摘要：《中国制造2025》规划中提出制造业强国战略。传统制造业向智能制造业转型升级势在必行。工业机器人技术的发展成了制造业升级转型的助推器。基于PLC控制的工业机器人系统可以使个体机器人通过PLC通信网络连接在一起，不仅改善了工业机器人的柔性特性，还使多个工业机器人协调合作的自动化生产线成为可能，加速了工业机器人产业的发展。文章重点研究了基于PLC控制的工业机器人组装控制系统，从系统总体设计、系统结构设计、系统应用这三个方面对PLC控制下工业机器人组装系统进行设计。
关键词：工业机器人；PLC；组装系统
1工业机器人系统
工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统、感知系统、决策系统及软件系统组成。执行系统是工业机器人为完成作业，实现各种运动的机械部件。驱动系统为各执行部件提供动力，工业机器人采用的传动方式，通常有液压、气动和电动等几种驱动系统。控制系统对工业机器人实行控制和指挥，使执行系统按规定的要求进行操作。一般它由控制计算机或可编程控制器、电气与电子控制回路、辅助信息和电气器件等组成。工业机器人结构由机器人本体、控制器和软件三大部分构成。基本结构如图1：
图1工业机器人基本结构
2 PLC技术的优点
PLC技术的优点可以分为3个部分：PLC技术的适应性比较先进，可以灵活应用；PLC技术的控制能力强，故而具有较高的可靠性；PLC技术操作简单，应用较为便捷。接下来笔者将展开具体分析。
2.1 PLC技术的适应性比较先进
一方面，PLC技术在发挥控制作用的情况下只是利用了存储器的存储功能，并没有经过较多的功能利用，如果需要改变控制功能，也只需修改系统的参数，不必经过较为复杂的程序；另一方面，PLC技术的类别是比较丰富的，类别丰富便可以进行灵活的应用，也可以满足工业机器人系统变换的要求。
2.2 PLC技术的控制能力强
PLC技术自身的抗干扰能力非常强，具备一定的实用性，所以PLC技术在发挥作用的过程当中具有较强的控制能力，有较高的可靠性，工作则会得到一定程度的开展，工作效率也会有所提升。
2.3 PLC技术的操作简单
PLC技术操作起来是比较简单的，操作者只需要明白计算机硬件软件知识，就可以将PLC技术应用得游刃有余，通过具体的操作可以对工业机器人进行合理科学的控制。
3 基于PLC控制的工业机器人系统的发展趋势
目前，最新出现的基于PLC控制的工业机器人系统有着高度智能的特点，针对这样的特点，其未来的研究发展趋势应该集中于以下三个方面：第一个方面，在工业机器人系统的实际操作方面，基于PLC控制的工业机器人系统将通过PLC系统进行精确的仿真设计和模拟分析，实现对工业机器人系统操作的进一步优化处理，大大提升工业机器人系统操作性能；第二个方面，实现PLC控制技术的进一步完善和发展，通过PLC控制系统控制性能的进一步优化加强，控制的工业机器人系统也更加复杂，可以将基于PLC控制的工业机器人系统的性能提升三到五倍；第三个方面，可以完善基于PLC控制的工业机器人系统的网络通信功能，使得一个工业机器人系统可以实现和其他工业机器人系统的网络连接，有利于全球统一的标准化基于PLC控制的工业机器人系统的形成。
4基于PLC控制的工业机器人组装系统工作原理
机器人组装系统需要具备抓取、搬运、装配、检测的功能，这些功能都是基于PLC控制技术的基础上，通过气缸驱动作用来实现的。气缸驱动的动作主要是由PLC输出信号给电磁阀，通过电磁阀的吸合和释放带动夹具夹紧或放松。装配、检测等过程也需要PLC与机器人、视觉系统之间传递信息，通过PLC输出信号，或PLC接收信号，从而决定机器人的动作和产品检测。
5工业机器人组装系统作业流程
