PLC技术下的码垛机器人智能工作站设计及应用

摘 要：码垛技术属于物流、工业自动化领域中的全新技术，在我国社会不断发生的过程中，码垛技术也在不斷的发展，通过码垛机器人能够使企业劳动生产率得到进一步的提高，并且还能够进一步降低生产成本。目前，我国饲料加工企业逐渐朝着大型化及集团化的方向发展，并且劳动力成本在不断的提高，大部分的工业加工够具有工荒的问题，并且劳动力成本在不断的降低。为了能够有效实现现代工业企业的持续发展，本文基于PLC技术实现了码垛机器人智能工作站的设计。最后将其和人工码垛实现对比，表示此码垛机器人具有较高的工作效率、低事故率，能够在我国工业及物流等企业中推广使用。

关键词：PLC技术；码垛机器人；智能；工作站

在工业码垛机器人中，智能工作站属于其核心部分，其能够有效保证机器人在工作过程中的性能。PLC技术具有一定的开放性及通用性，所以量PLC技术在码垛机器人智能工作站设计中使用能够有效提高机器人的工作精度及效率，其也是实现机器人功能及性能的基础保证。所以，对于PLC设计码垛机器人智能工作站具有重要的现实意义。

1 码垛机器人的结构

现代物流及工业对于码垛机器人具有较大的需求，本文就基于PLC技术设计码垛机器人智能工作站。图1为码垛机器人的总体结构，通过图1可以看出来，机器人的要不是在底部的基座中进行固定，其手臂是在腰部实现固定的，机器人的所有臂都能够实现连接，其机械手能够通过抓、搬进行作业。机器人机械系统的关节有四个，分别为腰部、指部、肘部、腕部，其关节相互协同作用能够实现机器人的运动及工作。机器人运动是利用交流伺服电极实现 ，这种结构的机器人能够实现工业生产流程需求。

本文所研究的机器人主体结构优势就是无论机器人属于负载，还是属于空载，其都能够在任意的位置中静止，还能够有效满足平衡需求。图2为机器人的仿真结构，由于机器人属于四自由度的独立，所以机器人中的机械部分也主要包括底座部分和驱动装置；水平移动和驱动装置；手爪旋转部分和驱动装置；垂直移动部分和驱动装置。其中的自由度都是利用交流伺服电机实现驱动，机器人水平的方向运动过程中，电机通过丝杠旋转能够实现机构的书四平直线运动。机器人的底座和手爪都能够实现旋转，通过四自由度使机器人能够在空间中任意的移动，以此进行工业作业。

2 智能工作站的硬件设计

图3为智能工作站总体的控制结构，要求硬件系统满足以下需求：（1）较高的安全性、可靠性及稳定性；（2）较高的实时性和良好的动态响应性能；（3）实现四自由度相互的协调控制，实现稳定、高速及高效的运动；（4）实现路径的规划。码垛机器人使用库卡中的负载级码垛机器人，其具有较高的精度、较快的速度、良好的动态性能。西门子PLC术控制系统的主要核心，其主要目的就是实现数据收集和逻辑判断，而且还能够发送控制信号。人及交换界面通过西门子机构进行，通过触摸屏的切换品种并且监控机器人的实时工作状态。现场对设备、产品的数量及位置进行检测，在PLC中对信号进行收集。现场的执行机构分别为电机、气缸，其能够控制产品在运动过程中的方向，还能够控制产品的输送带。码垛机器人与PLC之间利用DP进行通讯，使PLC能够成为机器人主站，其能够传输产品，机器人通过不同的信号实现不同工作动作的运动。并且码垛机器人位置属于作业过程中的重点内容，如果位置的定义具有误差，就不能够保证码垛机器人工作质量及效率。所以在实现工作站硬件设计的过程中，要求码垛机器人位置定义模块中具备三十二点固定输入及输出继电器，将常用位置控制参数到继电器中进行固定，便于工作人员实现其相关操作和位置的确定。位置定义模块的主要功能为：具有较高的定位控制及精度能力；具备脉冲计数器；具备丰富的位置功能；设置位置模块参数能够实现动作检测及测试。另外，在现场还要设置多个安防系统，从而有效提高码垛机器人安全性及可靠性。要求执行机构能够实现驱动级及交流伺服电机的选择，并且通过编码器进行反馈创建闭环控制，从而有效保证系统运动过程中的精准度及精度。

