可編程控制器在機器人手中的應用

嚴永帥

【摘 要】在利用機器人進行工件表面打磨作業時，往往需要根據打磨狀態（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等厚打磨，對保證工件表面加工質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用進行分析，以供參考。

【關鍵詞】可編程控制器;機器人;應用

引言

機器人是由機械設計和加工、仿生學、人工智能和計算機控制等多種學科所形成的綜合應用，屬于機器人研究的熱點方向，也是未來機器人重點發展方向之一。在培養具有“創新和企業家精神工程師”的時代，機器人是培養學生創新意識的載體，也是工業化和信息化深度融合及機械設計基礎、機械控制、測試技術等多門學科融合的載體。

1控制目標描述

當機器人末端的TCP沿規劃軌跡運行時，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，也同樣會對應著恒定的磨削厚度。據此分析，可將對磨削厚度的控制，也即對規劃TCP實時追蹤實標目標TCP的控制，轉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，其設計時的一個基礎部件是通用計算機本身，且具有控制微處理器的能力。可編程控制器可通過直接利用其微計算器的多種處理技術，對各個設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信息技術的不斷發展、升級和逐步完善，擁有了更多的實用功能，能有效滿足包括現代家庭企業自動化管理應用、公共事業管理應用以及現代商業和民用工業等在內的多個不同應用領域的巨大應用需求，為人們日常生活和工作提供更多樣的便利，也在社會經濟自動化和工業智能化發展中發揮著極大的技術推動作用。

3可編程控制器組成

站在可編程控制器部分下，其中按照結構構造進行劃分，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定性的狀態，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，實現可編程控制器核心性能得以凸顯的效果。最為關鍵的是，也能夠很好的對定時器、電路、輸入輸出端口、儲存器等功能狀態以及錯誤報告進行準確的分析，鑒于體現出一定復雜性的可編程控制器，此時人員也可以融合雙CPU或者三CPU來進一步穩定系統;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、系統程序儲存器以及數據儲存器;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字信號進行進一步的轉換，同時將其傳遞給可編程控制器系統。總之，從可編程控制器部分下進行研究，本質上隸屬于一種電子系統，在我國工業行業領域人士使用過程中，就能夠融合數字運算操作形式，實現對企業生產環境合理化的設計以及實施等的操作結果。

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操作的設備。它對于提高工作效率、保證工作質量和改善勞動條件起到了非常關鍵性的作用。現在衡量一個國家的自動化水平，機器人的生產應用的發展情況是很關鍵的部分。在生產中應用機械手能夠有效地提高生產的水平，節約勞動成本，保證生產安全，尤其是在惡劣的環境中，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生產中已經具有更廣泛的應用。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行各種動作。液壓機械手動作較慢、運轉平穩、力量很大。氣壓機械手由氣壓傳動，氣源方便、動作迅速、結構簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制。

4.2控制系統

機械手根據相應指令對應做相關的操作時都是通過控制系統來完成的。程序控制和電氣定位兩個系統共同構成了當前最普遍的工業應用的機械手。本文介紹的機械手控制程序是由PLC構成，用PLC來支配整個機械手的運動程序，同時存儲相應的指令去按照系統發出的指令信息執行對應的動作，PLC還可以監視機械手的動作，如果當機械手的動作出現錯誤時或存在故障的時候PLC可以對機械手的動作進行監視并發出警告。

5機械手軟件設計

5.1軟件設計流程

機械手的工作流程一般依照以下順序執行：拿、運、放與恢復原始狀態。機械手的手臂在伸出到指定位置時，傳感器在檢測到相應位置，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，到這個過程結束后，整個抓取工作完成。

5.2抗干擾設計

在整個工業電磁環境中，為了確保機械手的正常運轉，應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備的運行抗干擾能力是當前大多數設備的抗干擾途徑的有效方式。

6可編程控制器的未來發展方向

隨著可編程控制器的不斷改進與發展，其在人們的日常生活和各領域工業中的應用越來越廣泛。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、水循環系統及其輸變電控制系統等遠程控制方面均得到了有效應用，不僅能夠對這些新型樓宇機電系統設備進行有效遠程控制，而且能夠對該系統的所有功能狀態進行嚴密遠程監察和實時檢測，除了能有效使樓宇機電設備生產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備生產投資的經濟效益。在現代電子技術不斷快速發展的大背景下，電子產品發展呈現出多樣化的發展狀態，人們日常生活中所使用的電冰箱、洗衣機及中央空調等均可以通過各種可編程電子控制器系統進行自動控制。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能夠對自動洗衣機的啟動、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，以實現自動洗衣機的全過程自動化。

結束語

通過PI控制器對打磨電機設定扭矩進行追蹤，調整機器人TCP，間接地調控打磨厚度，實現了等厚度打磨;改善了打磨過程中打磨電機空載或過載的現象，提高了機器人打磨在未知環境下的適應性和魯棒性。

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（作者單位：河南工學院智能工程學院）