指夾緊的代碼編寫是：SET Y000；完成小臂上擺的代碼編寫是：OUT Y002；完成大臂下轉的代碼編寫是：OUT Y011；完成機器人手指松開延時的代碼編寫是：OUT T1 K8。以上動作的代碼編寫要予以排序，實現(xiàn)對機器人動作順序的合理安排。

總結：

可編程控制系統(tǒng)設計的擁有電氣控制系統(tǒng)的機器人，實現(xiàn)了接線電路的簡化，為工作環(huán)境節(jié)省了空間，有效的降低設備出現(xiàn)故障的頻率，讓設備具有很廣泛的拓展性，豐富了設備的功能，讓設備具有更強的柔性，實現(xiàn)設備維護的簡便，使設備具有較高的運行穩(wěn)定性，從而很大程度的提高了勞動生產率，由于可以通過編寫程序，實現(xiàn)各種工作環(huán)節(jié)的設定，所以能夠最大化滿足各種生產要求。

參考文獻：

[1]劉曉云.基于PLC的機器人電氣控制系統(tǒng)的設計[J].電子技術與軟件工程，2016（22）：137.

[2]王淼.拋光打磨機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].廣東工業(yè)大學，2016.

作者簡介：鐘榮開，男，廣東省佛山市人，民族：漢，職稱：電氣工程師，學歷：本科學士學位，研究方向：電氣控制及自動化。