孫梅

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

關鍵詞碼垛機器人PLC控制系統(tǒng)設計

0引言

碼垛機器人屬于新興的科技產(chǎn)品，可以有效的降低企業(yè)運營成本、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高服務質(zhì)量、優(yōu)化勞動力等，其在企業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了堅實的基礎。工業(yè)碼垛機器人的廣泛運用標志著企業(yè)的自動化水平已經(jīng)十分先進，是企業(yè)的重要競爭力體現(xiàn)。而控制系統(tǒng)作為碼垛機器人的核心，是實現(xiàn)碼垛機器人功能以及工作各項性能的前提和保障，并且在很大程度上決定著碼垛機器人的工作效率以及工作精度，因為控制系統(tǒng)對碼垛機器人來說相當于它的大腦，支配著碼垛機器人的各項功能和性能。本文主要對碼垛機器人的控制系統(tǒng)設計進行了分析，以為相關人士提供借鑒。

1碼垛機器人簡述

在以往對碼垛機器人的研究和經(jīng)驗分析的基礎上，本文認為一款優(yōu)秀的碼垛機器人應具有性能穩(wěn)定、功能齊全、結(jié)構簡單、操作簡單、成本低廉、靈活等特點，所以碼垛機器人的具體設計指標有以下幾個方面：

1.1性能參數(shù)

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

1.2工作范圍

碼垛機器人的垂直作業(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)的時間不低于24 h，連續(xù)作業(yè)的時間超過8 h的誤差范圍不得大于5 mm。

2碼垛機器人控制系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)碼垛機器人的工作要求和整體設計指標，碼垛機器人的控制系統(tǒng)應該滿足以下幾個要求：一是四軸能夠自由的進行協(xié)調(diào)和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、高效作業(yè)；二是對控制參數(shù)以示數(shù)的方式表現(xiàn)出來，以實現(xiàn)路徑控制；三是具有良好的動態(tài)響應力和實時能力；四是穩(wěn)定性、可靠性、安全性高；五是人機界面設計良好，方便各項操作；六是硬件系統(tǒng)結(jié)構具有緊湊性和可擴展性＼[1＼]。

本文研究的碼垛機器人以橫河FA-M3 PLC作為其控制系統(tǒng)核心。橫河FA-M3 PLC具有性能好、擴展能力強、功能全面、處理效率高等特點，其能夠?qū)崿F(xiàn)示教、外圍I/O量處理、伺服電機驅(qū)動等功能。碼垛機器人的控制系統(tǒng)采用模塊化設計，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)出的信號脈沖來定義并生成位置和碼垛機器人的運動軌跡，根據(jù)脈沖串的數(shù)量來確定電機旋轉(zhuǎn)的角度和旋轉(zhuǎn)的速度。

值得一提的是碼垛機器人的位置是整個作業(yè)中的重點，一旦位置定義有誤差，則無法保證碼垛機器人的工作效率和工作質(zhì)量。本文研究的碼垛機器人位置定義模塊中具有32點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，方便人員對其進行相關操作和位置的確定。位置定義模塊有以下幾個特點：一是高精度和高速的定位控制；二是位置功能豐富；三是具有脈沖計數(shù)器；四是可以通過位置模塊的參數(shù)設定實現(xiàn)動作的測試和監(jiān)測＼[3＼]。

3碼垛機器人軟件系統(tǒng)設計

碼垛機器人軟件系統(tǒng)的設計是尤為關鍵的一環(huán)，軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)相互配合才能實現(xiàn)碼垛機器人的各項功能，而軟件系統(tǒng)又是實現(xiàn)硬件系統(tǒng)功能的前提和基礎，所以軟件系統(tǒng)對碼垛機器人的功能實現(xiàn)、功能擴展、作業(yè)效果等都有重要的作用。根據(jù)碼垛機器人的作業(yè)特點，分析出碼垛機器人的軟件控制系統(tǒng)的架構。

在碼垛機器人的軟件結(jié)構中，人機交互界面的設計和代碼編寫可采用觸摸屏自帶編寫軟件，該軟件的設計特點是簡單易懂、操作簡便，適合于工業(yè)環(huán)境的碼垛機器人設計，設計成本低，性能穩(wěn)定可靠。設計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)設置模塊、位置控制模塊、軌跡規(guī)劃模塊、速度控制模塊、手動控制模塊、原點搜索模塊等＼[4＼]。

初始化模塊的功能是負責碼垛機器人整個控制系統(tǒng)的啟動，將所有程序初始化，并檢測各個模塊是否正常，是否能夠進行正常的作業(yè)，如果有的模塊無法正常工作，會給予相應的警示并對問題故障模塊進行顯示＼[5＼]。

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

示教模塊的功能是生成碼垛機器人位置參數(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于碼垛機器人的所有文件，如文件的查看、調(diào)用、修改、增加、刪除等。

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

（1）位置控制模塊的主要功能是幫助碼垛機器人準確的定位；

（2）軌跡規(guī)劃模塊的功能是完成機器人的各種軌跡規(guī)劃；

（3）速度控制模塊的功能是對機器人的作業(yè)速度進行控制。

4結(jié)束語

隨著科學技術的進步，碼垛機器人的應用也越來越廣泛，將為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。本文主要分析碼垛機器人的控制系統(tǒng)設計，研究了碼垛機器人的軟件和硬件系統(tǒng)的設計，以期在未來能夠設計出性能更高、安全性與穩(wěn)定性更好的碼垛機器人。

參考文獻：

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