可编程控制器在机器人手中的应用

严永帅

【摘 要】在利用机器人进行工件表面打磨作业时，往往需要根据打磨状态（接触力、电机扭矩等）的反馈情况，对机器人轨迹误差进行补偿，以达到等厚度打磨的目的。如果磨削厚度过深，会损坏工件或机器人;如果磨削厚度过浅，达不到工件表面处理的要求;因此如何控制机器人实现等厚打磨，对保证工件表面加工质量有着非常重要的意义。本文对可编程控制器在机器人手中的应用进行分析，以供参考。

【关键词】可编程控制器;机器人;应用

引言

机器人是由機械设计和加工、仿生学、人工智能和计算机控制等多种学科所形成的综合应用，属于机器人研究的热点方向，也是未来机器人重点发展方向之一。在培养具有“创新和企业家精神工程师”的时代，机器人是培养学生创新意识的载体，也是工业化和信息化深度融合及机械设计基础、机械控制、测试技术等多门学科融合的载体。

1控制目标描述

当机器人末端的TCP沿规划轨迹运行时，砂轮有可能磨削不到材料，也有可能磨削过深的材料。当砂轮尺寸给定后，不同的磨削厚度会对应着不同的打磨电机输出扭矩，因此，当保持打磨电机输出扭矩恒定时，也同样会对应着恒定的磨削厚度。据此分析，可将对磨削厚度的控制，也即对规划TCP实时追踪实标目标TCP的控制，转化为对打磨电机输出扭矩的控制。

2可编程控制器概念

可编程控制器是一种新型的通用自动化控制装置，其设计时的一个基础部件是通用计算机本身，且具有控制微处理器的能力。可编程控制器可通过直接利用其微计算器的多种处理技术，对各个设备的实际运行情况进行自动计算、定时和自动控制，使可编程控制器能够按照使用人的实际需求自动完成各种设备的运行。可编程控制器最初的基本控制能力仅包括逻辑运算、计数以及顺序控制等几个基本功能，而目前的各种可编程控制器均随着科学信息技术的不断发展、升级和逐步完善，拥有了更多的实用功能，能有效满足包括现代家庭企业自动化管理应用、公共事业管理应用以及现代商业和民用工业等在内的多个不同应用领域的巨大应用需求，为人们日常生活和工作提供更多样的便利，也在社会经济自动化和工业智能化发展中发挥着极大的技术推动作用。

3可编程控制器组成

站在可编程控制器部分下，其中按照结构构造进行划分，主要涵盖整体固定型、模块型以及集成型、基本单元扩展型。针对其内部核心部分，详细可以从以下几方面进行分析：第一CPU。在整体可编程控制器部分下，其中最核心的部分就是CPU，作为该设备的中心处理单元，要想能够确保可编程控制器运行过程更具稳定性的状态，那么就必须对CPU核心处理部分提高认识。通常情况下，在人员进行使用当中，主要就是借助CPU中央处理器，实现可编程控制器核心性能得以凸显的效果。最为关键的是，也能够很好的对定时器、电路、输入输出端口、储存器等功能状态以及错误报告进行准确的分析，鉴于体现出一定复杂性的可编程控制器，此时人员也可以融合双CPU或者三CPU来进一步稳定系统;第二储存器。面对不同的储存对象，此时可以将储存器划分为用户程序储存器、系统程序储存器以及数据储存器;第三输出输入端口。该项组成部分主要是对输出输入端口所接收的数字信号进行进一步的转换，同时将其传递给可编程控制器系统。总之，从可编程控制器部分下进行研究，本质上隶属于一种电子系统，在我国工业行业领域人士使用过程中，就能够融合数字运算操作形式，实现对企业生产环境合理化的设计以及实施等的操作结果。

4机械手

4.1机械手概念

机器人一般是由机器体、控制器、驱动器、传感器组成，它能够做一些类似人的操作，能够完成各种自动化的作业操作的设备。它对于提高工作效率、保证工作质量和改善劳动条件起到了非常关键性的作用。现在衡量一个国家的自动化水平，机器人的生产应用的发展情况是很关键的部分。在生产中应用机械手能够有效地提高生产的水平，节约劳动成本，保证生产安全，尤其是在恶劣的环境中，人为操作危险的时候，机械手能够起到很好的代替作用。所以在焊接、锻造、机械加工等重要的工业生产中已经具有更广泛的应用。机械手也分为各种类型，如液压机械手、气压机械手等。液压机械手是通过液压油提供动力执行各种动作。液压机械手动作较慢、运转平稳、力量很大。气压机械手由气压传动，气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制。

4.2控制系统

机械手根据相应指令对应做相关的操作时都是通过控制系统来完成的。程序控制和电气定位两个系统共同构成了当前最普遍的工业应用的机械手。本文介绍的机械手控制程序是由PLC构成，用PLC来支配整个机械手的运动程序，同时存储相应的指令去按照系统发出的指令信息执行对应的动作，PLC还可以监视机械手的动作，如果当机械手的动作出现错误时或存在故障的时候PLC可以对机械手的动作进行监视并发出警告。

5机械手软件设计

5.1软件设计流程

机械手的工作流程一般依照以下顺序执行：拿、运、放与恢复原始状态。机械手的手臂在伸出到指定位置时，传感器在检测到相应位置，手指松开，然后手臂下沉到最低位置，收紧手指手抓，这个整个过程大约耗时1秒钟，到这个过程结束后，整个抓取工作完成。

5.2抗干扰设计

在整个工业电磁环境中，为了确保机械手的正常运转，应该避免或者少受电磁造成的干扰，为了避免干扰就需要对设计做出有效的抑制操作，抑制干扰源或者隔断传播的渠道来增强设备的运行抗干扰能力是当前大多数设备的抗干扰途径的有效方式。

6可编程控制器的未来发展方向

随着可编程控制器的不断改进与发展，其在人们的日常生活和各领域工业中的应用越来越广泛。例如，可编程智能控制器在建筑自动化新型楼宇机电照明控制系统、水循环系统及其输变电控制系统等远程控制方面均得到了有效应用，不仅能够对这些新型楼宇机电系统设备进行有效远程控制，而且能够对该系统的所有功能状态进行严密远程监察和实时检测，除了能有效使楼宇机电设备生产能源利用的消耗成本显著降低，还能够大大提高楼宇机电设备生产投资的经济效益。在现代电子技术不断快速发展的大背景下，电子产品发展呈现出多样化的发展状态，人们日常生活中所使用的电冰箱、洗衣机及中央空调等均可以通过各种可编程电子控制器系统进行自动控制。例如，自动洗衣机在日常运行过程中，可编程自动控制器系统能够对自动洗衣机的启动、进水、清洗、脱水及自动排水等各功能过程进行有效编程控制，以实现自动洗衣机的全过程自动化。

结束语

通过PI控制器对打磨电机设定扭矩进行追踪，调整机器人TCP，间接地调控打磨厚度，实现了等厚度打磨;改善了打磨过程中打磨电机空载或过载的现象，提高了机器人打磨在未知环境下的适应性和鲁棒性。

参考文献：

[1]王三秀.多关节机器人鲁棒跟踪控制策略研究[D].浙江工业大学，2019.

[2]谭伯龙.面向工业机器人控制器的软PLC系统软件开发[D].东南大学，2018.

[3]周扬.双臂机器人的控制系统建立及阻抗控制研究[D].哈尔滨工业大学，2018.

[4]叶锦华.不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究[D].华南理工大学，2018.

（作者单位：河南工学院智能工程学院）