plc控制論文-----基于PLC的機(jī)械手控制設(shè)計

基于PLC的機(jī)械手控制設(shè)計

隨著社會生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展，其中氣動機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以及不污染環(huán)境、組件價格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn)，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動機(jī)械手有氣控機(jī)械手、XY軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷、便利。

一四軸聯(lián)動簡易機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動作過程

機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖1所示，有氣控機(jī)械手（1）、XY軸絲杠組（2）、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)（3）、旋轉(zhuǎn)基座（4）等組成。

圖1機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

其運(yùn)動控制方式為：（1）由伺服電機(jī)驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)角度為360的氣控機(jī)械手（有光電傳感器確定起始0點(diǎn)）；（2）由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠組件使機(jī)械手沿X、Y軸移動（有x、y軸限位開關(guān)）；（3）可回旋360的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)能帶動機(jī)械手及絲杠組自由旋轉(zhuǎn)（其電氣拖動部分由直流電動機(jī)、光電編碼器、接近開關(guān)等組成）；（4）旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上3部分；（5）氣控機(jī)械手的張合由氣壓控制（充氣時機(jī)械手抓緊，放氣時機(jī)械手松開）。

其工作過程為：當(dāng)貨物到達(dá)時，機(jī)械手系統(tǒng)開始動作；步進(jìn)電機(jī)控制開始向下運(yùn)動，同時另一路步進(jìn)電機(jī)控制橫軸開始向前運(yùn)動；伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到達(dá)正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機(jī)械手夾住貨物。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動縱軸上升，另一個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動橫軸開始向前走；轉(zhuǎn)盤直流電機(jī)轉(zhuǎn)動使機(jī)械手整體運(yùn)動，轉(zhuǎn)到貨物接收處；步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動縱軸下降，到達(dá)指定位置后，氣閥放氣，機(jī)械手松開貨物；系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動作。

二控制器件選型

為達(dá)到精確控制的目的，根據(jù)市場情況，對各種關(guān)鍵器件選型如下：

1.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器

機(jī)械手縱軸（Y軸）和橫軸（X軸）選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為/，電流。M1是橫軸電機(jī)，帶動機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮；M2是縱軸電機(jī)，帶動機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是SH-20403型，該驅(qū)動器采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅(qū)動，最大3A的8種輸出電流可選，最大64細(xì)分的7種細(xì)分模式可選，輸入信號光電隔離，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)能的自動半電流方式。驅(qū)動器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計，保證了驅(qū)動器可適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩，但卻會加大驅(qū)動器的損耗和溫升。本驅(qū)動器最大輸出電流值為3A/相（峰值），通過驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)，對應(yīng)8種輸出電流，從到3A以配合不同的電機(jī)使用。本驅(qū)動器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分7種運(yùn)行模式，利用驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)。

2.伺服電機(jī)及其驅(qū)動器

機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動作采用松下伺服電機(jī)A系列小慣量MSMA5AZA1G，其額定輸出50W、100/200V共用，旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格為增量式（脈沖數(shù)2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11線）；有油封，無制動器，軸采用鍵槽連接。該電機(jī)采用松下公司獨(dú)特算法，使速度頻率響應(yīng)提高2倍，達(dá)到500Hz；定位超調(diào)整定時間縮短為以往松下伺服電機(jī)產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能，可彌補(bǔ)機(jī)械的剛性不足，從而實現(xiàn)高速定位，也可通過外接高精度的光柵尺，構(gòu)成全閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動增益調(diào)整和實時自動增益調(diào)整兩種自動增益調(diào)整方式，還配有RS-485、RS-232C通信口，使上位控制器可同時控制多達(dá)16個軸。伺服電機(jī)驅(qū)動器為A系列MSDA5A3A1A，適用于小慣量電動機(jī)。

3.直流電機(jī)

可回旋360的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)有直流無刷電機(jī)帶動，系統(tǒng)選用的是北京和時利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無刷直流電機(jī)，其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無刷直流電機(jī)驅(qū)動器使用北京和時利公司生產(chǎn)的BL-0408驅(qū)動器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉(zhuǎn)向控制、過流、過壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù)，且有故障報警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動快速停機(jī)等特點(diǎn)。

4.旋轉(zhuǎn)編碼器

在可回旋360的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)上，安裝有OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼器將信號傳給PLC，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的精確定位。

5.PLC的