可編程控制器在機(jī)器人手中的應(yīng)用

嚴(yán)永帥

【摘 要】在利用機(jī)器人進(jìn)行工件表面打磨作業(yè)時(shí)，往往需要根據(jù)打磨狀態(tài)（接觸力、電機(jī)扭矩等）的反饋情況，對(duì)機(jī)器人軌跡誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到等厚度打磨的目的。如果磨削厚度過(guò)深，會(huì)損壞工件或機(jī)器人;如果磨削厚度過(guò)淺，達(dá)不到工件表面處理的要求;因此如何控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)等厚打磨，對(duì)保證工件表面加工質(zhì)量有著非常重要的意義。本文對(duì)可編程控制器在機(jī)器人手中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器;機(jī)器人;應(yīng)用

引言

機(jī)器人是由機(jī)械設(shè)計(jì)和加工、仿生學(xué)、人工智能和計(jì)算機(jī)控制等多種學(xué)科所形成的綜合應(yīng)用，屬于機(jī)器人研究的熱點(diǎn)方向，也是未來(lái)機(jī)器人重點(diǎn)發(fā)展方向之一。在培養(yǎng)具有“創(chuàng)新和企業(yè)家精神工程師”的時(shí)代，機(jī)器人是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的載體，也是工業(yè)化和信息化深度融合及機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械控制、測(cè)試技術(shù)等多門學(xué)科融合的載體。

1控制目標(biāo)描述

當(dāng)機(jī)器人末端的TCP沿規(guī)劃軌跡運(yùn)行時(shí)，砂輪有可能磨削不到材料，也有可能磨削過(guò)深的材料。當(dāng)砂輪尺寸給定后，不同的磨削厚度會(huì)對(duì)應(yīng)著不同的打磨電機(jī)輸出扭矩，因此，當(dāng)保持打磨電機(jī)輸出扭矩恒定時(shí)，也同樣會(huì)對(duì)應(yīng)著恒定的磨削厚度。據(jù)此分析，可將對(duì)磨削厚度的控制，也即對(duì)規(guī)劃TCP實(shí)時(shí)追蹤實(shí)標(biāo)目標(biāo)TCP的控制，轉(zhuǎn)化為對(duì)打磨電機(jī)輸出扭矩的控制。

2可編程控制器概念

可編程控制器是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，其設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)基礎(chǔ)部件是通用計(jì)算機(jī)本身，且具有控制微處理器的能力?？删幊炭刂破骺赏ㄟ^(guò)直接利用其微計(jì)算器的多種處理技術(shù)，對(duì)各個(gè)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算、定時(shí)和自動(dòng)控制，使可編程控制器能夠按照使用人的實(shí)際需求自動(dòng)完成各種設(shè)備的運(yùn)行?？删幊炭刂破髯畛醯幕究刂颇芰H包括邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)以及順序控制等幾個(gè)基本功能，而目前的各種可編程控制器均隨著科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展、升級(jí)和逐步完善，擁有了更多的實(shí)用功能，能有效滿足包括現(xiàn)代家庭企業(yè)自動(dòng)化管理應(yīng)用、公共事業(yè)管理應(yīng)用以及現(xiàn)代商業(yè)和民用工業(yè)等在內(nèi)的多個(gè)不同應(yīng)用領(lǐng)域的巨大應(yīng)用需求，為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ魈峁└鄻拥谋憷?，也在社?huì)經(jīng)濟(jì)自動(dòng)化和工業(yè)智能化發(fā)展中發(fā)揮著極大的技術(shù)推動(dòng)作用。

3可編程控制器組成

站在可編程控制器部分下，其中按照結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行劃分，主要涵蓋整體固定型、模塊型以及集成型、基本單元擴(kuò)展型。針對(duì)其內(nèi)部核心部分，詳細(xì)可以從以下幾方面進(jìn)行分析：第一CPU。在整體可編程控制器部分下，其中最核心的部分就是CPU，作為該設(shè)備的中心處理單元，要想能夠確?？删幊炭刂破鬟\(yùn)行過(guò)程更具穩(wěn)定性的狀態(tài)，那么就必須對(duì)CPU核心處理部分提高認(rèn)識(shí)。通常情況下，在人員進(jìn)行使用當(dāng)中，主要就是借助CPU中央處理器，實(shí)現(xiàn)可編程控制器核心性能得以凸顯的效果。最為關(guān)鍵的是，也能夠很好的對(duì)定時(shí)器、電路、輸入輸出端口、儲(chǔ)存器等功能狀態(tài)以及錯(cuò)誤報(bào)告進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，鑒于體現(xiàn)出一定復(fù)雜性的可編程控制器，此時(shí)人員也可以融合雙CPU或者三CPU來(lái)進(jìn)一步穩(wěn)定系統(tǒng);第二儲(chǔ)存器。面對(duì)不同的儲(chǔ)存對(duì)象，此時(shí)可以將儲(chǔ)存器劃分為用戶程序儲(chǔ)存器、系統(tǒng)程序儲(chǔ)存器以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器;第三輸出輸入端口。該項(xiàng)組成部分主要是對(duì)輸出輸入端口所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換，同時(shí)將其傳遞給可編程控制器系統(tǒng)?？傊?，從可編程控制器部分下進(jìn)行研究，本質(zhì)上隸屬于一種電子系統(tǒng)，在我國(guó)工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域人士使用過(guò)程中，就能夠融合數(shù)字運(yùn)算操作形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境合理化的設(shè)計(jì)以及實(shí)施等的操作結(jié)果。

