袁云，劉煒

（江蘇省洪澤中等專業(yè)學(xué)校，江蘇淮安，223100）

1 基于PLC控制的裝配機(jī)器人總體設(shè)計

通常情況下，機(jī)器人主要由以下三部分組成：控制部分是機(jī)器人的核心組成部分，其主要功能是接收和發(fā)送信號、協(xié)調(diào)各個部分功能，控制部分的設(shè)計直接影響著機(jī)器人的操作精度和靈敏度；傳感部分的主要功能是用于反饋機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)及位置，其運(yùn)行載體是紅外傳感器，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中利用多個紅外傳感器檢測信息，并將其感受到信息遵循一定的規(guī)律和要求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的電信號或其他形式信號，從而滿足機(jī)器人系統(tǒng)中信息的存儲、處理、轉(zhuǎn)化、控制等多方面需求；機(jī)械部分是裝配機(jī)器人實現(xiàn)抓取、旋轉(zhuǎn)等功能的關(guān)鍵，機(jī)械力學(xué)為機(jī)械部分的設(shè)計提供了豐富的理論依據(jù)。圖1為本文所提出的基于PLC控制的裝配機(jī)器人總體設(shè)計。

圖1 基于PLC控制裝配機(jī)器人的總體設(shè)計

其中，以PLC控制器作為裝配機(jī)器人的控制部分，在裝配機(jī)器人運(yùn)行過程中，利用PLC控制器對伺服電機(jī)下命令，從而實現(xiàn)機(jī)器人的各種翻轉(zhuǎn)、移動、抓取等功能。此外，機(jī)器人還可以利用Wifi模塊連接控制面板，便于工作人員通過觸控面板，就能實現(xiàn)對翻轉(zhuǎn)機(jī)器人的監(jiān)控、操作和干預(yù)等諸多功能。

2 基于PLC控制的裝配機(jī)器人中機(jī)械部分設(shè)計

2.1 裝配機(jī)器人中抬升部分設(shè)計

在抬升部分設(shè)計過程中，我們使用的材料是電動機(jī)（1部）、升降板（1 個）、軸（1 根）、輪槽（4 個）、導(dǎo)軌槽（2 條）、鋼索（2條）等。首先將2個輪槽利用軸連接的電動機(jī)上，當(dāng)電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動時，就能帶動輪槽進(jìn)行運(yùn)動。接著在保持一定間距的基礎(chǔ)上，將另外2個輪槽安裝到機(jī)體頂部，為升降板與鋼索的連接提供有力支撐。然后，將2條鋼索焊接到升降板的頂部。為了給升降板提供一個固定運(yùn)動的支撐，我們將升降板嵌入到導(dǎo)軌槽中，將電動機(jī)兩邊的輪槽連接到鋼索上，依靠物理拉升力抬升車架。

圖2 裝配機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2 裝配機(jī)器人中夾取部分設(shè)計

在裝配機(jī)器人中夾取部分的設(shè)計過程中，我們使用的材料是電動機(jī)（1 部）、夾子（2 個）、軸（2 根）、齒輪（3 個）。如圖所示。首先，將1個齒輪安裝在電動機(jī)上，并與2根軸相匹配，接著將軸安裝到夾子上，當(dāng)電動機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)時，2個夾子張開饒軸轉(zhuǎn)動；當(dāng)電動機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時，2個夾子閉合抓住物件。

圖3 裝配機(jī)器人中夾取部分設(shè)計

2.3 裝配機(jī)器人中旋轉(zhuǎn)部分設(shè)計

在裝配機(jī)器人旋轉(zhuǎn)部分的設(shè)計過程中，我們使用的材料是軸（1根）和電動機(jī)（1部）。首先在升降板上鉆一小孔，小孔大小與軸大小保持一致，并將軸穿過小孔，值得注意的是在鉆孔時要留有一定的間隙以確保軸在穿過小孔后還能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；接著將電動機(jī)安裝在軸的一端上，并固定在升降板上；然后將機(jī)械爪的后部與軸的一端焊接起來，這樣當(dāng)電動機(jī)開始工作時，就能帶動軸的運(yùn)動，進(jìn)而帶動軸上的機(jī)械爪也進(jìn)行運(yùn)動，從而完成了旋轉(zhuǎn)部分的設(shè)計。

