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谈基于PLC的机器人自动控制系统设计

摘要：在现代科学技术不断发展的背景之下，工业生产所涉及到的重体力劳动

量不断提升，因此为了良好的完成相关工业生产作业任务，就需要通过对机器人

装置的研究与应用来实现。基于PLC的机器人装置主要采取关节式结构，能够模

拟人体手臂部分的活动动作，在自动控制系统下的预定程序、轨迹、以及要求作

用下，实现包括零部件抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作。

关键词：PLC；机器人；自动控制系统设计

1.PLC控制工业机器人系统的功能

机器人被广泛应用在专用机床及自动化生产线上，主要被用来搬取以及装卸

零件，以实现生产的自动化。基于PLC的机器人自动控制系统是现今提出的一个

机器人控制探究方向，考虑PLC的主要原因是PLC的可调整性以及可控制性较强，

是采用编程、输入指令的方式控制，操作相对简单，运行复杂性较低，安全性稳

定性相对较高，基于PLC编程基础下的机器人自动控制系统设计结果直接具备

PLC的优势，实用性较高，操作要求较低，运行连续性以及运行可靠性高，这对

于机器人自动控制系统的进一步发展较为有利，有实际的促进作用。

2.基于PLC的工业机器人系统设计要点

2.1控制系统硬件设计

基于PLC的机器人装置包括抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作均需要

在气缸驱动作用之下实现。而电磁阀部件作为控制气缸驱动动作的最主要部件，

通过操作开关（以按钮开关或者是定位开关）的方式来实现。在整个机器人装置

结构当中，通常设置有两个工作台。在操作过程中，被加工工件自初始位置达到

1#工作台，将待操作工件传输至2#工作台，进而再次回到1#工作台，完成对下

一工件的操作。

机器人装置自初始位置，手腕向下移动，操作手指夹紧1#工作台上待操作的

工件，进而对其进行上行移动。到位之后，机器人手指、手腕在手臂引导下沿右

侧轨迹移动，移动至预定位置后再次沿下行轨迹移动，最后控制机器人装置手指

放松，并将该工件放置于2#工作台当中。再次回到1#工作台的动作顺序与上述

流程相反，进而实现一个完整的工作周期循环。整个机器人自动控制装置的最突

出特点在于：能够同时适用于手动型、以及连续型的操作控制方式。当中设计的

核心就在于操作PLC完成的输入点/输出点的分配工作。

2.2控制系统软件设计

2.2.1在有关机器人程序初始化处理过程当中，基于PLC的机器人装置在上电

状态下需要完成一系列的初始化操作动作。其主要目的在于准备后续动作的实施，

防止机器人自动控制系统装置因直接投入运行而出现的误动动作。在初始化程序

操作指令的编程方面，选取初始状态ISL指令，以此种方式达到简化编程步骤的

目的。

2.2.2在有关机器人自动控制系统手动运行模式的设计过程当中，分别控制手

动按钮所对应的机器人手指、手臂、手腕动作。手动运行模式主要应用于对机器

人装置的维修以及调整过程当中。首先，需要将开关置于手动开关模式当中，通

过对手指部件的接通，下降机械手臂，并以同样的方式完成机器人手臂、手腕、

手指各项移动、松紧操作。为了保障系统的安全稳定运行，程序设计当中还需要

设置必要的联锁保护。

2.2.3在有关机器人自动控制系统自动运行模式的设计过程当中，需要以机器

人装置的基本工作过程为依据，确定各相关动作相互之间的对应关系。当机器人

装置处于初始状态，并检测到工作台存在待处理工件的情况下，展开自动控制动

作。

3.基于PLC的工业码垛机器人系统设计实例分析

工业码垛机器人属于典型的机电一体化高科技产品，其中控制系统是工业码

垛机器人最为重要的组成部分，对机器人码垛功能的实现及作业性能的保障起着

至关重要的作用。下面，本节主要探讨一种基于PLC控制的工业机器人系统设计，

该控制系统以触摸屏为人机交互界面，以横河FA-M3PLC为控制系统核心。

该工业码垛机器人采用平衡吊机构形式，具有结构简单、使用方便、维护节

省的优点。该机器的基本性能参数如下：

①本体质量：1000kg；最大抓取质量：60kg；搬运速度：30m/min；堆码速

度：20次/min。

②工作范围：水平作业半径为2.5m，垂直作业高度为2.4m。

③连续运转时间不小于24h，连续运转8h累积误差不超过±5mm。

3.1硬件设计

由于该工业码垛机器人控制系统的核心是横河FA-M3PLC。该PLC功能多、

性能好