基于PLC的新型工業(yè)碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫梅

摘要碼垛技術(shù)作為現(xiàn)代物流自動(dòng)化領(lǐng)域中的一門新技術(shù)，其隨著我國科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的更新與升級(jí)。碼垛機(jī)器人的運(yùn)用為企業(yè)節(jié)約了大量的人力，降低了企業(yè)運(yùn)營成本，提高了企業(yè)服務(wù)的效率，具有十分重要的社會(huì)意義。本文就主要分析了基于PLC的新型工業(yè)碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)碼垛機(jī)器人的工作流程和企業(yè)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出人機(jī)交互的操作界面，以提高碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，更好的滿足企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的需求。

關(guān)鍵詞碼垛機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0引言

碼垛機(jī)器人屬于新興的科技產(chǎn)品，可以有效的降低企業(yè)運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高服務(wù)質(zhì)量、優(yōu)化勞動(dòng)力等，其在企業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。工業(yè)碼垛機(jī)器人的廣泛運(yùn)用標(biāo)志著企業(yè)的自動(dòng)化水平已經(jīng)十分先進(jìn)，是企業(yè)的重要競(jìng)爭(zhēng)力體現(xiàn)。而控制系統(tǒng)作為碼垛機(jī)器人的核心，是實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)器人功能以及工作各項(xiàng)性能的前提和保障，并且在很大程度上決定著碼垛機(jī)器人的工作效率以及工作精度，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)對(duì)碼垛機(jī)器人來說相當(dāng)于它的大腦，支配著碼垛機(jī)器人的各項(xiàng)功能和性能。本文主要對(duì)碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以為相關(guān)人士提供借鑒。

1碼垛機(jī)器人簡(jiǎn)述

在以往對(duì)碼垛機(jī)器人的研究和經(jīng)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，本文認(rèn)為一款優(yōu)秀的碼垛機(jī)器人應(yīng)具有性能穩(wěn)定、功能齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、成本低廉、靈活等特點(diǎn)，所以碼垛機(jī)器人的具體設(shè)計(jì)指標(biāo)有以下幾個(gè)方面：

1.1性能參數(shù)

碼垛機(jī)器人的本身重量為1000 kg，最大抓取物的重量為60 kg，搬運(yùn)速度為30 m/min，碼垛的速度為20 次/min。

1.2工作范圍

碼垛機(jī)器人的垂直作業(yè)高度2.5 m，作業(yè)半徑2.6 m。

1.3誤差要求

連續(xù)作業(yè)的時(shí)間不低于24 h，連續(xù)作業(yè)的時(shí)間超過8 h的誤差范圍不得大于5 mm。

2碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)碼垛機(jī)器人的工作要求和整體設(shè)計(jì)指標(biāo)，碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下幾個(gè)要求：一是四軸能夠自由的進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、高效作業(yè)；二是對(duì)控制參數(shù)以示數(shù)的方式表現(xiàn)出來，以實(shí)現(xiàn)路徑控制；三是具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)力和實(shí)時(shí)能力；四是穩(wěn)定性、可靠性、安全性高；五是人機(jī)界面設(shè)計(jì)良好，方便各項(xiàng)操作；六是硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有緊湊性和可擴(kuò)展性＼[1＼]。

本文研究的碼垛機(jī)器人以橫河FA-M3 PLC作為其控制系統(tǒng)核心。橫河FA-M3 PLC具有性能好、擴(kuò)展能力強(qiáng)、功能全面、處理效率高等特點(diǎn)，其能夠?qū)崿F(xiàn)示教、外圍I/O量處理、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)等功能。碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)作業(yè)需求不同采用不同的功能模塊，其主要模塊有電源模塊、通信模塊、CPU控制模塊、數(shù)字化模塊、位置定義模塊等＼[2＼]。碼垛機(jī)器人的模塊與模塊之間有著緊密的聯(lián)系，如位置定義模塊主要是根據(jù)CPU模塊發(fā)出的信號(hào)脈沖來定義并生成位置和碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)脈沖串的數(shù)量來確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度和旋轉(zhuǎn)的速度。

