41)基于PLC的工业机器人

在工业自动化领域，可编程控制器（PLC）、机器人和CAD称为自动控制的三大技术支柱，在现代工业中发挥着重大的作用，目前工业机器人由设计开发到应用已经相当普及且绝大部分采用交流伺服驱动系统，控制器往往采用基于PC或者DSP的嵌入式控制器。但是，随着PLC技术的快速发展，特别是运动控制和网络功能的加强，PLC已经能够实现对机器人的控制，因此基于PLC控制的工业机器人系统进行研究并实现运动控制是十分必要的。

工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，1962年美国Unimation公司的第一台工业机器人在美国通用汽车公司投入使用，这标志着第一代机器人的诞生，从此，工业机器人技术不断进步，产品不断改进和完善，逐步发展形成了第一代可编程控制示教再现型工业机器人及其技术，进入20世纪80年代，工业机器人的制造形成产业，并被广泛用于制造行业。

工业机器人是典型的机电一体化的搞技术产品，在许多生产领域对提高生产的自动化水平，提高劳动生产率、产品质量、经济效益及改善工人作业条件等方面起到不可替代的作用，目前，随着科学和技术的进步，工业机器人正向第三代智能型工业机器人发展，其特点是能高度自适应不同的作业环境，具有自主学习和决策控制能力。

我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的实用化期。在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科学攻关，目前已经基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，胜寒了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运灯机器人，其中有130度台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用。弧焊机器人以应用在汽车制造厂的焊装先线上。哈尔滨工业大学和沈阳自动糊所自1995年4月开始设计、制造HT-100A点焊机器人，1996年7月15日完成，1998年2页第一台上线应用于解放牌卡车的后风窗点焊，1998年5月第二胎上线应用于红旗轿车焊接线上。由哈尔滨工业大学机器人研究所研制的便携式机器人，可是吸纳六自由度弧焊机器人的全部功能，同时可作为通用机器人完成其他工作，可任意位置安装，机器人本体自重30KG，便于携带。险些是机器人可以作为一个流动的焊接机器人道不同场所进行作业，特别是在一些工作空间狭小，周薇环境恶劣，人工无法作业的地方。目前，示教再现性机器人已经成熟，并在工厂中推广应用[1]。
1.1  设计任务要求

本课题主要介绍了工业机器人控制系统的工艺过程，以及PLC在该系统中相结合的控制应用，本课题采用欧姆龙小型机CP1H控制器，主要由PLC设计程序，组态监控测试。

主要设计任务为抓取机器人的基本抓取任务，主要包括机械手的上升、下降、左行、右行、夹紧、自动单周期、自动连续、手动上升、手动下降、手动夹紧、放松以及运行指示。基本要求有：

（1）需要完成有关题目的PLC程序（工艺较复杂的地方可以做一些合理化的简化）。

（2）利用组态软件实现上位机监控系统的开发。

（3）要求用欧姆龙PLC（型号为CP1H-XA40DE-A）。

（4）要求在实验室将程序下载到PLC中运行，并与组态实现通信。

（5）论文字数在8000-10000字之间，困问正文要求做到客观真切，准确完备，合乎逻辑。层次分明，主要由方案设计、电路设计、软件设计灯部分组成。
1.2  系统的工作原理

本设计中的工业机器人为多关节型机器人，传动方式使用交流电机驱动。从图1.1中可以看到，本设计的工业机器人的主体类似于人得上臂，具有三个关节，以及一条运行轨道，第一个关节可以顺时针旋转，最大45度；第二个关节可以逆时针旋转，最大45度。这两个关节同时旋转45度，就使机械抓手位置垂直上升√2/2（手臂一长度+手臂二长度）的距离，在通过对关节三，也就是机械抓手的控制，达到将制定物体抓起的目的，这样可以避免在传送过程中出现磕碰或者与传送带不同步导致的摩擦，可以对运送物体起到保护作用。将物体抓起后，启动轨道电机，使整条机械手臂在轨道上运行，达到将物体运送到指定位置的作用。工业机器人右侧有物体传送带，用于将所需物料传送到机械手臂可以抓取的位置，方便机器人抓取。左侧有纸箱，机器人将指定物体放入纸箱内，然后通过纸箱下方的传送带将装满的纸箱运送到下一个环节进行包装。工业机器人在两条传送带之间往返运送，达到自动化效果。



2.2.3  控制系统流程图

程序流程图如图2.2所示。当程序开始运行，首先需要判断此时是处于手动还是自动状态，当处于手动状态，可以根据面板上手动控制区的按钮对工业机器人进行控制，包括左行、右行、上升、下降等操作。当处于自动状态，程序首先将工业机器人回复到原点位置，然后抓取物料并抬起手臂，向左侧移动到指定位置，然后将手臂放下，松开机械抓手，使物料落入纸箱中，然后抬起手臂恢复到初始位置，判断是否继续，如果继续，则继续循环。如果不继续，则程序结束。

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