基于PLC控制的工業機器人系統設計與實現

董守峰，張忠松

（吉林建筑大學，機械工程專業，吉林 長春 130118）

目前，智能改造已經在大多數工廠得到了實現，因此，PLC技術也廣泛的被應用到了工業機器人系統的控制環節中。然而，想要從生產精度和生產質量方面對生產系統進行有效的提升，就需要控制好工業機器人，對控制流程和控制系統進行深入的優化。要想采用PLC技術來優化控制環節，首先需要做好對工業機器人系統的了解，并通過對PLC控制技術的結合，來分析和討論所面臨的各種問題，以此為基礎，對控制環節進行有效的提升。

1 基于PLC控制的工業機器人介紹

1.1 工業機器人的基本結構

工業機器人主要由大臂、小臂、升降臂、底座、絲杠等構成，采用的是電氣傳動，升降臂沿著Z軸實現上下直線運動，大臂、小臂的兩個關節繞Z軸進行旋轉運動來帶動手腕和手抓實現各種動作，共有四個相互獨立的驅動關節、六個自由度。減速器連接電機輸出軸與機器人機械手的關節，將電機的輸出力矩傳遞給大小臂關節，以實現其各種動作。

1.2 工業機器人系統概述

目前，工業領域在向著自動化發展的同時，對PLC控制技術、工業機器人以及CAD等技術進行了廣泛的應用，從思路和理論方面為工業領域提供了更多優化和提升自動技術的支持，其作用是不容忽視的。同時，隨著各種科學技術的不斷發展，各學者深入的研究了工業領域所應用的PLC技術和機器人技術，也以此為基礎，有效的擴展了系統的各項功能，工業領域也采用了更加全面和完善的標準來衡量自動化技術。在這種情況下，應用PLC技術能夠為生產任務的完成提供質量和數量的保證，并有效的提升一體化技術在機電領域的發展[1]。

1.3 PLC工作原理

在對工業生產進行控制的過程中，PLC控制系統發揮出了極大的優勢，在具有存儲功能的設備中，能夠對完成編寫的程序代碼進行存儲，然后，由程序對數據進行采集和計算，中央處理器以集中的形式對其進行處理后，程序進入運行狀態，同時，由機械設備中的軟件對其進行控制，機械設備在接收到軟件發出的指令后，能夠按照規定的流程進行操作和加工。PLC自動控制系統所具備的自動控制功能，能夠對人工操作進行提點，從控制和操作方面，對人力資源進行了節省，并且，能夠對更多的產品進行加工，有著較強的適用性，可以使生產更加精細和高效，實現高難度的生產，工業化生產階段對它的應用，能夠給控制工作帶來極大的優勢[2]。

圖1 工業機器人工作原理

2 基于PLC控制的工業機器人優勢

在控制環節所應用的PLC技術有許多優點，例如運用便捷，在工業機器人系統中通過對它的應用，能夠從質量、抗干擾能力等方面，對工業機器人性能進行提升。通過對此類技術的實踐得知，此類技術在運動控制和網絡通訊方面具有更加強大的指令，工業領域采用此類指令能夠實現對機器人各種運動的控制，能夠實現對協調件等工業機器人部件的控制，尤其是PLC技術能夠從定位精度和運動效率方面，提升對工業機器人的控制。此外，在控制環節通過對PLC技術的應用，能夠從靈活性、擴展性以及操作性等方面，實現對工業機器人的提升，能夠使工業機器人的自動化工作得以實現。應用PLC技術進行控制，能夠更加便于使用工業機器人，并且更易實現對工業機器人功能的編寫，所以，工業領域在研制工業機器人時，通過對PLC技術的應用，其開發周期能夠得到大幅縮減。由于其有著頑強的工作能力，所以工業領域采用PLC技術來控制機器人，相比其他技術來說，其工作效率、抗干擾能力以及可靠性更強。此外，由于其編碼控制器的核心技術是PLC技術，借助于其內部系統的代碼加密功能，此類編碼控制器能夠很好的保護代碼，因此，工業機器人具有良好的抗干擾能力。所以，工業機器人在PLC技術的控制下能夠實現正常工作[3]。

3 工業機器人系統控制的實現

3.1 對工業機器人系統的有效控制

PLC編碼控制器屬于控制器中最新的一種類型，其在工業領域中的現代化發展基礎就是控制技術和運動部分，目前隨著科學技術的不斷發展，在總控制系統中通過對PLC編碼控制器的使用，使其具備了各種不同的輔助功能，微處理器是其核心控制部分，將相關軟件，運動驅動以及仿真技術等作為了系統的輔助應用。工業領域通過PLC技術對機器人系統的控制，在實際控制階段，工業領域中的PLC編碼控制器，能夠根據加工數據，對機器人的實際加工操作情況進行實時的監控，以此來及時、具有針對性的對各種出現的題進行處理解決。

