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基于 PLC 码垛机器人控制系统的设计

作者:颜安 冷晓春 宋艳芳 来源:科学与财富 202020期 时间:2020-11-19

摘要:随着工业自动化技术的进一步成熟与发展,码垛机器人在水泥、包装、物流等行业已经得到了广泛的应用,并且在工业自动化产业的升级发挥着重要作用。由于市场环境不断变化和...

  摘要:随着工业自动化技术的进一步成熟与发展,码垛机器人在水泥、包装、物流等行业已经得到了广泛的应用,并且在工业自动化产业的升级发挥着重要作用。由于市场环境不断变化和工业4.0的提出与发展,本文研究开发了基于 PLC 一款四自由度直角坐标纸箱码垛机器人,来代替人工码垛。

  关键词:PLC;交流伺服;码垛机器人

  1.????? 引言

  自动化码垛技术作为物流方面的重要环节,在工业自动化中已经得到了广泛的应用。例如在自动化流水线上,通过机器人把从流水线上输送过来的纸箱等物料按照实现规定的摆放规则依次在托盘上堆放起来,其主要目的是为了使得物料的存储、搬运、运输变得更加方便有序。而传统的机械式自动化码垛设备己经不能满足人们对工业生产自动化的高要求,取而代之的是更为先进的智能化码垛机器人。

  2.????? 码垛机器人组成

  根据工厂生产线的实际情况,设计一款4自由度的直角坐标机器人就能够实现码垛任务。该机器人的空间姿态少,结构简单,重复定位精度高,其三维视图如图1所示。码垛机器人不但可以沿着 X 轴(前后),Y 轴(左右),Z 轴(上下)方向作直线运动,还能够旋转(R)定位,R 轴的旋转实现对货物的夹取以及码垛,其中 R 轴附加在Z 轴。

  3.????? 控制系统设计方案

  3.1?? 控制系统的思路

  控制系统的流程框图如图2所示。

  由图2所知,采用三菱 PLC 作为主控制器,交流伺服电机和气缸作为执行机构,位置传感器和光电编码器作为实时检测装置。主要作用是用来检测是否码垛和码垛的位置,实现对码垛位置的精确定位以及控制电机的运转。现场工作人员按照生产控制要求操作,指挥码垛机器人完成相关的工作任务。

  3.2控制系统的方案

  其中前三个伺服电机分别控制 XYZ 三个轴的运动,最后一个电机驱动末端执行器的夹紧和放松以及旋转运动,码垛机器人在不同的工作方式下有不同的运行模式。图3中 PLC 通过编码器“记住”了每个运动轴的位置,在自动模式下发送连续脉冲,编码器实时检测该轴的位置,PLC 通过高速计数器端口接收编码器返回的脉冲反馈,当编码器返回的值在误差允许范围内,PLC 停止该轴脉冲的发送。

  4.????? 控制系统硬件电路

  4.1?? 系统硬件组成

  码垛机器人控制系统由 PLC、伺服电机、伺服驱动器、编码器等组成。XYZ 三个轴的移动速度,而这三个轴的移动速度又取决于它们各自的驱动电机,最后选择松下系列的型号为 MSMA042A 交流伺服电机与相应伺服驱动器。

  4.2?? 主回路控制

  码垛机器人的电气控制主电路如图3所示。

  4.3?? 程序设计过程

  将码垛机器人控制系统的程序分为4个模块,从上到下分别为公用程序模块、自动程序模块、手动程序模块、回原位程序模块。公用程序模块为各部分程序共同使用,主要进行程序的初始化。自动程序模块包括单步、单周期、连续运行,由于这三种工作方式比较类似,所以梯形图程序也比较相似,只要给定不同的条件便能实现不同的工作方式。

  5.结语

  码垛机器人主要用于流水线和物流方面,通过设计不同的夹具就可以适用于不同物料进行码垛。从而避免了人们长期在恶劣有害的环境下从事码垛工作,且机器人自动化码垛的效率高,不容易出错,对工业自动化的发展起到了巨大的革新。

  参考文献:

  [1]??? 刘济宁.基于 PLC 的码垛机器人控制系统研究[D].山东:山东科技大学,2015:30-40.

  [2]??? 刘文秀,郭伟.PLC 配料称重系统的模糊自适应控制[J].沈阳工业大学学报,2018,40(06):676-681.

  [3]??? 賈磊,张宏祥.基于 PLC 的称重包装生产线控制系统设计[J].科技通报,2018,34(12):74-78.

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