基于PLC的工業(yè)機械手控制分析

摘 要：將PLC技術(shù)與工業(yè)機械手的控制相結(jié)合，能夠有效促進工業(yè)機械手運行控制效率與準確性提升，構(gòu)建自動化控制模式，從而更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。對基于PLC的工業(yè)機械手控制方面進行深入地研究與分析，并結(jié)合實踐經(jīng)驗總結(jié)一些措施，希望可以對相關(guān)行業(yè)有所幫助。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；工業(yè)機械手；機械生產(chǎn)；自動化；優(yōu)化措施

中圖分類號：TP241" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）03-0057-03

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)對于技術(shù)自動化、智能化要求不斷提升的形勢下，多種具有自動化控制功能的技術(shù)逐漸取得應(yīng)用，其中工業(yè)機械手具有良好的效果，能夠代替人工完成許多復(fù)雜且危險的工作，從而降低人工勞作強度。同時還有利于提升工業(yè)生產(chǎn)效率與準確性，避免人為不穩(wěn)定因素對工業(yè)生產(chǎn)造成影響。為了提升工業(yè)機械手控制效果，需要加強與PLC控制技術(shù)的融合，利用PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)工業(yè)機械手全過程自動化與智能化控制，從而為工業(yè)生產(chǎn)提供助力。

1 PLC控制技術(shù)的基本內(nèi)涵

PLC控制技術(shù)為可編程邏輯控制器技術(shù)，是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的控制系統(tǒng)。該技術(shù)在應(yīng)用過程中，利用可編程的儲存器，將運行控制程序進行存儲，能夠?qū)崿F(xiàn)順序控制以及復(fù)雜預(yù)算等多項功能，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中具有重要的作用。

PLC控制技術(shù)的核心為微處理器與控制程序，微處理器中能夠存儲編輯完成的運行控制指令，并將控制信號發(fā)出，使得系統(tǒng)按照設(shè)定流程運行。其相當于一臺微型計算機，在復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用效果。PLC控制系統(tǒng)一般包括中央處理單元、存儲器、輸入單元以及輸出單元等多個模塊，在各個模塊的協(xié)同運作下，使得控制程序能夠高效運行，嚴格按照設(shè)定程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制。

PLC控制技術(shù)在應(yīng)用過程中，具有良好的可靠性。因為大部分都采用單片機微型計算機，具有較高的集成度，且具有保護電路，在運行過程中基本不會出現(xiàn)意外與故障問題；且PLC控制技術(shù)的編程較為簡單，一般情況下通過繼電器控制與命令語句，相比于其他控制技術(shù)而言，編程流程得以全面簡化，從而能夠提升運行控制效率；除此之外，PLC控制技術(shù)具有組態(tài)靈活、功能模塊完備以及安裝便利等多項優(yōu)勢，適合大部分工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境與條件的需求，具有良好的適用性。結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的基本要求，對運行控制程序進行調(diào)整與優(yōu)化即可達到控制效果，逐漸成為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的核心技術(shù)[1]。

2 工業(yè)機械手及其優(yōu)勢概述

2.1 工業(yè)機械手的基本構(gòu)成

工業(yè)機械手是指在工業(yè)生產(chǎn)中，采用自動化控制模式，對機械制造、類似人類手臂功能的機器進行控制的生產(chǎn)元件。工業(yè)機械手能夠模仿人的手臂動作，根據(jù)所設(shè)定的程序完成自動化抓取、搬運以及其他多項操作的自動化裝置。

當前，工業(yè)機械手的系統(tǒng)構(gòu)成主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及檢測系統(tǒng)等，且在智能技術(shù)的推動下，部分工業(yè)機械手與智能技術(shù)相結(jié)合，增加了感知系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。

