基于plc的四自由度電動機械手的控制設計

1、0基于PLC的四自由度電動機械手的控制設計摘要：要：所介紹的電動機械手由電控機械手、yz軸絲杠組、手轉動機構、旋轉底盤等機械部分組成，在PLC控制下，它可在行程范圍內(nèi)將物體從一點搬運至另一任意點，可置放于各種不同生產(chǎn)線或物流流水線中。關鍵詞關鍵詞：機械手；PLC；步進電機中圖分類號：TP241文獻標志碼：A文章編號：DesignoftheControlSystemof4dimensionMotdrivenMechanicalManipu

2、latBasedonPLCAbstract:Motdrivenmechanicalmanipulatdisscussedinthispaperconsistsofpoweroperatedmechanicalmanipulatyaxiszaxisscrewlevermodulesrotatrymechanismofmanipulatrotatedplateatthebottometc.OnthecontrolofPLCsystemitc

3、antakebodiesfromoneplacetoanotherintherangeofitsjourney.Itcanbeplacedondifferentmanufactureassemblylinesgoodscirculationlines.KeyWds:mechanicalmanipulatPLCstepmot隨著微電子技術、計算機和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機械手技術也快速發(fā)展。按實現(xiàn)功能和驅(qū)動方式劃分，機械手可以分為很多種

4、。僅就驅(qū)動方式，就有氣動（或液動）、電動和電氣混合等。為實現(xiàn)不同的功能，有3個自由度的，也有4、5個自由度的，甚至還有6個自由度的。本文中，筆者僅論述基于PLC技術的4個自由度電動機械手的控制設計，它能滿足絕大多數(shù)場合的搬運需要，并且可用于教學實驗，具有良好的示范性和教學性。14軸聯(lián)動簡易機械手的結構及動作過程如圖1所示，搬運一個零件，一般需要4個自由度確定其位置：3個坐標確定其空間位置；1個角度坐標確定其擺放方位。本文中確定空間位置的

5、3個坐標分別是角度A、Y軸坐標Y1和Z軸坐標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個自由度的機械手即可滿足大多數(shù)搬運需求。4個自由度電動機械手的結構如圖2所示。它由電磁鐵控制的機械手1、YZ軸絲杠組2、手轉動機構3、旋轉底盤4、物料輸送帶5、PLC6、控制面板7、步進電機驅(qū)動器8和24V電源9等組成。2其工作流程如下：1）當被搬運物體到達預定位置時，通過光電開關發(fā)出信號，機械手系統(tǒng)開始動作；3

6、臺步進電機分別控制旋轉運動、橫向運動和上下運動，手轉動機構驅(qū)動機械手旋轉一個方位角，然后電磁鐵通電，機械手夾住物體。2）步進電機驅(qū)動縱軸上升，另一個步進電機驅(qū)動橫軸開始向前走動；轉盤步進電機轉動使機械手整體運動，轉到物體接收處。3）步進電機再次驅(qū)動縱軸下降（或上升），到達指定位置后，電磁鐵斷電，機械手松開物體。4）系統(tǒng)回位，準備下一次動作。2控制器件選型為使控制較為精確，對各種關鍵器件的類型應有所選擇。21步進電機及其驅(qū)動器步進電機是將

7、電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載情況下，電機的轉速及停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。即給電機加一個脈沖信號，電機就轉過一個步距角。雖然步進電機已被廣泛應用，但步進電機并不能像普通的直流電機和交流電機一樣在常規(guī)下使用，它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用[1]（見圖4）。選擇電機一般應遵循圖3所示的步驟[2]。圖3步進電機選擇步驟圖4控制系統(tǒng)結構框圖本文中的機械手主

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

9、噪音。輸出電流從0～3A相連續(xù)可調(diào)。設有128檔等角恒力矩細分，最大200細分。輸入信號光電隔離，標準單脈沖接口，有脫機保持功能，半密閉式機殼可適應更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動半電流方式，減少電機發(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械手以完成預期動作。應根據(jù)負載的要求選擇電磁鐵的種類和結構形式，然后根據(jù)控制系統(tǒng)的電壓選擇電磁鐵的線圈電壓。電磁鐵的功率應不小于制動或牽引功率。本文中的機械手選用DC24V直流電磁鐵