3 基于PLC控制的裝配機(jī)器人中控制部分設(shè)計

裝配機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個機(jī)電一體化的系統(tǒng)，需要保證裝配精度的前提下，在指定的時間內(nèi)完成裝配工作，同時，還需要滿足一些特殊的要求，以確保控制系統(tǒng)的安全性、通信設(shè)備的可靠性、人工操作的簡便性。本文所設(shè)計的基于PLC控制的裝配機(jī)器人，是在傳統(tǒng)機(jī)器人基礎(chǔ)上增添了“翻轉(zhuǎn)”功能，對于控制系統(tǒng)的處理上，主要采用PLC在伺服電機(jī)上的應(yīng)用，其中，伺服電機(jī)是自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行部分。同時，在裝配機(jī)器人的設(shè)計中增添了紅外傳感模塊，其主要目的是實現(xiàn)對翻轉(zhuǎn)機(jī)器人的實時定位和監(jiān)控。當(dāng)工作人員利用觸控面板下達(dá)裝配機(jī)器人運(yùn)行指令后，Wifi模塊將指令信號發(fā)送給PLC控制器，并利用紅外傳感模塊對伺服機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行初始化和實時監(jiān)控。由于在本文設(shè)計中，我們在裝配機(jī)器人的機(jī)械爪和機(jī)架上配備了多臺紅外傳感器，所以，紅外傳感器一旦檢測的車架進(jìn)入后，就會發(fā)送信號給PLC控制器，在經(jīng)過程序梯度圖計算之后，就會發(fā)送升起、下降的命令給抬升伺服電機(jī)，在接收到指令后，伺服電機(jī)開始正反轉(zhuǎn)；紅外傳感器一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)械爪與車架對齊時，就會將車架相關(guān)信息反饋給PLC控制器，開啟伸縮伺服電機(jī)，按照機(jī)械爪的前進(jìn)或后退指令進(jìn)行操作；發(fā)現(xiàn)機(jī)械爪觸碰到車架時，將車架相關(guān)信息反饋給PLC控制器，開啟抓取伺服電機(jī)，按照抓取指令進(jìn)行操作；發(fā)現(xiàn)抓取伺服電機(jī)抓取到車架后，將車架相關(guān)信息反饋給PLC控制器，PLC控制器根據(jù)信號反饋情況，開啟旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)指令進(jìn)行正反轉(zhuǎn)。此外，工作人員利用觸控面板可實現(xiàn)對裝配機(jī)器人整個運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控和操作，一旦發(fā)現(xiàn)問題，就可以直接通過Wifi模塊將停止指令發(fā)送給PLC控制器，若沒有問題，裝配機(jī)器人將會按照上述過程進(jìn)行循環(huán)操作，從而可以完成一個流水線生產(chǎn)的自動化工作流程。

3.1 裝配機(jī)器人的自檢過程

當(dāng)基于PLC控制的裝配機(jī)器人接通220V/380V的電源之后，機(jī)器人的自檢功能自動開啟，在這一過程中，紅外傳感器與PLC控制器保持通信狀態(tài)，PLC控制器同時發(fā)送指令給抬升、抓取、伸縮和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。接著，紅外傳感器將升降板位置信息和機(jī)械爪的初始狀態(tài)反饋給PLC控制器，PLC控制器在經(jīng)過程序梯度圖計算之后，將相關(guān)信息發(fā)送給伺服電機(jī)，當(dāng)伺服電機(jī)接收到PLC控制器發(fā)送的指令后，就自動運(yùn)動到指令的坐標(biāo)，開始自檢工作，自檢結(jié)束后，等待紅外傳感器對車架信息的反饋，執(zhí)行相應(yīng)的指令。

