基于plc的机械手控制设计的创新点(机械手自动化控制系统的PLC实现方法研究)

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基于plc的机械手控制设计的创新点

随着社会生产的不断进步，人们生活节奏的不断加快，人们对生产效率不断提出新的要求。随着微电子技术、计算软硬件技术的飞速发展，以及现代控制理论的不断完善，机械手技术得到了发展。其中，气动机械手系统因其介质来源简单、无环境污染、元件成本低、维护方便、系统安全可靠等优点，已经渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中发挥了重要作用。本文介绍的气动机械手由气动机械手、XY轴螺旋组、转台机构、旋转底座等机械部分组成。主要功能是完成机械零件的搬运，可以放置在各种生产线或物流线上，使零件搬运和货物运输更加快捷方便。PLC培训学校

一种简单四轴联动机械手的结构和动作过程

机械手结构由气动机械手(1)、XY轴螺旋组(2)、转台机构(3)、旋转底座(4)等组成。

其运动控制方式如下:

(1)伺服电机驱动的旋转角度为360°的气动机械手(光电传感器确定0°起点)；

(2)步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(带X、Y轴限位开关)；

(3)可360°旋转的转盘机构可带动机械手和螺旋组自由旋转(其电拖动部分由DC电机、光电编码器、接近开关等组成。);

(4)旋转底座主要支撑以上三个部分；

(5)气动机械手的开合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时松开)。

它的工作过程是:货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制向下运动，另一个步进电机控制水平轴向前运动；伺服电机带动机械手旋转刚好抓住货物，然后充气，机械手夹住货物。

步进电机带动垂直轴上升，另一个步进电机带动水平轴前进；转盘电机的转动使机械手整体移动，转向收货处；步进电机带动纵轴再次下降，到达指定位置时，气阀放气，机械手释放货物；系统回到下一个动作的位置。

控制设备的选型

为了达到精确控制的目的，根据市场情况，各种关键设备选择如下:

1.步进电机及其驱动器

机械手的纵轴(y轴)和横轴(x轴)为北京四通电机技术有限公司的42BYG250C两相混合式步进电机，步距角0.9°/1.8°，电流1.5A M1为横轴电机，驱动机械手机构伸缩；M2是一个纵轴电机，驱动机械手机构上升和下降。选用的步进电机驱动器为SH-20403，采用10 ~ 40V DC供电，H桥双极恒流驱动，8种大3A输出电流，7种大64细分模式。输入信号光电隔离，具有标准单脉冲接口，并具有离线保持功能。半封闭外壳能适应更恶劣的工作条件，提供节能的自动半流模式。驱动器内部开关电源的设计保证了驱动器可以适应较宽的电压范围，用户可以根据自身情况在10-40 VDC之间选择。一般来说，较高的额定电源电压有利于提高电机的高速转矩，但会增加驱动器的损耗和温升。该驱动器的大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上的六位dip开关的第5、6、7位可以组合8种状态，对应8种输出电流，不同电机从0.9A到3A不等。该驱动器可提供7种工作模式:全步进、半步改进、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分。通过使用驱动器面板上六位dip开关的第1、第2和第3位，可以组合不同的状态。

2.伺服电机及其驱动器

机械手采用松下伺服电机A系列MSMA5AZA1G，惯性小，额定输出50W，100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r，分辨率10000p/r，11导程)；有油封，没有刹车，轴用键槽连接。电机采用松下独有算法，速度和频率响应提高2倍，达到500Hz。过定位时间缩短到以前松下伺服电机V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能和全闭环控制功能，可以弥补机械刚性的不足，从而实现高速定位。还可以连接高精度光栅尺，形成全闭环控制，进一步提高系统的精度。具有常规自动增益调整和实时自动增量。

调节两种自动增益调节模式，还配有RS-485和RS-232C通讯口，使上位控制器最多可同时控制16个轴。伺服驱动器是MSDA5A3A1A系列，适用于小惯性电机。

3.直流电动机

转台机构可360度旋转，由DC无刷电机驱动。系统选用北京何世礼公司生产的57BL1010H1无刷DC电机，调速范围宽，低速扭矩大，运行平稳，噪音低，效率高。无刷DC电机驱动器采用北京何世礼公司生产的BL-0408驱动器，采用24 ~ 48V DC电源，具有启停和转向控制、过流、过压和堵转保护、故障报警输出、外部模拟调速、制动和停机等功能。

4.旋转编码器

在可以360度旋转的转盘机构上，安装了欧姆龙公司生产的E6A2增量式旋转编码器，编码器将信号传输给PLC，实现转盘机构的精确定位。

5.PLC的选择

根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。在一个紧凑的单元中，CPM2A具有各种功能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟设置和时钟功能。CPM2A的CPU单元是一个独立的单元，可以处理广泛的机械控制应用，因此它是一个理想的产品，用作设备中的内置控制单元。完整的通信功能确保了与个人电脑、其他欧姆龙PC和欧姆龙可编程终端的通信。这些通信能力使得四轴联动简单机械手能够容易地集成到工业控制系统中。

第三，软件编程

1.软件流程图

2.程序部分

由于论文篇幅有限，这里只列出前两个步骤，供读者参考。

四轴联动简易机械手的所有动作和状态均由PLC控制，不仅可以满足机械手手动、半自动和自动操作模式所需的大量按钮、开关和位置检测点，还可以通过接口组件和计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信和网络控制。该四轴联动简易机械手可以方便地嵌入工业生产线中。

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