PLC控制应用于六自由度机械手中的价值探究

李云龙

PLC控制应用于六自由度机械手中的价值探究

李云龙

（天津中德职业技术学院，天津 300191）

PLC控制系统是一种使用方便、性能高、通用性强且编程简单的系统，将这项系统应用在六自由度机械手之中，为机械手的发展带来新的空间。本文就PLC控制应用于六自由度机械手中的价值进行了探讨和研究。

PLC控制 六自由度 机械手

我国近几年的机械发展非常快，其中机器人技术尤为突出。目前，机器人技术已经在我国诸多领域之中进行应用并且获得了一定的成功。但是我国机器人的研究与一些发达国家相比还存在一定差距，六自由度机械手是机器人研究的一个重要部分，其是一种能够为各种工业生产工作提供便利的机械，能够完成工业的焊接、喷漆等等工作。为了使其更好地进行工作和进一步发展，将PLC控制应用于六自由度机械手的设计中十分必要。

1 六自由度机械手的意义

所谓六度自由就是通过六中动作来完成机械“末端执行器”的夹持动作，这六个动作分别为：腰部的回转、肘部的摆动、肩部的摆动、腕部的俯仰摆、左右摆和回转。其具体结构图如图1所示。

图1　六度机械手结构图

六自由度机械手（如图2）的应用能够有效提高生产过程的自动化。通常工业化的生产存在一定的危险，其可能在高温、高压、毒气、噪音等危害性污染存在的空间内进行生产操作，使用人手操作是会对人体造成极大危害的，因此，在这类恶劣环境的工业操作中，可以采用机械进行操作。六自由度机械手就可以在一定程度上代替人力进行相应的工业操作。避免恶劣环境对人体造成过多的危害。此外，如果有一些简单、循环性强且重量较大的工作操作也可以由机械手来完成（如图3），其可以极大地降低人工成本，减少工作人员的工作量，也能在一定程度上避免事故的发生。但是六自由度机械手也存在一定的缺点：其动作单一，无法完全代替人手。

图2　六自由度机械手

图3　六自由度机械手应用

此外，由于机械手的应用生产工作可以减少一定的人工投入，降低生产成本。其也可以进行连续性的工作，且工作具有一定的节奏，能够有效提高生产效率和生产的质量。在未来的生产和生活中，人们需要更多自动化、机械化的先进技术，六自由度机械手作为机器人研究的一个重要组成部分，其发展能够带动机器人事业的发展，由于其在结构和性能方面有其特有的优点——智能、便捷、适应性强等优点，所以在未来的国家发展和经济生产之中，六自由度机械手一定有广阔的发展前景和发展空间。

2 PLC控制系统

目前PLC控制在各个领域之中广泛应用，其具有适应性强、抗干扰能力强、便捷、简单等优点，其广泛的应用对器械的发展有极大的帮助。例如，使用于中央空调中的PLC系统具有数据显示、控制、连锁、保护等功能。数据显示的功能能够将空调冷水出入口和冷却水出入口的温度（如图4所示）、蒸汽阀门的开度、溶液泵等内容参数显示出来（如图5所示）。有助于空调故障的及时发现，且能够较长时间的对数据进行储存，为空调的研究和发展提供一定的数据支持；在控制功能中，其包含三种运行方式：软手动、就地手动以及自动。这三种功能方便空调的设备调节和启动，合理控制空调的开关和运行速度能够降低空调对能源的消耗，不仅有一定的环保作用，还能进一步加强空调的经济性和安全性。根据中央空调的研究可以看出，PLC控制系统具有强大的功能性、可靠性、灵活性等优点。将其应用在其他的机械领域之内也会有一定的效果和作用。

图4　PLC对空调温度控制

图5　整体框架图

PLC控制系统由美国推出，由于其极强的功能性，受到了世界各个国家的欢迎，并且将其应用在了各个领域之中。随着电子技术的不断发展，科研技术人员的增多，科研设备的更新加强，PLC控制系统也在不断的更新和完善。其在原有的开关量处理上增添了模拟量处理、运动控制等功能。其功能不再受到固有的逻辑所局限，逐渐在控制和运动的领域之中发挥着巨大的作用。