3.2 裝配機(jī)器人的運(yùn)行過程

當(dāng)紅外傳感器檢測到車架進(jìn)入工作區(qū)間后，將車架相關(guān)信息反饋給PLC控制去，PLC控制器控制抬升伺服電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，在此過程中，抬升伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)帶動鋼索運(yùn)行，使得升降板下降，當(dāng)紅外傳感器檢測到升降板與車架平行時，就會信息反饋給PLC控制器，PLC控制器發(fā)送指令使得抬升伺服機(jī)停止工作；同時PLC控制器控制伸縮伺服電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，在此過程中，伺服電機(jī)帶動機(jī)械爪向前運(yùn)行，當(dāng)紅外傳感器檢測到機(jī)械爪內(nèi)側(cè)碰撞到車架時，就會發(fā)送信息給PLC控制器，從而使得伸縮伺服機(jī)停止工作，同時，PLC控制器控制抓取伺服機(jī)正轉(zhuǎn)。

在本文所設(shè)計的基于PLC控制的裝配機(jī)器人中，為了避免因為機(jī)械爪對車架壓力過大而造成的安全隱患，所以，我們增加了“壓力傳感器”。利用壓力傳感器對機(jī)械爪對車架的壓力進(jìn)行檢測，當(dāng)壓力值超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，傳感器就會將壓力值信息反饋給PLC控制器，PLC控制器發(fā)送指令使得抓取伺服電機(jī)停止工作，然后接通抬升伺服電機(jī)，抬升伺服電機(jī)收到指令后開始反轉(zhuǎn)，拉緊鋼索帶動升降板開始進(jìn)行上升運(yùn)動，于是帶動車架離開地面。緊接著PLC控制器給旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)通電，旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，同時開始緩慢的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度逐漸地從15°變?yōu)?60°，當(dāng)?shù)竭_(dá)360°度時，旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)停止工作；最后，再次接通抬升伺服電機(jī)，抬升伺服電機(jī)收到指令后開始正轉(zhuǎn)帶動車架運(yùn)動，將其放回到地面，

結(jié)束裝配工作后，抓取伺服電機(jī)、伸縮伺服電機(jī)和抬升伺服電機(jī)同時開始運(yùn)行，但卻以不同的運(yùn)行速度發(fā)回到各自的初始位置，從而結(jié)束了整個工作流程。

4 結(jié)束語

本文提出了基于PLC控制的一種新型翻轉(zhuǎn)裝配機(jī)器人，在設(shè)計中增加多個紅外線傳感器，當(dāng)傳感器檢測到車架的相關(guān)信息后，便反饋給PLC控制器，進(jìn)而控制抬升伺服電機(jī)、伸縮伺服電機(jī)、抓取伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)進(jìn)行工作?？梢院芎玫貪M足不同車型、不同角度的加工需求，協(xié)助工作人員進(jìn)行裝配、拆卸等工作，通過改變裝配機(jī)器人的軟硬件環(huán)境，可以實現(xiàn)對機(jī)器人任意角度的控制，從而能夠有效避免傳統(tǒng)裝配機(jī)器人因鎖鏈吊轉(zhuǎn)車架和地溝作業(yè)等問題而帶來的安全風(fēng)險，同時，工作人員利用觸控面板和Wifi通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)地裝配機(jī)器人整個工作過程的監(jiān)控與管理，具有較強(qiáng)的實用價值和理論意義。但在本文的設(shè)計中依然存在幾個方面需要進(jìn)一步的完善與深入探索：第一，裝配機(jī)器人的機(jī)體雖然采用了鏤空的結(jié)構(gòu)，但是整個機(jī)體卻仍然比較笨重，靈活性和輕便性不夠，還需要進(jìn)一步的優(yōu)化，減輕機(jī)體的重量；第二，在裝配機(jī)器人的設(shè)計中，對于各項材料需精心選擇，尤其是對機(jī)械爪、升降板等材料，由于受到較大的重量，所以既要考慮其堅韌度、伸縮性等方面性質(zhì)，又要考慮其成本價格，降低裝配機(jī)器人制造成本，有利于提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。