工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要由以下5項內(nèi)容構(gòu)成：①手爪。手爪是抓取、夾緊、以及放松的構(gòu)件，常用的手爪主要包括鉗爪式、吸盤式以及萬能式。②手腕。手腕是連接工業(yè)機械手的手爪和手臂的關(guān)鍵構(gòu)件，具有支撐手爪和擴大工業(yè)機械手運動范圍的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機械手的回轉(zhuǎn)、擺動，部分簡單的工業(yè)機械手中沒有手腕構(gòu)件。③手臂。手臂在工業(yè)機械手的作用是支撐手腕和手爪，能夠?qū)崿F(xiàn)伸縮、升降以及回旋擺動等操作。④立柱。立柱在工業(yè)機械手中的作用是支撐手臂構(gòu)件，通常情況下固定不能移動，但是可以根據(jù)實際加工作業(yè)需求進行橫向移動。⑤行走模塊。行走模塊主要是控制工業(yè)機械手的自由移動，包括滾輪以及導(dǎo)軌等構(gòu)件，能夠幫助工業(yè)機械手完成遠距離操作。

驅(qū)動系統(tǒng)是工業(yè)機械手的動力來源裝置，一般有氣動驅(qū)動、液壓驅(qū)動以及電動驅(qū)動3種不同形式。

控制系統(tǒng)是支配工業(yè)機械手根據(jù)設(shè)定程序進行加工作業(yè)的裝置。控制系統(tǒng)具有保存指令信息的功能，能夠?qū)⒐I(yè)機械手的動作順序信息、到達位置信息以及作業(yè)時間信息等進行記錄和測量，在加入智能傳感技術(shù)后，還能夠?qū)崿F(xiàn)故障報警[2]。

2.2 工業(yè)機械手的優(yōu)勢

工業(yè)機械手在工業(yè)生產(chǎn)方面具有重要作用，能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)效率，從而促進企業(yè)經(jīng)濟效益提升。

總體來看，工業(yè)機械手具有如下5項特點：①工業(yè)機械手對于加工作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能力較強，能夠代替人工完成危險、有害等工作，部分工業(yè)生產(chǎn)需要作業(yè)人員長時間處于有害的車間內(nèi)。而采用工業(yè)機械手代替人工完成作業(yè)，工業(yè)機械手則不會受到環(huán)境因素的影響，根據(jù)作業(yè)環(huán)境對工業(yè)機械手進行設(shè)計，采用相應(yīng)的材料和結(jié)構(gòu)，即可使工業(yè)機械手在高溫、低溫以及有害氣體等環(huán)境下完成工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)。②工業(yè)機械手具有長時間作業(yè)的特點，能夠?qū)⒆鳂I(yè)人員從繁重的作業(yè)任務(wù)中解放出來，且能夠擴大和延伸基礎(chǔ)功能，只需要注重對工業(yè)機械手的維修、保養(yǎng)等，就能夠確保完成高強度的工業(yè)生產(chǎn)。③工業(yè)機械手與人工生產(chǎn)模式對比，在動作準確度方面具有許多優(yōu)勢，能夠有效提升工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，降低人為不確定因素對工業(yè)生產(chǎn)精度的影響。④工業(yè)機械手具有良好的通用性，能夠適應(yīng)機械產(chǎn)品快速更新的特點，符合工業(yè)生產(chǎn)柔性化需求。通過調(diào)整工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)、設(shè)定程序等，即可對工業(yè)機械手的加工作業(yè)方式進行改變，即可符合當前工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)要求，在小批量工業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用[3]。⑤工業(yè)機械手能夠提高工業(yè)生產(chǎn)效率，從而提高工業(yè)生產(chǎn)及企業(yè)經(jīng)濟效益，對于工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)建設(shè)與發(fā)展具有關(guān)鍵性促進作用。

3 PLC技術(shù)在工業(yè)機械手中的應(yīng)用優(yōu)化措施

PLC技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的作用，能夠全面提升工業(yè)生產(chǎn)控制效果。工業(yè)機械手同樣具有不可替代的作用，能夠促進工業(yè)生產(chǎn)水平提升。通過將PLC技術(shù)與工業(yè)機械手進行融合，能夠有效促進工業(yè)機械手控制模式優(yōu)化。采用更加高效、精準的控制方式，能夠進一步推動工業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展，所以需要將其進行靈活應(yīng)用，采用科學(xué)的應(yīng)用方案。