工業領域在機器人系統中對PLC控制技術的應用，使加工技術具有了機電一體化的特征，被廣泛的應用到了各個社會生產領域中，大幅度的提升了產業效率。在整個系統中，PLC編碼控制器在處理部分中具有核心地位，其能夠通過對整個系統的控制，使其保持正常運行，并且能夠結合實際情況對相應的指令進行具體的發布。相關指令信息在經過工作人員的輸入后，能夠科學有效的控制工業機器人系統[4]。

3.2 工業機器人控制系統整體方案設計

圖2 工業機器人控制系統的構成

工業領域以往所采用的機器人有著較高的自由度，各關節之間無法進行聯動，并且其驅動系統包含了伺服機和步進電機，驅動器在接收到來自運動控制卡的命令后，能夠根據相應的轉動和轉速對電機進行控制。本文對工業機器人的設計中，將上位機和運動控制卡作為了控制系統的核心，其本體涉及到了上位機，運動控制卡以及伺服電機等。并且按照操作、運動以及機器人本體三個模塊對系統進行控制。操作模塊指的就是上位機，在機器人界面中主要能夠起到顯示的功能，同時能夠根據運動學方程，將機器人計算所得的正逆解以運動指令的形式進行發送；能夠控制運動的模塊也稱之為運動控制卡，其主要能夠將所接收到的來自上位機的指令，以脈沖信號的形式發送給伺服驅動器，同時能夠實現對機器人以及伺服驅動器對于正負限位以及伺服完成準備等信號反饋的接收；主要是為了對機器人本體進行控制，由于機器人型號不同其自由度也有所不同，因此，上位機能夠通過對各個關節轉動的控制，來對機器人進行控制，使其能夠完成相應的工作任務[5]。

4 PLC控制未來在工業機器人系統中的發展

4.1 對統一化標準的實現

針對目前的情況來說，工業領域對可編程控制器在機器人系統中的基礎應用，能夠使其智能化特性得到極大的提升，針對此類特點來說，未來在進行研究時，需要做好對以下內容的遵循：首先，工業領域在操作機器人系統的過程中，通過對PLC編碼控制器的應用，能夠使機器人的仿真設計以及模擬實驗更加準確，給機器人系統帶來優化的操作，使機器人能夠具有更強的可操作性，為工作階段的機器人提供準確性的保證；其次，控制技術通過可編程控制器能夠更加完善，使工業發展能夠具有自動化的特征，通過對可編程控制器的加強，能夠對機器人進行更加完善的控制，機器人在控制下能夠實現對復雜操作的完成。在機器人系統中通過對可編程控制器的應用，能夠提升3~5倍的控制效果；最后，工業領域在控制機器人系統的過程中，可在機器人系統中，通過PLC控制技術實現對網絡通信性能的加強，使不同的機器人之間能夠實現對網絡系統的連接，通過可編程控制器能夠使機器人系統在工業領域的統一化標準得以實現[6]。

4.2 對機電一體化目標的實現

目前，工業領域中對自動化技術的應用，將機器人PLC控制以及CAD等技術作為了重點，工業領域發展和完善此類技術，能夠為自動化技術在工業領域中的現代化科學發展提供相應的參考依據，有著十分重要的促進作用。由于近幾年不斷發展和推進的科學技術，工業領域采用PLC技術對機器人系統的控制，已經在工業生產中得到了實際應用。在進行工業生產的過程中，通過PLC技術對機器人系統的控制，能夠使其作用得到極大的發揮，并且隨著工業生產領域對其的不斷應用，自動化技術在工業領域的發展情況，已經成為了衡量其應用效果和質量的標準。工業領域采用PLC技術對機器人系統的控制，都是多項任務得到自動化的完成，使工業生產的推進能夠更加順利。此外，工業領域采用PLC對機器人系統的控制，能夠順利的完成工業生產任務，使機電一體化的目標得以實現[7，8]。

5 結語

隨著PCL技術的不斷發展和更新，以往在工業領域所采用的機器人控制系統對人力、物力和財力有著大量的需求，無法對機器人進行完整、可靠的自動控制，因此，本文以PCL技術為基礎，對機器人的自動化控制進行了優化設計。通過對可靠、穩定的PCL技術的應用，為機器人提供了更優的自動化控制，使整個工業領域得到了提升和發展，使機器人的工作變得更高效，并且為人們帶來了更高品質的生產生活。