基于plc的四自由度電動(dòng)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)

1、0基于PLC的四自由度電動(dòng)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)摘要：要：所介紹的電動(dòng)機(jī)械手由電控機(jī)械手、yz軸絲杠組、手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤等機(jī)械部分組成，在PLC控制下，它可在行程范圍內(nèi)將物體從一點(diǎn)搬運(yùn)至另一任意點(diǎn)，可置放于各種不同生產(chǎn)線或物流流水線中。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；步進(jìn)電機(jī)中圖分類號(hào)：TP241文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：DesignoftheControlSystemof4dimensionMotdrivenMechanicalManipu

2、latBasedonPLCAbstract:Motdrivenmechanicalmanipulatdisscussedinthispaperconsistsofpoweroperatedmechanicalmanipulatyaxiszaxisscrewlevermodulesrotatrymechanismofmanipulatrotatedplateatthebottometc.OnthecontrolofPLCsystemitc

3、antakebodiesfromoneplacetoanotherintherangeofitsjourney.Itcanbeplacedondifferentmanufactureassemblylinesgoodscirculationlines.KeyWds:mechanicalmanipulatPLCstepmot隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機(jī)械手技術(shù)也快速發(fā)展。按實(shí)現(xiàn)功能和驅(qū)動(dòng)方式劃分，機(jī)械手可以分為很多種

4、。僅就驅(qū)動(dòng)方式，就有氣動(dòng)（或液動(dòng)）、電動(dòng)和電氣混合等。為實(shí)現(xiàn)不同的功能，有3個(gè)自由度的，也有4、5個(gè)自由度的，甚至還有6個(gè)自由度的。本文中，筆者僅論述基于PLC技術(shù)的4個(gè)自由度電動(dòng)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)，它能滿足絕大多數(shù)場(chǎng)合的搬運(yùn)需要，并且可用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有良好的示范性和教學(xué)性。14軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過程如圖1所示，搬運(yùn)一個(gè)零件，一般需要4個(gè)自由度確定其位置：3個(gè)坐標(biāo)確定其空間位置；1個(gè)角度坐標(biāo)確定其擺放方位。本文中確定空間位置的

5、3個(gè)坐標(biāo)分別是角度A、Y軸坐標(biāo)Y1和Z軸坐標(biāo)Z1；擺放方位（方位角）由零件長度方向的軸線與X軸形成的夾角B確定。通常情況下，4個(gè)自由度的機(jī)械手即可滿足大多數(shù)搬運(yùn)需求。4個(gè)自由度電動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由電磁鐵控制的機(jī)械手1、YZ軸絲杠組2、手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、旋轉(zhuǎn)底盤4、物料輸送帶5、PLC6、控制面板7、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器8和24V電源9等組成。2其工作流程如下：1）當(dāng)被搬運(yùn)物體到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，通過光電開關(guān)發(fā)出信號(hào)，機(jī)械手系統(tǒng)開始動(dòng)作；3

6、臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)和上下運(yùn)動(dòng)，手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)一個(gè)方位角，然后電磁鐵通電，機(jī)械手夾住物體。2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱軸上升，另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫軸開始向前走動(dòng)；轉(zhuǎn)盤步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到物體接收處。3）步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動(dòng)縱軸下降（或上升），到達(dá)指定位置后，電磁鐵斷電，機(jī)械手松開物體。4）系統(tǒng)回位，準(zhǔn)備下一次動(dòng)作。2控制器件選型為使控制較為精確，對(duì)各種關(guān)鍵器件的類型應(yīng)有所選擇。21步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)是將

7、電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速及停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)和交流電機(jī)一樣在常規(guī)下使用，它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用[1]（見圖4）。選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循圖3所示的步驟[2]。圖3步進(jìn)電機(jī)選擇步驟圖4控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本文中的機(jī)械手主

8、要用于教學(xué)，故所需精度不很高，力矩也不要太大?？v軸(Z軸)、橫軸(Y軸)和手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)選用的是廣州瑞寶公司的17HD000518型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為1.8，電流DC0.28A相，最大靜力矩≥160103Nm。旋轉(zhuǎn)底座選用23HD002025型步進(jìn)電機(jī)，步距角為1.8，電流DC0.6A相，最大靜力矩≥330103Nm。所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是RB2304ME型細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電壓為DC12～40V，采用雙極恒流斬波方式，可減少電機(jī)

9、噪音。輸出電流從0～3A相連續(xù)可調(diào)。設(shè)有128檔等角恒力矩細(xì)分，最大200細(xì)分。輸入信號(hào)光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機(jī)保持功能，半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式，減少電機(jī)發(fā)熱。2.2電磁鐵系統(tǒng)中電磁鐵的作用是利用電磁吸引力操縱機(jī)械手以完成預(yù)期動(dòng)作。應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求選擇電磁鐵的種類和結(jié)構(gòu)形式，然后根據(jù)控制系統(tǒng)的電壓選擇電磁鐵的線圈電壓。電磁鐵的功率應(yīng)不小于制動(dòng)或牽引功率。本文中的機(jī)械手選用DC24V直流電磁鐵