3.1 在工業(yè)機械手控制程序中的應(yīng)用

在工業(yè)機械手運行過程中，對于運行控制程序要求較高，而PLC技術(shù)能夠?qū)I(yè)機械手的控制程序進行編程處理，使其自動化運行水平提升。

在控制程序中的應(yīng)用主要包括如下3項：第一，在自動化控制中的應(yīng)用。為了實現(xiàn)化自動控制，需要實現(xiàn)對工業(yè)機械手的程序管理。但是傳統(tǒng)的工業(yè)機械手系統(tǒng)一般采用一對一配電開關(guān)的模式，整體控制運行效率較差。通過采用PLC控制技術(shù)，能夠在很大程度上降低工業(yè)機械手運行故障發(fā)生率，從而保證工業(yè)機械手自動化運行，有效提升生產(chǎn)作業(yè)安全性和控制效率。工業(yè)機械手的運行情況，能夠在PLC控制中心中得以充分體現(xiàn)，在提高工業(yè)機械手控制裝置運行可靠性與穩(wěn)定性方面具有良好的運行效果。

第二，在集成自動化程序中的應(yīng)用。要想實現(xiàn)對工業(yè)機械手的良好控制，需要全面地分析工業(yè)機械手控制的相關(guān)要求，并將其與PLC系統(tǒng)進行有效的連接。雖然集成控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單以及生產(chǎn)流程便捷等特征，但也存在明顯的結(jié)構(gòu)形式方面的缺陷。比如：集成控制系統(tǒng)中所有的工業(yè)機械手控制程序是連接在一起的，一旦其中一個控制程序出現(xiàn)運行故障，整個集成控制系統(tǒng)就無法保持正常運行狀態(tài)。只有對中央控制機進行徹底的關(guān)閉，才能夠展開相應(yīng)的檢查與維修作業(yè)。

第三，在自動化診斷程序中的應(yīng)用。工業(yè)機械手自動化系統(tǒng)在運行過程中，會出現(xiàn)一些故障問題，且控制系統(tǒng)故障具有一定的隱蔽性，常規(guī)的檢查方式無法準確識別。而通過采用PLC技術(shù)，在工業(yè)機械手自動化系統(tǒng)運行過程中，PLC技術(shù)程序能夠收集對應(yīng)的信息與數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析，能夠準確識別出故障問題，并對可能發(fā)生的故障進行預(yù)測。為相關(guān)人員的故障維護工作提供支持，是PLC技術(shù)具有的重要優(yōu)勢，能夠全面提升工業(yè)機械手自動化系統(tǒng)故障檢測效率與維修效果，確保工業(yè)機械手自動化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定以及高效運行[4]。

3.2 PLC與工業(yè)機械手融合在機械加工中的應(yīng)用

工業(yè)機械手在機械加工中有重要的應(yīng)用，能夠代替作業(yè)人員完成機械打磨、機械拋光、去毛刺以及清理等基礎(chǔ)性工作，同時能夠提高機械加工效率。根據(jù)多年的應(yīng)用實踐，采用工業(yè)機械手完成機械基礎(chǔ)加工作業(yè)時，為了進一步提升機械加工效率與控制準確性，需要加強對PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，使其與工業(yè)控制手充分融合。

例如：在數(shù)控機床的刀具切換中，通過與PLC控制技術(shù)的融合，在PLC控制程序發(fā)出控制命令后，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動取刀、自動換刀的過程。在PLC控制沒有發(fā)出指令的情況下，工業(yè)機械手取刀的零部件會處于閉合狀態(tài)，PLC控制系統(tǒng)會向工業(yè)機械手發(fā)出相應(yīng)的指令。之后工業(yè)機械手會自動移動到需要更換切削刀具的位置。提前在刀庫中準備好的刀具，會通過傳送帶自動傳送到相應(yīng)的位置。刀具到達指定點位后，PLC控制系統(tǒng)會收到反饋，從而對工業(yè)機械手發(fā)出取刀的指令。該控制流程能夠在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)，從而能夠提高刀具在機械加工過程中的更換效率，且能夠代替人工完成自動化刀具切換，避免人工切換刀具產(chǎn)生危險問題。

總體來看，工業(yè)機械手與PLC技術(shù)的融合，在機械加工中的應(yīng)用，能夠代替人工完成機械加工中的許多危險作業(yè)，尤其是在刀具方面，不僅能夠提高刀具切換效率，同時能夠提高刀具定位和切換準確性，是促進機械制造效率和提高的重要技術(shù)[5]。

