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摘要：在现代科学技术不断发展的背景之下，工业生产所涉及到的重体力劳动量不断提升，因此为了良好的完成相关工业生产作业任务，就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现。基于PLC的机器人装置主要采取关节式结构，能够模拟人体手臂部分的活动动作，在自动控制系统下的预定程序、轨迹、以及要求作用下，实现包括零部件抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作。
关键词：PLC；机器人；自动控制系统设计
1.PLC控制工业机器人系统的功能
机器人被广泛应用在专用机床及自动化生产线上，主要被用来搬取以及装卸零件，以实现生产的自动化。基于PLC的机器人自动控制系统是现今提出的一个机器人控制探究方向，考虑PLC的主要原因是PLC的可调整性以及可控制性较强，是采用编程、输入指令的方式控制，操作相对简单，运行复杂性较低，安全性稳定性相对较高，基于PLC编程基础下的机器人自动控制系统设计结果直接具备PLC的优势，实用性较高，操作要求较低，运行连续性以及运行可靠性高，这对于机器人自动控制系统的进一步发展较为有利，有实际的促进作用。
2.基于PLC的工业机器人系统设计要点
2.1控制系统硬件设计
基于PLC的机器人装置包括抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作均需要在气缸驱动作用之下实现。而电磁阀部件作为控制气缸驱动动作的最主要部件，通过操作开关（以按钮开关或者是定位开关）的方式来实现。在整个机器人装置结构当中，通常设置有两个工作台。在操作过程中，被加工工件自初始位置达到1#工作台，将待操作工件传输至2#工作台，进而再次回到1#工作台，完成对下一工件的操作。
机器人装置自初始位置，手腕向下移动，操作手指夹紧1#工作台上待操作的工件，进而对其进行上行移动。到位之后，机器人手指、手腕在手臂引导下沿右侧轨迹移动，移动至预定位置后再次沿下行轨迹移动，最后控制机器人装置手指放松，并将该工件放置于2#工作台当中。再次回到1#工作台的动作顺序与上述流程相反，进而实现一个完整的工作周期循环。整个机器人自动控制装置的最突出特点在于：能够同时适用于手动型、以及连续型的操作控制方式。当中设计的核心就在于操作PLC完成的输入点/输出点的分配工作。
2.2控制系统软件设计
2.2.1在有关机器人程序初始化处理过程当中，基于PLC的机器人装置在上电状态下需要完成一系列的初始化操作动作。其主要目的在于准备后续动作的实施，防止机器人自动控制系统装置因直接投入运行而出现的误动动作。在初始化程序操作指令的编程方面，选取初始状态ISL指令，以此种方式达到简化编程步骤的目的。
2.2.2在有关机器人自动控制系统手动运行模式的设计过程当中，分别控制手动按钮所对应的机器人手指、手臂、手腕动作。手动运行模式主要应用于对机器人装置的维修以及调整过程当中。首先，需要将开关置于手动开关模式当中，通过对手指部件的接通，下降机械手臂，并以同样的方式完成机器人手臂、手腕、手指各项移动、松紧操作。为了保障系统的安全稳定运行，程序设计当中还需要设置必要的联锁保护。
2.2.3在有关机器人自动控制系统自动运行模式的设计过程当中，需要以机器人装置的基本工作过程为依据，确定各相关动作相互之间的对应关系。当机器人装置处于初始状态，并检测到工作台存在待处理工件的情况下，展开自动控制动作。
3.基于PLC的工业码垛机器人系统设计实例分析
工业码垛机器人属于典型的机电一体化高科技产品，其中控制系统是工业码垛机器人最为重要的组成部分，对机器人码垛功能的实现及作业性能的保障起着至关重要的作用。下面，本节主要探讨一种基于PLC控制的工业机器人系统设计，该控制系统以触摸屏为人机交互界面，以横河FA- M3 PLC为控制系统核心。
该工业码垛机器人采用平衡吊机构形式，具有结构简单、使用方便、维护节省的优点。该机器的基本性能参数如下：
①本体质量：1000kg；最大抓取质量：60kg；搬运速度：30m/min；堆码速度：20次/min。
②工作范围：水平作业半径为2.5m，垂直作业高度为2.4m。
③连续运转时间不小于24h，连续运转8h累积误差不超过±5mm。
3.1硬件设计
由于该工业码垛机器人控制系统的核心是横河FA-M3 PLC。该PLC功能多、性能好、处理速度快和扩展能力强，主要完成伺服电机驱动、示教功能及其它外围I/O量的处理等任务。FA-M3 PLC采用模块化设计，可根据不同任务需求采用不同的模块。本机器人控制系统需要采用：电源模块、CPU模块、数字量模块、位置控制模块和通信模块等。其中位置控制模块F3NC34根据来自CPU模块的命令，生成位置定位用的轨迹，以脉冲串的形式输出位置命令值。按照输出脉冲串的数量指定电机的旋转角度，按照频率指定电机的旋转速度，同时接收编码器的反馈值，构成闭环控制。码垛机器人位置控制原理如图1所示。
图1 位置模块运行原理示意图
3.2控制系统软件设计
人机交互软件的编写采用触摸屏自带编写软件，界面通俗易懂，适合工厂化环境使用，且成本低廉。各模块功能如下：
初始化模块：负责码垛机器人控制系统启动和程序初始化，监测控制系统各单元是否工作正常并及时反馈；
示教模块：完成机器人的位置示教，生成示教指令文件；
监控模块：监控机器人的工作，显示机器人的工作状态；
文件处理模块：管理各种文件，包括文件的调用、改名和删除、复制等；
参数设置模块：进行机器人控制参数以及机器人结构参数等可调参数的设置、控制系统I/O的设置和管理。
结束语：总之，采用PLC设计的机器人自动控制系统，改变了以往繁琐的接线过程，将其进行了简化，不仅节省了空间，也降低了装置发生故障的可能性，使设备能够更加稳定的运行，并且后期的维护也较为方便，大大提高了劳动生产率，使各个动作间可以自由的转换，能够满足各种生产的需要。
参考文献
[1]刘旭，马晓彬.利用PLC实现工业机器人的自动控制[J].建筑工程技术与设计.2014.
[2]秘建萍，陈海涛.基于PLC机械手自动控制系统的探究[J].城市建设理论研究.2016.
[3]赵轶.基于PLC的机器人自动控制系统的设计探讨[J].硅谷.2013.
论文作者:冯亦亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：机器人论文; 模块论文; 装置论文; 控制系统论文; 操作论文; 动作论文; 自动控制系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;