工业机器人组装系统主要完成对于货物的装配作业，为满足这一要求，工业机器人需要完成对于工件的抓取、搬运以及精细装配等作业，过程繁杂，因此对于工业机器人组装流水线的控制系统要求较高，PLC具有良好的抗干扰性能、稳定性以及强大的信息处理能力，因此选用PLC作为控制核心。工业机器人对于工件的抓取、搬运等动作主要依靠气缸作为动力源，PLC通过控制电磁阀的启闭，来控制气缸的前后移动，控制工业机器人机械臂与机械爪的动作。此外，在工业机器人装配控制系统中还配备了视觉系统，依托视觉系统完成对工业机器人作业流程的监控与产品检测。工业机器人装配流水线需要多台工业机器人协同运作来完成工件的装配作业，通过工业机器人控制核心PLC所具有的以太网模块将工业机器人装配流水线的多台工业机器人与上位机联系在一起，形成一个良好的控制网络，确保工业机器人流水线安全、高效运行。
6 PLC控制下的工业机器人组装系统
PLC控制下的工业机器人组装系统状况包括3个方面的内容：一是系统总体设计；二是系统结构设计；三是这一部分介绍了具体的系统应用。接下来将展开具体分析。
6.1系统总体设计
工业机器人主要由执行系统、驱动系统、控制系统、感知系统、决策系统、软件系统等几个系统部分组成，只有各个环节的系统能够有效应用，才能保障工业机器人工作的实施，完成工业机器人的各种运动。控制系统是工业机器人正常运作的关键系统，负责对机器人控制、指挥的工作。在设计中通过结合机器人的工作要求进行整体设计，就控制系统来说，主要满足以下几个方面：能够自由的进行协调和控制，以此实现高效作业；对控制的参数进行精准的展示，实现对路径的控制；具有良好的动态响应能力和实时能力；保障其可靠性、安全性、稳定性；人机界面的设计良好，操作简单易上手；保障硬件结构之间的紧凑性。
6.2系统结构设计
系统结构设计分为3个方面的内容，分别是驱动系统、控制器选择与控制系统，驱动系统一般情况下需要借助电动机来完成运行工作，工业机器人才可以完成运动；控制器的运行状况在很大程度上决定了机器人本身的性能；控制系统可以满足工业机器人的作业要求。
（1）驱动系统，一般来说工业机器人的驱动方式主要分为气压驱动、液压驱动、电气驱动三种，如表1。电气驱动系统，主要就是通过电动机产生的力矩和力，间接或者直接的驱动机器人本体，以实现机器人各种运动的执行。因此工业机器人的关节驱动电动机必须要满足最大功率质量、实现高起工转矩、保障速度的均匀平稳，更有迅速的反应能力，具有一定的可靠性和稳定性，并具有短暂的过载能力。通过上述要求的分析，进一步满足其精密度，在设计中，本文采用半闭环伺服控制系统，并且机器人各个关节的电机选用如表2所示。
表1工业机器人的驱动方式
表2
在这一系列的电机中，采用了最新的鉫铁硼材料，充分利用该材料磁性较大的优势，搭配合理的磁极、磁路、电机机构的设计，能够优化电机的性能。使用220V的电压，能够保障高加速度的稳定性，电机安装光学编码器，使用带差动线驱动数据和换向信号，24VDC抱闸器，加强环境等级防护。
（2）控制系统主要满足工业机器人在运动中对作业的要求，一般来说工业机器人就是在操作器中执行指令，并按照轨迹运动，保持预定姿势。本文通过对机器人多方面的分析，将控制系统的主要控制方式分为以下几点：①PTP控制，对运动轨迹不做规定，只是保障目标点的准确性，虽然能够便于实现，但是对精准度的体现能力不高。②CP控制，在对轨迹和速度有着一定的严格要求，并且在实行的过程中，要求各个关节同时工作。这种控制方法相对来说较为复杂，精准度较高。因此，工业机器人控制方式的应用，要根据机器人自身工作性质进行决定。控制系统主要分为非伺服控制系统和伺服控制系统。如图2、图3所示。