4機(jī)械手

4.1機(jī)械手概念

機(jī)器人一般是由機(jī)器體、控制器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器組成，它能夠做一些類似人的操作，能夠完成各種自動(dòng)化的作業(yè)操作的設(shè)備。它對(duì)于提高工作效率、保證工作質(zhì)量和改善勞動(dòng)條件起到了非常關(guān)鍵性的作用?，F(xiàn)在衡量一個(gè)國(guó)家的自動(dòng)化水平，機(jī)器人的生產(chǎn)應(yīng)用的發(fā)展情況是很關(guān)鍵的部分。在生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手能夠有效地提高生產(chǎn)的水平，節(jié)約勞動(dòng)成本，保證生產(chǎn)安全，尤其是在惡劣的環(huán)境中，人為操作危險(xiǎn)的時(shí)候，機(jī)械手能夠起到很好的代替作用。所以在焊接、鍛造、機(jī)械加工等重要的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)具有更廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手也分為各種類型，如液壓機(jī)械手、氣壓機(jī)械手等。液壓機(jī)械手是通過(guò)液壓油提供動(dòng)力執(zhí)行各種動(dòng)作。液壓機(jī)械手動(dòng)作較慢、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、力量很大。氣壓機(jī)械手由氣壓傳動(dòng)，氣源方便、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維修方便。但難以進(jìn)行速度控制。

4.2控制系統(tǒng)

機(jī)械手根據(jù)相應(yīng)指令對(duì)應(yīng)做相關(guān)的操作時(shí)都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)完成的。程序控制和電氣定位兩個(gè)系統(tǒng)共同構(gòu)成了當(dāng)前最普遍的工業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手。本文介紹的機(jī)械手控制程序是由PLC構(gòu)成，用PLC來(lái)支配整個(gè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)程序，同時(shí)存儲(chǔ)相應(yīng)的指令去按照系統(tǒng)發(fā)出的指令信息執(zhí)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，PLC還可以監(jiān)視機(jī)械手的動(dòng)作，如果當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)或存在故障的時(shí)候PLC可以對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視并發(fā)出警告。

5機(jī)械手軟件設(shè)計(jì)

5.1軟件設(shè)計(jì)流程

機(jī)械手的工作流程一般依照以下順序執(zhí)行：拿、運(yùn)、放與恢復(fù)原始狀態(tài)。機(jī)械手的手臂在伸出到指定位置時(shí)，傳感器在檢測(cè)到相應(yīng)位置，手指松開，然后手臂下沉到最低位置，收緊手指手抓，這個(gè)整個(gè)過(guò)程大約耗時(shí)1秒鐘，到這個(gè)過(guò)程結(jié)束后，整個(gè)抓取工作完成。

5.2抗干擾設(shè)計(jì)

在整個(gè)工業(yè)電磁環(huán)境中，為了確保機(jī)械手的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)該避免或者少受電磁造成的干擾，為了避免干擾就需要對(duì)設(shè)計(jì)做出有效的抑制操作，抑制干擾源或者隔斷傳播的渠道來(lái)增強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行抗干擾能力是當(dāng)前大多數(shù)設(shè)備的抗干擾途徑的有效方式。

6可編程控制器的未來(lái)發(fā)展方向

隨著可編程控制器的不斷改進(jìn)與發(fā)展，其在人們的日常生活和各領(lǐng)域工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。例如，可編程智能控制器在建筑自動(dòng)化新型樓宇機(jī)電照明控制系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)及其輸變電控制系統(tǒng)等遠(yuǎn)程控制方面均得到了有效應(yīng)用，不僅能夠?qū)@些新型樓宇機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行有效遠(yuǎn)程控制，而且能夠?qū)υ撓到y(tǒng)的所有功能狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)密遠(yuǎn)程監(jiān)察和實(shí)時(shí)檢測(cè)，除了能有效使樓宇機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)能源利用的消耗成本顯著降低，還能夠大大提高樓宇機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)投資的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代電子技術(shù)不斷快速發(fā)展的大背景下，電子產(chǎn)品發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，人們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫碾姳?、洗衣機(jī)及中央空調(diào)等均可以通過(guò)各種可編程電子控制器系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。例如，自動(dòng)洗衣機(jī)在日常運(yùn)行過(guò)程中，可編程自動(dòng)控制器系統(tǒng)能夠?qū)ψ詣?dòng)洗衣機(jī)的啟動(dòng)、進(jìn)水、清洗、脫水及自動(dòng)排水等各功能過(guò)程進(jìn)行有效編程控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)洗衣機(jī)的全過(guò)程自動(dòng)化。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)PI控制器對(duì)打磨電機(jī)設(shè)定扭矩進(jìn)行追蹤，調(diào)整機(jī)器人TCP，間接地調(diào)控打磨厚度，實(shí)現(xiàn)了等厚度打磨;改善了打磨過(guò)程中打磨電機(jī)空載或過(guò)載的現(xiàn)象，提高了機(jī)器人打磨在未知環(huán)境下的適應(yīng)性和魯棒性。

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（作者單位：河南工學(xué)院智能工程學(xué)院）