3.3 PLC與工業(yè)機械手融合在工業(yè)焊接中的應(yīng)用

焊接是工業(yè)生產(chǎn)工藝中的核心環(huán)節(jié)，但是焊接工藝容易受到人為因素的影響，且部分焊接工藝需要處于高溫高壓環(huán)境下進行，對于作業(yè)人員的生命安全會產(chǎn)生極大影響。將工業(yè)機械手與PLC技術(shù)融合，用于焊接工藝中，能夠完成伸縮、回轉(zhuǎn)、彎曲、轉(zhuǎn)動以及扭轉(zhuǎn)等人工作業(yè)方式，從而代替人工完成復(fù)雜、危險的焊接作業(yè)。

例如：在工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)過程中，對于工業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)精度要求較高，常規(guī)的工業(yè)機械手控制方式無法滿足精度需求，而采用與PLC技術(shù)融合的控制方式，工業(yè)機械手與PLC控制技術(shù)融合，使得定位精度能夠控制在±1 mm之內(nèi)，同時可以焊接多個點位。

可將工業(yè)機械手與PLC控制技術(shù)融合應(yīng)用在電弧焊中。電弧焊的焊炬較為復(fù)雜，人工控制存在著精準度不足的問題，通過采用PLC技術(shù)，能夠控制工業(yè)機械手連續(xù)軌跡。工業(yè)機械手能夠自動調(diào)節(jié)焊接范圍，且能夠提高電弧焊焊接效率，可使工業(yè)焊接整體效率得到提升，有利于優(yōu)化工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)成本。PLC技術(shù)在該過程中能夠發(fā)揮出良好的作用，使得焊接自動化流程得以全面控制，控制效率與控制精度都能夠得到提高。

3.4 PLC與工業(yè)機械手融合在工業(yè)裝配中的應(yīng)用

工業(yè)機械手在機械裝配中的應(yīng)用，是近些年來工業(yè)機械手應(yīng)用發(fā)展取得的重要突破，尤其是在危險性較高的工業(yè)裝配作業(yè)中，具有較高的實踐應(yīng)用價值。

例如：在某企業(yè)的工業(yè)裝配中，通過將工業(yè)機械手與PLC技術(shù)融合，能夠進一步提升裝配控制效果。采用PLC的微型處理器對工業(yè)機械手進行控制，通過攝像機獲取機械加工實時圖像。結(jié)合PLC控制系統(tǒng)則能夠根據(jù)實際裝配情況對其進行調(diào)整，工業(yè)機械手在取下加工配件時，PLC控制系統(tǒng)會對機械構(gòu)件的加工情況進行檢測。如果構(gòu)件加工質(zhì)量不合格，則會將其放置在傳送帶中進行運輸，代替人工完成加工作業(yè)。圖1為該工業(yè)機械手的效果圖。

此外，在工業(yè)機械手在裝配試驗中，通過采用PLC技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)機械手與視覺和觸覺的傳感器的融合，使得工業(yè)機械手的感知能力得到提高，從而可以完成更加復(fù)雜的裝配作業(yè)。PLC技術(shù)能夠滿足復(fù)雜工業(yè)裝配作業(yè)的需求，可使工業(yè)機械手的運行控制得以改善，使其具有智能化感知功能，結(jié)合PLC的控制程序，能夠全面提升工業(yè)裝配作業(yè)效率與質(zhì)量，避免出現(xiàn)裝配錯誤問題。在降低裝配作業(yè)對人力依賴的基礎(chǔ)上，能夠進一步提升裝配工作效果，從而滿足工業(yè)裝配的多項需求。

4 結(jié)語

本文簡要闡述了PLC技術(shù)的基本概念，并對工業(yè)機械手及其應(yīng)用優(yōu)勢進行分析，最后提出多項科學(xué)有效地融合應(yīng)用方式，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到一定的借鑒與幫助作用，不斷提升工業(yè)機械手運行控制水平，確保工業(yè)機械手的優(yōu)勢能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得以全面發(fā)揮。

參考文獻

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