图2非伺服控制系统（开环）
图3伺服控制系统（开关反馈）
通过上文的分析，本文选择闭环伺服控制系统进行设计应用。伺服系统也叫做随动系统，是自动控制的一种。在实际的应用中，以机械量为控制量，在控制质量的驱动下，机械的各个部分按照指令进行运动。工业机器人在实际的应用中，最常见的两种方式就是开环和闭环，闭环以直流和交流伺服电机驱动为主，闭环系统能够检测到系统的误差，并将误差控制在0.001~0.003上下浮动区间，整个闭环环节中的误差都能够被补偿，但是这样也容易造成系统振荡，导致系统变得不稳定。所以半闭环的伺服系统的应用被人们广泛使用，并且具有较高的性能，在实际的系统要求中表现突出。
（3）控制器选择。基于PLC技术的应用，能够具有通用性，具有使用能力较强、使用范围广、可靠性较高、抗干扰能力较强等特点。并且随着PLC技术的逐渐发展，功能的指令性也逐渐加强。机器人的控制器的选择是机器人功能实现的关键。因此，加强对控制器的选择是保障机器人性能优劣的重要一环。并且PLC接线方式简单，只需要输入运动控制指令，就能够实现机器人的运动控制，在协调多轴的控制环节中，强大的网络技术，能够使机器人的控制更加精密。PLC对硬件的需求较小，可以脱离复杂的电路板进行工作。
图4工业机器人的控制系统构成
6.3基于PLC控制的工业机器人系统的应用措施
基于PLC控制的工作机器人系统的应用措施有2个方面的内容：一是完善工业机器人控制硬件设计工作；二是合理科学地运用PLC技术。接下来将展开具体分析。
（1）完善工业机器人控制硬件设计工作
工业机器人在工作的过程当中，其搬运或者装配的能力需要得到一定的关注，而这就需要引用PLC技术，才可以有更大程度地发展。在PLC技术发挥作用的情况下，各个装置之间会具有更加默契地配合，这种控制方法也会具有一定的特殊状况。具体的工作安排可以有更加详细的规定。
（2）合理科学运用PLC技术
合理科学运用PLC技术可以分为3个方面的内容：一是在工业机器人具有一定独立性的情况下，可以借助PLC技术推动工业机器人的合理发展；二是对运行工作进行一定的编制工作，然后可以引入一些未知数完成任务；三是将PLC技术应用到工业机器人系统当中，实现具体的控制，就可以完成代码工作，接下来的工作会更加顺利。
7 结语
工业机器人在工业生产制造领域中应用较多也较为广泛。随着时代的发展以及科技的进步，工业机器人借助于快速发展的科学技术能够在工业生产制造中发挥出更多、更大的作用。该文从系统总体设计、系统结构设计、系统应用这三个方面对PLC控制下工业机器人组装系统进行设计，能够不断的促进PLC控制的工业机器人组装系统研究能力的提升。
参考文献：
[1]张新亮.基于PLC控制的工业机器人系统的研究与实现[J].中国科技投资，2017（32）：321.
[2]徐蓬.基于面向工业机器人控制器的软PLC系统软件开发分析[J].科技风，2017，（26）：117.
[3]陈保帆，韩亚军．基于PLC控制生产线机器人系统设计与研究[J]．数字技术与应用，2014（03）：7-8.
[4]刘媛媛.工业机器人系统的PLC控制技术研究与设计浅谈[J].通信电源技术，2016（04）：162-163.
[5]张丰华，韩宝玲，罗庆生，等.基于PLC的新型工业码垛机器人控制系统设计[J].计算机测量与控制，2009，17（11）：2191-2193，2196.
论文作者:李润高
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：机器人论文; 工业论文; 系统论文; 控制系统论文; 技术论文; 作业论文; 工作论文; 《基层建设》2019年第16期论文;