3 智能工作站的软件设计

3.1 软件系统的设计

以对码垛机器人实现码垛作业需求为基础，图 4为码垛机器人的程序路程。其中主程序属于循环体，其能够根据目前码放塑料带的实际需求通过算法子程序计算电机的位置及空间的坐标等数据，然后通过直线插补的法方法根据以上码垛流程进行码垛的作业。

3.2 软件控制系统的设计

在码垛机器人智能工作站控制软件设计的过程中，主要包括人机交互界面设计和代码编写，通过触摸屏自带编写软件实现，此软件简单易懂，能够在码垛机器人设计中实现，并且具有较高的稳定性，而且设计成本比较低。通过设计模块进行分析，其主要包括示教模块、监控模块、初始化模块、参数设置模块及文件处理模块。初始化模块能够启动机器人的控制系统，初始化机器人中的全部程序，并且对其中的模块是否正常进行检测，并且检测模块是否能够正常作业。假如其中有模块无法正常的作业，就会对其进行提示，并且将故障模块充分的显示出来。文件处理模块的主要目的就是有效管理码垛机器人中的数据，比如查看文件、修改文件、调用文件、删除文件和增加文件等。其中示教模块的主要目的就是实现码垛机器人位置参数的生成，并且形成相应的指示文件，从而对操作人员进行参考。参数设置模块的主要目的就是通过此模块实现码垛机器人参数的控制，并且还能够通过此模块设置可调参数和I/U系统设置和管理。

3.3 PLC的模块化编程

模块化编程主要包括两方面优势，首先，其具备通用性特点，能够实现数据的重复调用，从而能够使编程的工作量进一步的降低，还能够缩短智能工作站在设计过程中的周期。并且还能够有效提高机器人在工作过程中的效率，其中的模式能够随意切换，在此过程中进入到指定程序模块中，其主要模块为：

其一，开机初始化。在机器人开机的时候都要执行开机初始化模块，其能够实现档箱装置的置位，并且实现托盘到输送带中的运输，然后使托盘能够到初始位置中运输，并且使计时器和计数器能够复位，将其到初始状态中输出。

其二，手动控制。此模块利用触摸屏实现控制，在开机或者出现故障的时候排除故障并且单个控制，不能够同时启动自动控制和手动控制。

其三，自动运行。本文所设计码垛机器人智能工作站在工作过程中属于自动模式，在切换模式的过程中通过PLC控制进行实现。在PLC接收到外部检测装置状态信息的时候能够对其进行逻辑运算，在运算之后得到相应的结果，通过相应子程序对结果进行调用，实现相应动作。

其四，故障和报警。本文所设计的智能工作站在工作过程中难免会出现一系列的故障，其中的故障信息都能够显示到触摸屏中，显示的故障信息能够使现场工作人员对故障进行有效的判断和解决。

4 结语

在现代社会科技不断进步的过程中，码垛机器人的使用也不断广泛，提高了企业的经济效益。本文就将码垛机器人作为研究对象，设计了就要PLC技术的码垛机器人智能工作站。其不仅能够实现工作现场输入输出量的收集和控制，还能够利用位置控制模块实现交流伺服电机的驱动，从而有效控制相应模块，实现码垛机器人四轴运动控制。之后对机器人进行测试，表示本文所创建的码垛机器人智能工作站系统能够将PLC技术的特点充分的展现出来，不仅能够满足工作的多样性需求，还能够有效提高工作性价比及可靠性，具有一定的使用前景。

参考文献：

[1]刘庭辉，刘浩然.基于PLC的机器人自动缝焊工作站系统设计[J].科学中国人， 2015，12（33）：56-57.

[2]彭丽莎，房华，张号.基于S7-300PLC的码垛机器人智能工作站[J].山东工业技术， 2017，11（19）：128.

作者简介：王波（1998-），男，江苏徐州人，机器人专业2016级学生。