3 PLC控制应用于六自由度机械手中的价值

随着工业的不断发展，各个国家之间的竞争越来越激烈，为此，客户对机械手的要求也在逐步提高。为满足客户需求、生产需要，可以将PLC控制系统应用于六自由度机械手之中，其将微处理器作为系统的基础，在系统中综合了自动控制技术、通讯网络技术、半导体集成技术等。其能够有效适应工业生产的环境，快捷方便且操作简单。因此，为改善机械手的缺点，提高机械手的性能，将PLC控制系统应用于机械手之中十分必要，其具有一定的控制水平，能够加强机械手的自动化、动作完成等性能。PLC控制系统应用于机械手之中具有三个重要的特点：系统构成灵活、使用便捷、环境适应性强。

3.1 系统构成灵活

在六自由度机械手的设计之中应用PLC控制系统能够加强其灵活程度，使其更加容易伸缩扩展。其特长是它的关量控制；不仅如此，其也能够进行PID回路的过程连续，并且与上位机构合理的组合，能够构成一个复杂、多功能的控制系统，例如，直接数字控制（DDC）、分布式控制系统（DCS）等。PLC控制系统的应用能够有效完成一个综合自动化的产品生产过程，从而提高生产的效率，加快生产的速度，节省人力资源和各项成本。

3.2 使用便捷

PLC控制系统不仅拥有强大的功能，且其编程简单，容易上手。其采用简单明确的梯形图、语句表或者逻辑图来进行语言的编程，不需要过多的计算机知识和技术，通过简单的学习可了解就能够对其进行开发和应用。并且其开发的周期不长，在短时间只能就能够完成PLC的开发和应用，不仅节省了生产时间，对机械的现场调试也有一定帮助，便于机械功能和组装等内容的完善，也方便日后的检修和养护。除此之外，其还可以进行在线更改程序，改善原有更改控制方案需要拆卸硬件的缺点，使控制方案的更改更加便捷和简单，进一步节省了人力和物力等资源，加快生产速度、避免各种问题的发生。

3.3 环境适应性强

PLC控制系统能够适应各种恶劣的环境，进而加强了机械手的适应能力和抗干扰能力，使机械手的运作更加可靠，使其与其他同类机械相比更加高效。从而使机械手能够在更多的工作生产之中进行应用，在恶劣的环境之中避免了人力的使用，保障了生产人员的健康和安全。并且有效提高了生产的效率和生产的宽度，完成了诸多人力无法完成的工作内容。对生产力的发展有一定的帮助，进一步带动我国在国际上的竞争力和国际地位。

在PLC控制投入并且正常运行时，其通常分为三个工作阶段：输入采样、输出刷新和用户程序的执行。这三个阶段也可以说是PLC控制系统工作的一个扫描周期，在其运行的整个过程之中，可以根据一定的扫描速度对这三个阶段进行不断的重复往复。目前气动控制、电动接卸等领域对PLC控制系统的依赖越来越强，并且阀岛技术的发展更加进一步的推动了PLC在机械手领域的应用，使机械手的操作更加简便快捷，功能性更加强大。

4 结语

随着科技的发展，各种高性能、多功能的机械被不断的开发出来。在各种机械之中运用PLC控制系统能够有效提升机械的功能。根据本文的论述，在六自由度机械手之中应用PLC控制系统，不仅能够加快六自由度机械手的发展，对我国工业生产、机械制造业的发展都有一定的帮助，从而进一步提升我国的经济发展，加强我国在国际上的竞争力和国际地位。

[1]黄磊.基于Internet的远程PLC控制研究[D].西安：工业大学，2014.

[2]李力.基于运动控制卡的六自由度机械手控制系统开发[D].青岛：青岛科技大学，2014.

[3]李彬.面向六自由度机械手的机电产品多学科协同优化设计研究[D].广州：华南理工大学，2014.

The Research on the Value of PLC Control Applied to the Six Degree of Freedom Mechanical Hand

LI Yunlong
(Tianjin sino-German Vocational Technical College,Tianjin 300191)

The PLC control system has been cited in many fields. This is a system which is easy to use, high performance, strong versatility and simple programming. The system will be applied in the six degree of freedom manipulator, which will bring new space for the development of robot. In this paper, the value of PLC control applied to six DOF Manipulator is discussed and studied.

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