值得一提的是碼垛機(jī)器人的位置是整個(gè)作業(yè)中的重點(diǎn)，一旦位置定義有誤差，則無法保證碼垛機(jī)器人的工作效率和工作質(zhì)量。本文研究的碼垛機(jī)器人位置定義模塊中具有32點(diǎn)位固定輸入以及輸出繼電器，將常用的位置控制參數(shù)固定在繼電器中，方便人員對(duì)其進(jìn)行相關(guān)操作和位置的確定。位置定義模塊有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是高精度和高速的定位控制；二是位置功能豐富；三是具有脈沖計(jì)數(shù)器；四是可以通過位置模塊的參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的測(cè)試和監(jiān)測(cè)＼[3＼]。

3碼垛機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

碼垛機(jī)器人軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是尤為關(guān)鍵的一環(huán)，軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)相互配合才能實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)器人的各項(xiàng)功能，而軟件系統(tǒng)又是實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)功能的前提和基礎(chǔ)，所以軟件系統(tǒng)對(duì)碼垛機(jī)器人的功能實(shí)現(xiàn)、功能擴(kuò)展、作業(yè)效果等都有重要的作用。根據(jù)碼垛機(jī)器人的作業(yè)特點(diǎn)，分析出碼垛機(jī)器人的軟件控制系統(tǒng)的架構(gòu)。

在碼垛機(jī)器人的軟件結(jié)構(gòu)中，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)和代碼編寫可采用觸摸屏自帶編寫軟件，該軟件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易懂、操作簡(jiǎn)便，適合于工業(yè)環(huán)境的碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成本低，性能穩(wěn)定可靠。設(shè)計(jì)的主要模塊有初始化模塊、監(jiān)控模塊、示教模塊、文件處理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、位置控制模塊、軌跡規(guī)劃模塊、速度控制模塊、手動(dòng)控制模塊、原點(diǎn)搜索模塊等＼[4＼]。

初始化模塊的功能是負(fù)責(zé)碼垛機(jī)器人整個(gè)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)，將所有程序初始化，并檢測(cè)各個(gè)模塊是否正常，是否能夠進(jìn)行正常的作業(yè)，如果有的模塊無法正常工作，會(huì)給予相應(yīng)的警示并對(duì)問題故障模塊進(jìn)行顯示＼[5＼]。

監(jiān)控模塊的功能是監(jiān)測(cè)碼垛機(jī)器人的工作情況，并顯示出當(dāng)前碼垛機(jī)器人的工作狀態(tài)。

示教模塊的功能是生成碼垛機(jī)器人位置參數(shù)，形成指示的文件以供操作人員參考。

文件處理模塊的功能是管理關(guān)于碼垛機(jī)器人的所有文件，如文件的查看、調(diào)用、修改、增加、刪除等。

參數(shù)設(shè)置模塊的功能是人員通過該模塊實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)器人的參數(shù)控制，人員還可以通過該模塊實(shí)現(xiàn)可調(diào)參數(shù)的設(shè)置和I/O系統(tǒng)的管理與設(shè)置。

（1）位置控制模塊的主要功能是幫助碼垛機(jī)器人準(zhǔn)確的定位；

（2）軌跡規(guī)劃模塊的功能是完成機(jī)器人的各種軌跡規(guī)劃；

（3）速度控制模塊的功能是對(duì)機(jī)器人的作業(yè)速度進(jìn)行控制。

4結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，碼垛機(jī)器人的應(yīng)用也越來越廣泛，將為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要分析碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研究了碼垛機(jī)器人的軟件和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以期在未來能夠設(shè)計(jì)出性能更高、安全性與穩(wěn)定性更好的碼垛機(jī)器人。

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